一种基于光网络架构业务平面的资源量化分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明是基于面向服务的光网络体系结构，对网络资源和IT资源进行抽象和分 配，具体涉及网络物理拓扑的抽象和相关资源的量化分配算法。
【背景技术】
[0002] 近几年来，互联网业务取得了巨大的发展，基于网络的应用服务和用户数量也在 快速地增加。然而，多样的网络应用和庞大的用户规模给光互联网络技术的发展带来严峻 的挑战。这些挑战主要包括：网络资源和IT资源（计算资源和存储资源）的协调性，用户 要求的高服务可靠性，网络业务的多样性和可扩展性等。
[0003] 为了满足这样的挑战，光网络在原有的三层架构（管理平面、控制平面、传输平 面）基础上添加了业务平面。业务平面部署在用户和网络基础设备之间，它的主要任务一 方面是屏蔽网络传输实现的相关细节，另一方面将运营商的角色区分为网络提供者（或资 源提供者NP)和服务提供者（SP)，即对资源进行抽象和对抽象资源进行合理的分配。业务 平面有两种接口：一种是与用户之间的接口CSI(Customer-ServicePlaneInterface)，能 够快速高效的响应用户的请求；另一种是业务平面和网络基础设备之间的接口UNIOJser toNetworkInterface)，它控制一组协议组，如：多协议标记交换（MPLS)、通用多协议交换 (GMPLS)等（图1)。通过该业务平面还可以实现业务交换与业务控制相分离，使业务生成 独立于业务的运行环境。业务交换与业务控制相分离改变了由交换系统提供不同新增业务 的传统方式。交换系统只负责交换和接入功能，使业务的提供不依赖于业务平面相关设备 的供应商。
[0004] 业务平面由一组自适应和智能的抽象机制组成，为服务和应用提供连接到底层资 源框架的接口。这些抽象机制是一个灵活的平台，能快速和高效的将新的服务和应用程序 部署在一个公共的底层节点上。然而，物理资源提供者（NP)为了商业的保密性，提供给服 务提供者（SP)的是网络拓扑的抽象。业务平面的消息接收者同时接收用户的请求和硬件 提供者的网络抽象拓扑，然后将抽象拓扑进行虚拟化量化并对请求进行处理，最后通过服 务的组成和服务自适应计算当前资源能否满足用户的服务需求（图2)。业务平面中服务 的提供者（SP)、用户（USER)和硬件提供者（NP)三者的一个用户请求周期的流程如图3所 示。服务提供者接收用户的服务请求后，根据物理资源提供者提供的抽象资源对服务进行 应答，判断是否接受请求，如不接受则直接返回；如果接受则向资源提供者申请相应的物理 资源，如果实际资源满足用户请求，则提供相应的资源；如果实际资源不满足，则驳回服务 提供者的请求。一个分配周期过后重新对剩余资源抽象。一个高准确性的资源抽象算法能 使业务平面对服务请求应答更加的准确，其中包括两个方面：
[0005] (1)服务提供者接受的请求，资源提供者应有对应的实际资源；
[0006] (2)服务提供者拒绝的请求也应确保资源提供者没足够的资源提供。这两点也是 抽象算法的主要的量化评价标准。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有技术中的不足，本发明的目的是为智能光网络的业务平面设计高精 确度的资源抽象量化分配算法。
[0008] 本算法是利用线性规划方程对网络资源进行抽象。主要思想是：不同的抽象链路 可能共享同一条实际的物理链路，同时同一条抽象链路也可以使用不同的物理链路进行数 据的传输。当一个请求分配周期完成后，业务平面会进行一次剩余资源的抽象，将抽象的数 据传递给服务提供者。服务提供者再根据新的抽象数据进行下一轮的请求应答对应满足的 请求，服务提供者向资源提供者发出资源请求。资源提供者查看如果实际的资源满足要求 的话则提供资源，不满足则拒绝。
[0009] 为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：一种基于光网络架构业务平面的资 源量化分配方法，包括以下步骤：
[0010] (1)物理拓扑的抽象，在物理网络拓扑中，将物理拓扑节点消减为只剩下边界节点 的抽象网络拓扑。
[0011] (2)网络资源的抽象，将抽象网络拓扑中不同的目标-源节点对的链路共享同一 条实际链路，目标-源节点对的链路的数据传输可以选择不同的实际链路进行，其中每一 条实际链路的数据流都只能沿着同一个方向。
[0012] (3) IT资源的抽象，计算物理络拓扑中每一个内部节点到所有边界节点的最短路 径的带宽值，将内部节点归并到所述带宽值的最大值所对应的边界节点。
[0013] 本发明具有的有益技术效果是：与现有的网络资源抽象算法SILK相比，本文的算 法对资源的抽象更加精确，传统的SILK算法只是考虑某单一链路的带宽，虽然服务提供者 对请求的命中率高，但是物理资源的利用率低下。本算法通过定义线性约束的条件，充分考 虑所有链路的带宽资源，不仅资源请求命中率高，而且充分整合了分散的带宽资源，使资源 的利用率也相应的提尚。
【附图说明】
[0014] 图1为光网络系统架构；
[0015] 图2为光网络服务平面结构；
[0016] 图3为光网络服务平面一个请求周期流程图；
[0017] 图4为网络物理拓扑抽象示例；
[0018] 图5为网络资源抽象算法流程；
[0019] 图6为边界节点归并示意图；
[0020] 图7为抽象算法中分配的带宽量与实际带宽量的条形图；
[0021] 图8为两个算法在二个拓扑图中的拒绝返回率曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图进行详细介绍。
[0023] -、物理拓扑的抽象
[0024] 用Full-mesh的方法进行网络拓扑的抽象。它将物理拓扑节点消减为只剩下边界 节点的抽象拓扑。边界节点就是在自身的网络域中与其他网络域相连的节点。
[0025] 网络物理拓扑图用G(V，E)表示，其中V= {vn}表示网络的节点，E= {e(u,v)I(u,V)GV2}表示拓扑图的边。I|V|I=N表示节点的个数，I|E|I=L表示边 的条数，表示边e^的带宽，单位是字节每秒。物理拓扑的抽象就是将拓扑图 G(V，E)用它的子集G'（V'，E'）表示，其中V' = {vb}为拓扑G的边界节点的集合，I|V'I =N'为边界节点个数，V"为内部节点的集合，N"=I|V"II为内部节点的个数。E' = {e' fcd)I(s,d)GV'2}，e'fcd)表示连接节点s和节点d的边。I|E'II=L'表示抽象拓扑边 的条数，是一个无向全连通图（图4)。
[0026] 二、网络资源的抽象
[0027] (1)参数抽象：如今大部分网络资源的抽象用的是SimpleLink-SILK算法。SILK 算法的主要思想是在实际拓扑中选取一条最大通路的带宽值作为抽象链路的带宽。该算法 资源分配的正确率较高，但是资源的利用率低。为了解决SILK算法资源利用率低的问题， 本发明提出了MILP(混合型整数线性规划）方程来进行网络资源的抽象。主要的思想是不 同的抽象链路可以共享同一条实际链路，同一条抽象链路的数据传输可以沿着不同的实际 链路进行。由于总的传送带宽不可以超过实际链路的带宽，因此定义了线性规划的约束条 件。
[0028] MILP方程定义：
[0029] 根据以上实际物理网络拓扑的定义，设定以下参数：
[0030]
[0031] (2)目标函数：
[0033] 公式⑴表示每一个节点vsGV'到其他任一个节点VdGV'所有路径k能提供 的带宽之和加上已经分配了的带宽。目标函数就是获取整个抽象拓扑可利用的带宽资源的 最大值。公式后半部分aG是为了让所有的"目标-源"节点对的带宽分配趋于均匀，当 最小值G越接近平均值，等式的值就越大。
[0034] (3)约束条件：
[0038] ^和v v表示实际物理拓扑的节点，（v u，vv)表示实际拓扑的一条边.
[0039] 公式（2)约束保证每一个节点V]GV的数据流在同一对"目的-源"节点的同一 条通路k中总是沿同一个方向进行传输。然而同一个数据流可以在通路集合PUd)中选择 不同的通路，每一条通路数据流都只能沿着同一个方向，如公式（3)
[0042] 尤i上标（s，d)表示抽象边（vs，vd)的第k条路径（抽象边带宽可能包含 实际拓扑中k条实际路径的带宽）是否包含实际边（vu，Vv)。\和Vd都表示抽象网络拓扑 的抽象节点，（Vs,Vd)表示源-目标节点对，参数抽象就是计算vS1」Vd的