支持分组/电路混合交换网络的统一网络架构和控制方法转让专利
申请号 : CN201510367452.8
文献号 : CN105141512B
文献日 : 2018-01-16
发明人 : 华楠 , 郑小平
申请人 : 清华大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种支持分组电路混合交换网络的统一网络架构和控制方法,其特征在于,包括以下步骤;
在由多个分组交换网络和电路交换网络组成的多域异构网络中设置一个集中网络控制器,进行全网的路由计算、资源调度和流量控制,并通过外部接口接纳不同网络控制和管理规则的定制;
所述集中网络控制器与所述分组交换网络的每一个路由器相连,获取所述路由器的邻居拓扑信息和流量工程数据库信息,用于进行路由计算、资源调度和流量控制,并将路由计算结果和控制管理信息下发给所述路由器,完成路由表配置和路由器控管;
将每个所述电路交换网络视作一个虚拟路由器,并设置一个虚拟路由器代理作为其实体,所述集中网络控制器与所述每个虚拟路由器代理相连,通过这些虚拟路由器代理获取其各自所对应的电路交换网络的内部和外部抽象拓扑信息和流量工程数据库信息,以及所述集中网络控制器通过每个所述虚拟路由器代理将虚拟路由表和控制管理信息下发至每个所述电路交换网络边缘节点,并触发所述电路交换网络的连接控制和网络管理;
进一步包括:
所述虚拟路由器代理对其所对应的电路交换网络进行如下的拓扑和流量工程数据库资源映射,映射关系为:(1)所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口映射为所述虚拟路由器的出端口,或者所述虚拟路由器的出端口映射为所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口;
(2)所述电路交换网络边缘节点之间的内部连接关系映射为所述虚拟路由器端口间的转发能力限制:当两个电路交换网络边缘节点之间存在连接时,其所有连接通道的总剩余带宽映射为所述虚拟路由器对应端口间的转发带宽上限,当两个所述电路交换网络边缘节点之间不存在连接时,所述虚拟路由器对应端口间不具备转发能力。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括:
当一个标记交换路径LSP请求到达某个所述电路交换网络边缘节点时,该边缘节点首先根据该LSP的下一跳节点确定所述虚拟路由器的出端口,再根据所述映射关系确定对应的所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口,并进一步确定所述两个电路交换网络边缘节点之间的所有剩余带宽不小于所述LSP请求带宽的连接通道;
如果所述连接通道存在,则将所述LSP梳理至这些连接通道中的一个或多个中,完成所述LSP的建立过程;
如果所述连接通道不存在,则启动所述两个电路交换网络边缘节点之间的路由计算和连接建立,待该连接建立完成之后,将所述LSP梳理至该连接通道中,完成所述LSP的建立过程。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,进一步包括:
所述两个电路交换网络边缘节点之间的路由计算和连接建立可以通过所述虚拟路由器代理集中式进行,或者通过所述电路交换网络的控制平面分布式进行。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括:
将每个所述电路交换网络的所有网络资源分割为两部分,分别置于缓存层和负载层中;
在每个所述电路交换网络初始化时,在缓存层预先为每一对所述电路交换网络边缘节点配置至少一个连接通道。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,进一步包括:
当一个标记交换路径LSP请求到达某个所述电路交换网络边缘节点时,该边缘节点首先根据该LSP的下一跳节点确定所述虚拟路由器的出端口,再根据所述映射关系确定对应的所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口,并进一步确定所述两个电路交换网络边缘节点之间的所有处于缓存层的连接通道;
如果至少有一个所述缓存层的连接通道的剩余带宽不小于所述LSP请求的带宽,则将所述LSP梳理至这些连接通道中的任意一个中,完成所述LSP的建立过程;
如果所有所述缓存层的连接通道的剩余带宽均小于所述LSP请求的带宽,则在负载层启动所述两个电路交换网络边缘节点之间的路由计算和连接建立,待该连接建立完成之后,将所述LSP梳理至该连接通道中,完成所述LSP的建立过程。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,进一步包括:
如果在缓存层的连接通道中成功建立所述LSP,则立即在负载层建立和所述LSP所在的缓存层连接通道具有相同源/目的节点和带宽的连接通道,并在该新连接通道建立完成后,将所述缓存层连接通道中建立的所述LSP重新梳理至该负载层中建立的新连接通道中,同时释放所述LSP占用的缓存层连接通道资源。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,进一步包括:
根据缓存层命中率指标调整分配给所述缓存层的网络资源的大小,当缓存层命中率降低时,增大分配给所述缓存层的带宽以提高缓存层命中率,其中,缓存层命中率phit的大小可通过下式计算得到:其中,L为所述电路交换网络所有边缘节点对的数量,n为缓存层带宽,λ为LSP请求的到达率,μl为第l个边缘节点对LSP请求的服务率。
说明书 :
支持分组/电路混合交换网络的统一网络架构和控制方法
技术领域
背景技术
IP数据网的动态互通与融合至关重要且迫在眉睫:离开了光承载网的大带宽通道建立,IP
数据网将面临高成本、高能耗和扩展性的瓶颈;同样,没有IP数据网的支持,光承载网过大
的交换粒度将导致其巨大的带宽资源无法被充分利用,并难以实现业务调度的实时性和灵
活性。
控制和无缝融合。这是因为,在电路交换网络上进行业务传输需要首先进行连接建立,当且
仅当连接建立过程完成后才能进行数据传送。而连接建立过程会导致时延,且时延大小差
异通常很大,和交换技术、设备种类、设备厂商、节点数量、路径长度等因素密切相关,从几
十毫秒到几十秒或更久不等。相比之下,基于存储转发的分组交换网络没有连接建立的过
程,不存在电路交换网络的连接建立时延。这种时延差异将引发业务建立和故障恢复时的
协同控制问题,构成分组/电路混合交换网络统一控制的一大障碍。此外,与单一IP网络的
控制不同,混合交换网络的控制架构需要考虑光承载网物理层的限制,例如光功率、物理损
伤、信号可达性、连接建立速率、可用带宽、交换粒度等因素,这构成分组交换网络与电路交
换网络动态互通和融合的另一障碍。
发明内容
和管理规则的定制;所述集中网络控制器与所述分组交换网络的每一个路由器相连,获取
所述路由器的邻居拓扑信息和流量工程数据库信息,用于进行路由计算、资源调度和流量
控制;并将路由计算结果和控制管理信息下发给所述路由器,完成路由表配置和路由器控
管;将每个所述电路交换网络视作一个虚拟路由器,并设置一个虚拟路由器代理作为其实
体;所述集中网络控制器与所述每个虚拟路由器代理相连,通过这些虚拟路由器代理获取
其各自所对应的电路交换网络的内部和外部抽象拓扑信息和流量工程数据库信息;此外,
所述集中网络控制器通过每个所述虚拟路由器代理将虚拟路由表和控制管理信息下发至
每个所述电路交换网络边缘节点,并触发所述电路交换网络的连接控制和网络管理。
网络的统一控制,并能明显降低混合交换网络的业务建立时延。
网络端口映射为所述虚拟路由器的出端口,反之亦然;(2)所述电路交换网络边缘节点之间
的内部连接关系映射为所述虚拟路由器端口间的转发能力限制:当两个电路交换网络边缘
节点之间存在连接时,其所有连接通道的总剩余带宽映射为所述虚拟路由器对应端口间的
转发带宽上限;当两个所述电路交换网络边缘节点之间不存在连接时,所述虚拟路由器对
应端口间不具备转发能力。
根据所述映射关系确定对应的所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口,并进一步确定
所述两个电路交换网络边缘节点之间的所有剩余带宽不小于所述LSP请求带宽的连接通
道;若所述连接通道存在,则将所述LSP梳理至这些连接通道中的一个或多个中,完成所述
LSP的建立过程;若所述连接通道不存在,则启动所述两个电路交换网络边缘节点之间的路
由计算和连接建立,待该连接建立完成之后,将所述LSP梳理至该连接通道中,完成所述LSP
的建立过程。
分布式进行。
所述电路交换网络边缘节点配置至少一个连接通道。
根据所述映射关系确定对应的所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口,并进一步确定
所述两个电路交换网络边缘节点之间的所有处于缓存层的连接通道;若至少有一个所述缓
存层的连接通道的剩余带宽不小于所述LSP请求的带宽,则将所述LSP梳理至这些连接通道
中的任意一个中,完成所述LSP的建立过程;若所有所述缓存层的连接通道的剩余带宽均小
于所述LSP请求的带宽,则在负载层启动所述两个电路交换网络边缘节点之间的路由计算
和连接建立,待该连接建立完成之后,将所述LSP梳理至该连接通道中,完成所述LSP的建立
过程。
该新连接通道建立完成后,将所述缓存层连接通道中建立的所述LSP重新梳理至该负载层
中建立的新连接通道中,同时释放所述LSP占用的缓存层连接通道资源。
层的带宽以提高缓存层命中率,反之亦然;缓存层命中率phit的大小可通过下式计算得到:
其中,L为所述电路交换网络所有边缘节点对的数量,n为缓
存层带宽(假设所有LSP请求的带宽为1),λ为LSP请求的到达率,μl为第l个边缘节点对LSP
请求的服务率。
附图说明
图;图2(b)为在负载层建立新连接通道,并将缓存层LSP业务重新梳理至新连接通道的示意
图。
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
发明中的具体含义。
制和管理规则的定制。
计算结果和控制管理信息下发给所述路由器,完成路由表配置和路由器控管。
其各自所对应的电路交换网络的内部和外部抽象拓扑信息和流量工程数据库信息。此外,
所述集中网络控制器通过每个所述虚拟路由器代理将虚拟路由表和控制管理信息下发至
每个所述电路交换网络边缘节点,并触发所述电路交换网络的连接控制和网络管理。
组/电路混合交换网络架构和控制方法有明显优势,有广泛的实施前景。
剩余带宽映射为所述虚拟路由器对应端口间的转发带宽上限;当两个所述电路交换网络边
缘节点之间不存在连接时,所述虚拟路由器对应端口间不具备转发能力。
的出端口;再根据所述映射关系确定对应的所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口,
并进一步确定所述两个电路交换网络边缘节点之间的所有剩余带宽不小于所述LSP请求带
宽的连接通道;
过程。
的控制平面分布式进行。
的出端口;再根据所述映射关系确定对应的所述电路交换网络边缘节点的外部网络端口,
并进一步确定所述两个电路交换网络边缘节点之间的所有处于缓存层的连接通道;
之后,将所述LSP梳理至该连接通道中,完成所述LSP的建立过程。
接通道,并在该新连接通道建立完成后,将所述缓存层连接通道中建立的所述LSP重新梳理
至该负载层中建立的新连接通道中,同时释放所述LSP占用的缓存层连接通道资源。
给所述缓存层的带宽以提高缓存层命中率,反之亦然;缓存层命中率phit的大小可通过下式
计算得到:
求服务率。
网络的统一控制,并能明显降低混合交换网络的业务建立时延。
由计算、资源调度和流量控制。
意网络的三层抽象拓扑由五个三层路由器和两个虚拟路由器共七个节点,以及它们之间的
链路构成。该三层拓扑存储在集中网络控制器的拓扑数据库中。
制,并将路由表和控制管理信息下发至各个三层路由器和虚拟路由器代理,完成路由表配
置和路由器控管。对于虚拟路由器来说,集中网络控制器还通过虚拟路由器代理将虚拟路
由表和控制管理信息下发至每个电路交换网络边缘节点,并触发电路交换网络的连接控制
和网络管理。
电路交换网络边缘节点对(对应虚拟路由器的一组出入端口)建立至少一个一定带宽的固
定连接通道。
平面或虚拟路由器代理在负载层为上述LSP业务采用分布或集中方式计算并建立新连接通
道,当新连接通道建立完成后,将缓存层的LSP业务重新梳理至负载层中建立的新连接通
道,完成整个业务建立流程(图2b)。需要指出的是,LSP业务重新梳理的过程对集中网络控
制器而言是不透明的,也就是说,集中网络控制器对虚拟路由器和普通三层路由器的控制
不存在本质区别。
层大小的设置对网络性能影响十分重大。缓存层分配过大会导致网络资源的浪费,而分配
过小又会增加业务平均建立时延,削弱缓存的作用。因此,需要通过分析模型确定合适的缓
存层大小。可根据缓存层命中率phit指标调整分配给所述缓存层的网络资源的大小,当缓存
层命中率降低时,增大分配给所述缓存层的带宽以提高缓存层命中率,反之亦然;缓存层命
中率phit的大小可通过下式计算得到:
求服务率。下面举例说明如何用phit的计算公式计算缓存层命中率。
相同,为1个/秒(μl=0.5,l=1,2,…,6);每个LSP请求的带宽相同,且和缓存层带宽相同(n
=1)。将上述假设参数带入phit计算公式可得缓存层命中率为66.7%。若将缓存层带宽设置
为每个LSP请求的带宽的2倍(n=2),带入公式可计算得到缓存层命中率为92.9%。可见,增
加缓存层带宽的分配可有效提高缓存层命中率。
缓存层带宽会显著降低缓存层资源利用率。
分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺
序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明
的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执
行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设
备而使用。
或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的
组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适
的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如
果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机
可读取存储介质中。
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书
中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。