專利名稱：在虛擬網絡中沒有先驗知識的情況下對數據流控制許可并分配資源的方法
技術領域：
本發明的技術領域是通信網絡，具體地說是自主的自管理和虛擬化網絡。本發明涉及網絡邊緣或邊界節點處的業務控制，并解決在流粒度級別而不是在分組級別上定義的網絡操作。流是通過服務質量QoS，即延遲約束或帶寬/吞吐量約束方面的相同特性相關的一系列分組。流的特征在于源地址、目的地地址、源端口、目的地端口、協議以及時間相關性。在給定時刻，共享所有這些參數的分組屬于同一個流。基于這些參數，可以使各流分離。
背景技術：
電信網絡向著自主的自管理和虛擬化基礎設施發展。此類“下一代”數據通信網絡需要重新考慮某些網絡功能，其中包括用戶-網絡接口處的業務控制。值得注意的是，隨著流取代分組并成為下一代網絡的基本單位，有利地在流粒度上定義諸如業務控制之類的網絡操作。在自主和自管理的數據通信系統內部，無法依賴于關于入站業務流的先驗知識。 也就是說，此類系統在沒有顯式用戶-網絡信令的情況下工作。在虛擬化網絡環境內，鏈路和節點資源被虛擬化以便為通過特定QoS約束表征的應用級別創建定制虛擬網絡(VN)。在此類上下文中，必須按照服務的級別或等價地按照虛擬網絡執行業務控制。控制未知或未聲明的業務流，即不知道其先驗信息的流，對于許可控制和資源分配而言極具挑戰性，因為它們沒有任何關于流的性質(例如，應用的特性、類型)的先驗信肩、ο“運行中(on the fly) ”業務識別和分級過程是公知的并可被部署在用戶-網絡接口處，即，部署在網絡的邊界節點處，以便表征入站流。快速業務分級方法通常需要分析來自流的前N個分組，N約等于4至10個分組。在分離流之后，業務識別的一個可能原則是例如測量流的最先分組的大小。由于所述最先分組包含與流相關的協議信息，所以它們的大小指示了流的應用，并且應用指示了級別。例如，參見ACM CoNext 2006的會議錄中 L. Bernaille、R. Texeira、K. Salamatian 的"Early application identification，，。具有虛擬化資源的數據通信系統中的未聲明業務流的流控制問題產生了可被分為兩個級別的問題。在許可控制級別許可控制負責決定是接受還是拒絕流。當流尚未被識別和分級時，來自流的前N個分組的許可控制產生了第一個問題。當已確定流的分級時，流的第N+1 個分組和后續分組的許可控制產生了第二個問題。在資源分配級別資源分配負責分配資源以便傳輸已接受的流。由于必須在知道新的入站流的特性之前將資源分配給該流而產生了問題。關于最佳流控制存在若干現有技術工作。例如，參見-P. Key, L.Massoulie 的“Control of communication networks :welfaremaximization and multipath transfers", Philosophical Transactions of the Royal Society,366(1872),2008,-P. Key, L. Massoulie, D. Towsley 的 “Path Selection and Multipath Congestion Control”，INF0C0M 2007 會議錄，或-Μ. Chiang, S. H. Low, A. R. Calderbank, J. C. Doyle 的"Layering asoptimization decomposition :A mathematical theory of network architectures，，，IEEE 會議錄，卷 95，第 1 期，第 255-312 頁，2007 年 1 月。某些現有技術工作甚至有益于網絡虛擬化。例如，參見-M. Yu, Y. Yi, J. Rexford U R M. Chiang 白勺 “Rethinking virtual network embedding :Substrate support for path splitting and migration，，，ACM SIGCOMM Computer Communications Review 會議錄，2008 年 4 月，可從 http //www. cs. princeton. edu/ jrex/papers/VNembed. pdf 處獲得，-Y. Zhu, Μ· Ammar 的“Algorithms for assigning substrate network resources to virtual network components，，，INF0C0M 2006 會議錄。但是，所有這些研究都依賴于流的顯式表征并因而依賴于流級別的先驗知識。因此，它們不適于未聲明的流的在線分級。一種在流的在線分級的情況下實現許可控制和資源分配的現有解決方案主要包括存儲來自流的前N個分組，直到分級過程結束，即，直到接收到前N個分組。但是，盡管此解決方案代表一種“防止”網絡的錯誤決策的良好方法，但是其展現了若干使其不適合于實際實現的問題。某些最重要的問題是在將來自流的前N個分組釋放到網絡中之前，所述前 N個分組的存儲-增加了附加延遲和延遲變化，對于恒定比特率和低比特率流尤為如此。對于諸如 VoIP之類的產生低比特率流的延遲敏感的應用而言，此問題可以很嚴重，-使得系統進行非工作保存并因此浪費了資源，-更改了業務簡檔此類方法增加了業務突發性，或者甚至在更壞的情況下，使得業務具有突發性。這可導致網絡核心的擁塞。其解釋非常簡單而直觀設想經由一個核心路由器互連的數個邊界路由器。邊界路由器處的兩個許可控件可以變得“同步”，因為它們同時向核心路由器突然發出N個分組。在線分級是朝向自主網絡發展的重要問題。因此，包含及適于在線分級的流控制是自主網絡中要解決的重要問題，其將自適應未聲明的入站流。在此要解決的技術問題是在具有虛擬化資源和多個服務級別的自管理數據通信系統中設計一種流控制過程，其中用戶-網絡接口沒有關于新的入站業務流的特性的先驗知識。本發明解決了此問題。
發明內容
本發明的目標是一種用于在數據通信網絡中在沒有關于入站業務流的先驗知識的情況下控制對所述入站業務流的許可并將資源分配給所述入站業務流的方法，所述數據通信網絡被虛擬化以包括定制虛擬網絡，所述定制虛擬網絡每個專用于至少一個特定QoS
4級別，所述定制虛擬網絡包括一個專用于具有最嚴格QoS約束級別的超級虛擬網絡和至少一個其他虛擬網絡，所述方法包括以下步驟-當打算在入口節點與出口節點之間傳送的流到達時，確定所述超級虛擬網絡上從所述入口節點到所述出口節點的第一路徑，-通過分析所述流的前N個分組而確定所述流的QoS級，-在所述超級虛擬網絡經所述第一路徑傳輸所述流的所述前N個分組，-確定專用于所述流的所確定的QoS級別的虛擬網絡，-如果所確定的虛擬網絡不同于所述超級虛擬網絡，則確定所確定的虛擬網絡上從所述入口節點到所述出口節點的第二路徑，或者-如果所確定的虛擬網絡等于所述超級虛擬網絡，則確定等于所述第一路徑的第二路徑，-從第N+1個分組開始在所述第二路徑上傳輸所述流的分組。根據本發明的另一特征，確定第一路徑的步驟包括檢查所述第一路徑傳輸所述前 N個分組的可用性的步驟。根據本發明的另一特征，如果未檢查可用性，則確定第一路徑的步驟之后的步驟被替換為拒絕所述流的步驟。根據本發明的另一特征，確定第二路徑的步驟包括檢查所述第二路徑從第N+1個分組開始傳輸所述流的分組的可用性的步驟。根據本發明的另一特征，如果未檢查可用性，則確定第二路徑的步驟之后的步驟被替換為拒絕所述流的步驟。根據本發明的另一特征，如果在確定第二路徑的步驟中未檢查可用性，則將該步驟替換為在另一虛擬網絡上確定第二路徑的步驟。根據本發明的另一特征，所述另一虛擬網絡是專用于具有較寬松QoS約束級別的虛擬網絡。根據本發明的另一特征，可用性的檢查是確切性的或概率性的。根據本發明的另一特征，當所述流結束時，停止或取消在所述第一路徑上傳輸的步驟之后的步驟。
從以下根據附圖給出的詳細示例性說明，本發明的其他特征、細節和優點將變得更加顯而易見，其中圖1是包括兩個虛擬網絡并傳輸未聲明的流的虛擬化網絡的示意圖。
具體實施例方式根據圖1，其中表示了物理網絡1。所述網絡1示例性地包括六個節點A-F。部分地或全部地使用物理節點和鏈路在所述物理網絡1上部署至少兩個虛擬網絡2、3。例如， 在此示出了兩個虛擬網絡2、3。第一虛擬網絡2 (VNl)包括分別在物理節點A、C、D、E和F 上實現的虛擬節點A”、C”、D”、E”和F”。第二虛擬網絡3(VN2)包括分別在物理節點A、B、D 和E上實現的虛擬節點A”、B”、D”和E”。在物理鏈路上實現虛擬鏈路。有時，數個虛擬鏈路可共享一個物理鏈路。例如，在虛擬鏈路A”-E” (4)與虛擬鏈路Α’ -Ε’ (5)之間共享物理鏈路Α-Ε，如圖底部的放大詳圖所示。每個虛擬網絡2、3于是可專用于至少一個特定QoS級別。所述多個虛擬網絡包括一個專用于具有最嚴格QoS約束級別的超級虛擬網絡2。除了所述超級虛擬網絡以外，可以找到若干其他虛擬網絡3。出于例示目的，考慮VNl (2)是超級虛擬網絡，并且VN2 (3)是專用于另一 QoS級別的一個其他虛擬網絡3。例如，超級虛擬網絡2可以針對延遲敏感應用進行優化，而其他虛擬網絡3可以針對吞吐量應用進行優化。這種資源虛擬化方式簡單地意味著，虛擬鏈路的拓撲和帶寬分配是使用VNl的延遲和VN2的帶寬利用率，即吞吐量，作為效用函數對網絡進行多路徑路由優化的結果。值得注意的是，延遲敏感和吞吐量敏感的應用屬于不同的QoS 級別。此外，顯然可以存在兩個以上的虛擬網絡。根據本發明的方法關注控制對入站業務流6的許可和將資源分配給入站業務流6 的問題。多數現有技術許可控制器和/或資源分配器都基于關于流6的先驗知識。通常， 由流6的用戶/發送方提供關于流6的信息。這使得必須將所述信息引入網絡管理系統， 尤其是必須在用戶與負責許可控制/資源分配的節點，即流6通過其進入網絡的邊界節點 7，之間發送信號。本發明的一個重要特征在于，為了提供自主的自管理網絡管理系統，避免了發送信號并且通過在“運行中”分析到達邊界節點7的流而自動獲得關于入站流6的信息。任何先驗知識都被自動在線收集的信息所取代。本發明的主要概念是在入站流6的分級之前臨時接受入站流6。所述分級需要分析入站流6的前N個分組11。在流6的級別未知期間，S卩，直到第N個分組到達之前，流6 必須缺省地被視為屬于最高優先級別。因此在開始時，流6被視為具有最高優先級并如此在專用于最高優先級級別的虛擬網絡，即超級虛擬網絡2上傳輸。在確定了流6的級別之后，可以進行重新路由以便按照流6的真實級別處理流6。為了實現所述概念，所述方法包括以下步驟。當打算在入口節點7與出口節點8之間傳送的流6到達時，流6首先被分配最高優先級。然后確定從入口節點7到出口節點8的第一路徑9。由于優先級處于最高級別，所以在專用于最高優先級的超級虛擬網絡2上確定所述第一路徑9。在流6的最先分組11到達時，分析所述最先分組11以便確定它們的應用以及因此確定流6的對應QoS級別。需要給定數量(N)的分組以便確定QoS級別。在最佳處理中， N通常在4與10之間。同時，直到確定級別之前，即，直到第N個分組到達之前，優先級仍被視為最高，對應于最嚴格的QoS約束。因此，跨所述超級虛擬網絡2在先前確定的第一路徑9上傳輸流 6的前N個分組。在一個優選實施例中，為了不延遲分組的傳輸(這將修改流6的簡檔)，兩個先前的步驟將被交錯。換言之，每個分組到達，被分析或出于分析目的而被復制，并被連續傳輸。 通過此操作，每個分組的處理時間將是相同的。但是，相對于整體處理而言，分析時間可被忽略。基于流6的所確定的QoS級別，可以確定專用于流6的所確定的QoS級別的虛擬網絡3。
然后可以發生兩種情況。第一，虛擬網絡3不同于超級虛擬網絡2。然后可以確定所確定的虛擬網絡3上從入口節點7到出口節點8的第二路徑10。可以然后應用重新路由以便減緩超級虛擬網絡的壓力。第二，虛擬網絡3被確定為與超級虛擬網絡2相同。也就是說，流6實際上屬于與最嚴格的QoS約束對應的QoS級別。在此情況下，可以在超級虛擬網絡2上繼續傳輸。然后可以得到與第一路徑9相等的第二路徑10。然后可以在第二路徑10上從第N+1個分組開始傳輸流6的其余分組12。由于許可控制和資源分配在兩個連續步驟中完成，因此也可以在分別確定第一路徑9和第二路徑10時在兩個步驟中應用可用性檢查。在確定第一路徑9時，可以應用可用性檢查，以便第一路徑9擁有足夠的資源來傳輸至少前N個分組。如果不能檢查所述第一可用性，即不能在入口節點7與出口節點8之間發現能夠在超級虛擬網絡2上傳輸流6的前N個分組11的路徑，則所述方法以拒絕入站流6的步驟結束。換言之，后來的步驟，即確定第一路徑9的步驟之后的步驟，被替換為拒絕步驟。在確定第二路徑10時，可以應用可用性檢查，以便第二路徑10擁有足夠的資源以在新確定的虛擬網絡3上從第N+1個分組開始傳輸其余分組12。如果不能檢查所述第二可用性，即不能在入口節點7與出口節點8之間發現能夠在新確定的虛擬網絡3上從第N+1個分組開始傳輸流6的其余分組12的路徑，則所述方法以拒絕入站流6的步驟結束。換言之，后來的步驟，即確定第二路徑10的步驟之后的步驟， 被替換為拒絕步驟。備選地，如果在確定第二路徑10的步驟中未檢查可用性，則可以在另一虛擬網絡上執行新的嘗試。換言之，所述方法在數個虛擬網絡上重復，以便確定提供可用性的第二路徑10。優選地，在專用于嚴格性較低的QoS約束級別的虛擬網絡上應用新的嘗試。所述方法然后可以遍歷按照降低的QoS約束嚴格性排序的虛擬網絡列表，直到一個虛擬網絡可用為止。否則，如果沒有虛擬網絡可以提供可用的路徑，則最后可以拒絕流6。可以確切地執行先前實施例中使用的若干可用性檢查中的每個可用性檢查。也就是說，當且僅當適合流6的確切所需資源將在需要的時間和需要的位置可用時才檢查可用性。還可以以概率性的方式執行先前實施例中使用的若干可用性檢查中的每個可用性檢查。也就是說，在適合流6的所需資源顯示需要時可用的概率大于給定接受概率的情況下才檢查可用性。對本領域技術人員將顯而易見的是，在流6結束時，將停止或取消在第一路徑上傳輸的步驟之后的步驟。還顯而易見的是，在處理前N個分組11之后，所述方法結束其對流的操作。這是本發明的一個優點。當流6包含的分組少于N個時，所述方法也會縮減。對于較短的流，也稱為小型流(mice)，要指出的是，可以發生兩種情況-流6屬于最高業務級別所述方法是正確的，因為流6被正確地視為該級別的一部分并作為該級別的一部分被傳輸；-流6不屬于最高業務級別在此情況下，所述方法將較短的流視為“王”，即使情況并非如此。但是，近來的業務調查顯示，較小的業務流或小型流(例如，幾十個分組)代表了在諸如因特網的網絡中傳播的大多數業務流。然而，與因特網業務的總量相比，它們消耗的帶寬的百分比明顯較小。這意味著較大的流或大型流(el印hant)消耗了總體帶寬中的多數帶寬，并且額外地代表較少數量的業務流。在此上下文中，將較短的流視為“王”對其他類型的業務流的QoS保證具有微小影響。此外，本領域技術人員將理解，較小的流通常代表必須以較低的延遲傳輸到其目的地的控制消息。根據本發明的方法的另一優點是其可伸縮性。可以從以下事實推斷出所述可伸縮性僅網絡的邊緣處的邊界路由器具有許可控制機制，并且所述機制僅對來自流6的前N個分組11執行操作。一旦流6被識別和分級，許可控制就無需保留任何有關已接受的流的狀態信息并專注于新到來的流。還顯而易見的是，將流6從超級虛擬網絡2重新路由到另一虛擬網絡3并不會干擾流6內的分組順序。業務分離領域中的技術人員將理解，當在多個路徑間分離或路由/ 重新路由流6時，存在若干保證流的分組順序的業務分離方法。對于此主題，可以例如參考以下文檔2008年3月，IEEE Network Magazine, Jiayue He 禾口 Jennifer Rexford 的"Towards Internet-wide multipath routing，，。
權利要求
1.一種用于在數據通信網絡(1)中在沒有關于入站業務流的先驗知識的情況下對所述入站業務流控制許可并分配資源的方法，所述數據通信網絡(1)被虛擬化以包括定制虛擬網絡0，3)，所述定制虛擬網絡(2，；3)每個專用于至少一個特定QoS級別，所述定制虛擬網絡(2，；3)包括一個專用于具有最嚴格QoS約束級別的超級虛擬網絡( 和至少一個其他虛擬網絡(3)，其特征在于，所述方法包括以下步驟-當打算在入口節點(7)與出口節點(8)之間傳送的流(6)到達時，確定所述超級虛擬網絡(2)上從所述入口節點(7)到所述出口節點⑶的第一路徑(9)，-通過分析所述流(6)的前N個分組(11)而確定所述流(6)的QoS級別，-在所述超級虛擬網絡( 上經所述第一路徑(9)傳輸所述流(6)的所述前N個分組 (11)，-確定專用于所述流(6)的所確定的QoS級別的虛擬網絡(3)，-如果所確定的虛擬網絡(3)不同于所述超級虛擬網絡0)，則確定所確定的虛擬網絡 (3)上從所述入口節點(7)到所述出口節點(8)的第二路徑(10)，或者-如果所確定的虛擬網絡(3)等于所述超級虛擬網絡0)，則確定等于所述第一路徑 (9)的第二路徑(10)，-從第N+1個分組開始經所述第二路徑(10)傳輸所述流(6)的分組(12)。
2.如權利要求1所述的方法，其中確定第一路徑(9)的步驟包括檢查所述第一路徑 (9)傳輸所述前N個分組(11)的可用性的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其中如果未檢查可用性，則確定第一路徑(9)的步驟之后的步驟被替換為拒絕所述流(6)的步驟。
4.如權利要求1至3中的任一權利要求所述的方法，其中確定第二路徑(10)的步驟包括檢查所述第二路徑(10)從第N+1個分組開始傳輸所述流(6)的所述分組(1 的可用性的步驟。
5.如權利要求4所述的方法，其中如果未檢查可用性，則確定第二路徑(10)的步驟之后的步驟被替換為拒絕所述流(6)的步驟。
6.如權利要求4所述的方法，其中如果在確定第二路徑(10)的步驟中未檢查可用性， 則將該步驟替換為在另一虛擬網絡上確定第二路徑(10)的步驟。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述另一虛擬網絡是專用于具有較寬松QoS約束級別的虛擬網絡。
8.如權利要求2至7中的任一權利要求所述的方法，其中可用性的檢查是確切性的或概率性的。
9.如權利要求1至8中的任一權利要求所述的方法，其中當所述流(6)結束時，停止或取消在所述第一路徑上傳輸的步驟之后的步驟。在虛擬化的網絡中，在沒有先驗知識的情況下，對流控制許可和分配資源的方法。
全文摘要
一種用于在網絡(1)中在沒有任何先驗知識的情況下控制許可并分配資源的方法，所述網絡(1)被虛擬化以包括一個專用于具有最嚴格QoS約束級別的超級虛擬網絡(2)和至少一個其他虛擬網絡(3)，所述方法包括以下步驟-當流(6)到達時，確定所述超級虛擬網絡(2)上的第一路徑(9)，-通過分析所述流(6)的前N個分組(11)而確定所述流(6)的QoS級別，-經所述第一路徑(9)傳輸所述流(6)的所述前N個分組(11)，-確定專用于所述流(6)的所確定的QoS級的虛擬網絡(3)上的第二路徑(10)，-從第N+1個分組開始經所述第二路徑(10)傳輸所述流(6)的分組(12)。
文檔編號H04L12/46GK102415063SQ201080019606
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月22日 優先權日2009年5月4日
發明者D·波帕, G·卡羅菲利奧 申請人:阿爾卡特朗訊公司