[发明专利]用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的设备和方法

说明书

本发明涉及用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的设备。本发明进一步涉及用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的方法。

逻辑上集中的网络控制器可以控制网络，即，通过分布式控制平面管理若干转发设备。在这样的网络中，例如带宽、延迟、缓冲器利用率等等的网络状态可以从转发平面收集，并且数据包的集中路由可以基于网络状态信息。

通常存在大量需要由这样的网络控制来解决的通信服务请求。这样的服务的每个实现改变网络状态，并且在立即跟随服务请求的情况下，由于网络和控制器中的网络状态的暂时不一致，该服务可能受损害。然而，该过程可能是不够快的，此外它可能不按比例并且可能特别不适合履行特定多个约束要求的工业网络，所述约束例如是最大延迟等。

在一些网络类型中，若干中间件层和接口架构被用于自适应服务质量（QoS）控制，该自适应服务质量（QoS）控制采用实时调度方法。这些架构涉及控制环路，其在转发和控制平面上是闭合的。在转发和控制平面两者上的闭合的环路控制可能引入难以纠正的测量误差和延迟，并且因此可能难以实现快速和准确的QoS控制。

网络的状态包含网络的实际QoS情况。其包含QoS计算所需要的所有端到端参数和所有每跳参数。一些网络系统采用来自网络的请求，并且通过使用针对路由决定的最后网络状态来处理它们。然而，所使用的网络状态具有一些限制。该状态不得不通过轮询所有网络设备或者收集广播的网络信息而构建。然而，这可能导致值的时间不一致和时间偏移。

总之，现有的网络系统是预先规划的或者继承时间不一致，如以下步骤中所提到的那样：1）当添加新流程时，路由算法基于网络状态找到适合的路径；2）网络状态和相关的更新由网络监视器在控制平面中收集和/或轮询；3）如果存在可行路径，则该新流程将被嵌入网络的转发平面中。然而，基于这些步骤，难以提供运行中（on the fly）的延迟保证。

本发明的一个目的是提供能够在网络结构的改变期间提供延迟保证的网络管理。

根据第一方面，提出了一种用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的设备，该网络包括多个网络资源。所述设备包括：建模单元，用于估计网络资源的负载，状态单元，用于提供网络的服务质量状态，资源分配单元，用于基于网络资源的负载和网络的服务质量状态来预先计算网络内的服务质量参数，以及用于基于预先计算的服务质量参数来预先分配网络资源，以及路由单元，用于基于预先分配的网络资源来路由数据包，其中建模单元、状态单元和资源分配单元形成第一环路，并且其中建模单元、状态单元和路由单元形成第二环路。

例如建模单元的相应单元可以以硬件和/或以软件实现。如果所述单元以硬件实现，则其可以体现为设备，例如，体现为计算机或体现为处理器或体现为例如计算机系统的系统的部分。如果所述单元以软件实现，则其可以体现为计算机程序产品、体现为功能、体现为例程、体现为程序代码或者体现为可执行的对象。

基于所提出的设备，可能的是将智能机制用于在中央网络管理实体中利用服务质量（QoS）保证来管理端到端连接，以便操纵（steer）网络来提供QoS保证。中央网络管理实体可以是例如SDN（软件定义联网）控制器。

通过将总体路由划分为路由单元和相应的环路以及资源分配单元和相应的环路，路由的复杂性可以被降低。该划分通过具有适度的计算复杂性和确定性的响应时间来使能具有比如延迟、丢失等的端到端QoS约束的数据包流的路由。情况是这样的，可以使用两个算法，一个用于路由单元和相应的环路，并且一个用于资源分配单元和相应的环路。

因为路由单元和相应的环路与资源分配单元并行工作，所以延迟约束通信服务的动态设定可以在运行时间期间被使能。路由单元可以在使用现有的资源分配的网络内定义路径，并且同时如果需要的话，则资源分配单元可以适配资源分配。工业自动化应用可能需要网络结构内的改变的此类动态适配。

基于预先计算的服务质量参数的对网络资源的预先分配可以指代以下事实：资源分配单元选择网络资源，即，网元和网元之间的链接，用于提供具有特定QoS参数的连接。

本上下文中的通信服务可以指代具有特定QoS要求的任何服务。这些要求可以是例如相应通信服务的任何数据包的延迟、丢失或抖动。路由单元处理这些通信服务以及相应的通信请求。

根据实施例，建模单元、状态单元、资源分配单元和路由单元位于网络的控制平面中。

作为基础，代替在转发和控制平面上闭合的控制环路，该控制环路被保持在控制平面内。因此，低成本商品硬件可以被用在转发平面中，即，负责在网络内转发数据包的平面，因为转发平面不需要提供复杂的功能。