面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统及方法。本发明专利技术包括SFC策略控制器、SDN控制器和NFV控制器；系统内的网络流量按照业务逻辑所要求的既定顺序，经过一系列网络服务功能点后形成一个网络功能服务链，每个SFC策略控制器都包含有一个网络功能服务链；SFC策略控制器实现网络服务功能链的计算及编排；SDN控制器负责通过南向接口协议对底层网络设备进行配置，将数据包引流至SFC中的网络服务功能点；网络服务功能运行在物理服务器中的虚拟机VM，系统将这种虚拟化处理的网络服务功能称为NFV，NFV控制器通过VM来管理NFV。本发明专利技术将IPv6分段路由与服务功能链相结合，对其系统进行设计，是未来网络不可或缺的一种重要技术。

【技术实现步骤摘要】
面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统及方法
本专利技术属于网络通信
，尤其涉及一种面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统及方法。
技术介绍
互联网的大规模普及使人们能根据自身的需求享受相应的服务。这些服务都是由网络运营商提供的，但目前传统网络大多采用静态业务模式，使得网络运营商不好应对大量流量带来的冲击。特别是最近几年服务数量的爆发式增长与不同类型的服务功能需求使得传统网络更加不堪重负了。服务功能链(ServiceFunctionChaining，SFC)是一种用于灵活管理特定服务及流量控制的技术，它能按照服务需求对流量进行分类，引导流量通过合适的服务功能件，同时也考虑了网络的可用性状态，能很好地解决传统网络难以控制流量的问题。除此之外，传统网络的部署管理存在一定困难，复杂多样的网络协议也增加了运营商优化网络的难度，但这也说明网络架构还可以创新。可编程的软件定义网络(software-definednetworking,SDN)的出现将数据平面与控制平面解耦合，大大简化了网络的管理，使网络的统一快速管理有了实现的可能，同时也在如何处理单个流方面提供了更大的灵活性。由于传统网络依赖的物理硬件过多，业务创新成了很大的困难，这使得原本部署在硬件上的应用逐渐云化。网络功能虚拟化(NetworkFunctionsVirtualization,NFV)逐渐落地，它利用软件环境来实现网络功能，进一步地增加了网络的动态性和灵活性。在涉及数据中心的接入层、汇聚层、核心层网络优化及应用程序服务提供商的新兴价值链中，SFC均起到了重要的作用。因此，SFC在研究人员内部以及网络运营商和网络设备供应商中引起了很多关注。SFC由一组按顺序排序的服务功能(SF)组成，在数据平面里用于处理特定服务的交付，在控制平面里控制和监视流量。SDN的控制器能对SFC拓扑进行动态控制以及对跨SF进行流量控制的适当编程，也大大提高了SFC的可行性。NFV采用云计算技术，可实现软件实现的网络功能虚拟化，这使得NFV环境下的SFC，能提供高效的SF部署和编排服务。目前的路由方案仍有许多挑战，分段路由(SegmentRouting,SR)凭借灵活性，可扩展性和适用性已经成为一种很有希望的源路由方法，在业界和学术界引起了广泛关注。分段路由是一种源路由技术，基于SDN理念，可以构成面向路径连接的网络架构，支撑未来网络多层次的可编程需求。分段路由有两种模式，SR-MPLS和IPv6分段路由。其中SR-MPLS基于分布式架构，又可以分为LDP和RSVP-TE，目前已经在服务提供商中得到了一定的应用，但仍采用MPLS数据面，标签栈分层复杂，难以进行网络可编程操作，扩展性弱。IPv6分段路由基于IPv6，能依靠SDN控制器来收集拓扑信息以及下发隧道路径，通过IPv6传递标签或者通过SDN控制器下发给节点设备，可以有条件地针对多选路径，可以根据Qos决定路由。IPv6分段路由还可以满足工业互联网应用场景下的连接需求，能有效的应用在各种网络应用，例如流量工程，网络监控。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提出一种面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：系统包括SFC策略控制器、SDN控制器和NFV控制器；系统内的网络流量按照业务逻辑所要求的既定顺序，经过一系列网络服务功能点后形成一个网络功能服务链，每个SFC策略控制器都包含有一个网络功能服务链；SFC策略控制器实现网络服务功能链的计算及编排；SDN控制器负责通过南向接口协议对底层网络设备进行配置，将数据包引流至SFC中的网络服务功能点；网络服务功能运行在物理服务器中的虚拟机VM，系统将这种虚拟化处理的网络服务功能称为NFV，NFV控制器通过VM来管理NFV。所述SFC策略控制器由SFC策略接口、服务功能列表、流量拓扑和SFC核心组成；SFC策略控制器通过SFC策略接口接收业务配置消息MSG，SFC核心审查配置消息MSG内容的合法性，然后将该配置消息MSG中的Traffic_type和SF_request分发给NFV控制器和SDN控制器。所述配置消息MSG内容包含流量类别Traffic_type和服务功能请求SF_request字段；Traffic_type字段包含SFC的源主机IP、源主机端口、目的主机IP、目的主机端口以及IP地址类型；SF_request字段记录了网络业务所对应的SFC及其操作类型，每个SFC由一系列服务功能SF组成，形成一个SF序列，标记为(SF-1,SF-2,…)，操作类型有创建、删除、修改与查询。SFC策略控制器根据的服务功能请求SF_request更新服务功能列表；服务功能列表是一个链表，链表上的每一元素SF都是VNF，具体信息包括：VNF实例类型、实例编号、实例配置信息；流量拓扑是一个数据库，存储的是服务功能列表中每一个VNF所在的VM的IP地址、端口号、运行状态；SFC核心审查SF_request的合法性，成功后更新服务功能列表与流量拓扑的内容。SDN控制器中根据Traffic_type和SF_request，通过Linux内核中的SRv6模块编排SFC，将南向协议转换为SRv6指令，然后将其提交给Linux内核；SDN控制器中对SDN数据平面内网络设备的配置管理，引导流量按顺序经过SFC中的每一个VNF。NFV控制器根据SF_request创建VM，并将每一个VNF部署于VM，NFV控制器对VNF进行管控，内容包括：VNF的初始化、创建与终止、流量处理规则的增加删除与修改、VNF丢包阈值、允许的最大平均时延，以及VM目前的负载率、网络连接状态。具体实现步骤如下：步骤(1)系统由SFC策略控制器、SDN控制器和NFV控制器组成；SDN控制器实现SFC的管理操作，提供SFC的添加、删除、修改与查询；NFV控制器负责网络功能虚拟化NFV的管理，对每一个服务功能SF进行操作，提供SF的添加、删除与查询；步骤(2)系统的输入为SFC配置消息MSG，消息内容包含操作对象(记作Object)、消息类型(Msg_type)、流量类别(记作Traffic_type)和服务功能请求(记作SF_request)字段；Object类型有SF和SFC两种情况，Msg_type有添加、删除、修改与查询四种情况；Traffic_type字段包含SFC的源主机IP、源主机端口、目的主机IP、目的主机端口以及IP地址类型；SF_request字段记录了用户需求所对应的SFC及其操作类型，每个SFC由一系列服务功能SF组成，形成一个SF序列，标记为(SF-1,SF-2,…)，操作类型有创建、删除、修改与查询；步骤(3)SFC策略控制器在收到配置消息MSG后，判断操作对象，若Object类型为SF，将该配置消息MSG分发给NFV控制器；若Object类型为SFC，则将该配置消息MSG分发给SDN控制器；所述SFC策略控制器由SFC策略接口、服务功能列表(记作SF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于包括SFC策略控制器、SDN控制器和NFV控制器；系统内的网络流量按照业务逻辑所要求的既定顺序，经过一系列网络服务功能点后形成一个网络功能服务链，每个SFC策略控制器都包含有一个网络功能服务链；SFC策略控制器实现网络服务功能链的计算及编排；SDN控制器负责通过南向接口协议对底层网络设备进行配置，将数据包引流至SFC中的网络服务功能点；网络服务功能运行在物理服务器中的虚拟机VM，系统将这种虚拟化处理的网络服务功能称为NFV，NFV控制器通过VM来管理NFV。/n

【技术特征摘要】
1.面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于包括SFC策略控制器、SDN控制器和NFV控制器；系统内的网络流量按照业务逻辑所要求的既定顺序，经过一系列网络服务功能点后形成一个网络功能服务链，每个SFC策略控制器都包含有一个网络功能服务链；SFC策略控制器实现网络服务功能链的计算及编排；SDN控制器负责通过南向接口协议对底层网络设备进行配置，将数据包引流至SFC中的网络服务功能点；网络服务功能运行在物理服务器中的虚拟机VM，系统将这种虚拟化处理的网络服务功能称为NFV，NFV控制器通过VM来管理NFV。


2.根据权利要求1所述的面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于所述SFC策略控制器由SFC策略接口、服务功能列表、流量拓扑和SFC核心组成；SFC策略控制器通过SFC策略接口接收业务配置消息MSG，SFC核心审查配置消息MSG内容的合法性，然后将该配置消息MSG中的Traffic_type和SF_request分发给NFV控制器和SDN控制器。


3.根据权利要求2所述的面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于所述配置消息MSG内容包含流量类别Traffic_type和服务功能请求SF_request字段；Traffic_type字段包含SFC的源主机IP、源主机端口、目的主机IP、目的主机端口以及IP地址类型；SF_request字段记录了网络业务所对应的SFC及其操作类型，每个SFC由一系列服务功能SF组成，形成一个SF序列，标记为(SF-1,SF-2,…)，操作类型有创建、删除、修改与查询。


4.根据权利要求3所述的面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于SFC策略控制器根据的服务功能请求SF_request更新服务功能列表；服务功能列表是一个链表，链表上的每一元素SF都是VNF，具体信息包括：VNF实例类型、实例编号、实例配置信息；流量拓扑是一个数据库，存储的是服务功能列表中每一个VNF所在的VM的IP地址、端口号、运行状态；SFC核心审查SF_request的合法性，成功后更新服务功能列表与流量拓扑的内容。


5.根据权利要求4所述的面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于SDN控制器中根据Traffic_type和SF_request，通过Linux内核中的SRv6模块编排SFC，将南向协议转换为SRv6指令，然后将其提交给Linux内核；SDN控制器中对SDN数据平面内网络设备的配置管理，引导流量按顺序经过SFC中的每一个VNF。


6.根据权利要求5所述的面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于NFV控制器根据SF_request创建VM，并将每一个VNF部署于VM，NFV控制器对VNF进行管控，内容包括：VNF的初始化、创建与终止、流量处理规则的增加删除与修改、VNF丢包阈值、允许的最大平均时延，以及VM目前的负载率、网络连接状态。


7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的面向工业互联网应用的服务功能链协同控制系统，其特征在于该系统的具体实现步骤如下：
步骤(1)系统由SFC策略控制器、SDN控制器和NFV控制器组成；SDN控制器实现SFC的管理操作，提供SFC的添加、删除、修改与查询；NFV控制器负责网络功能虚拟化NFV的管理，对每一个服务功能SF进行操作，提供SF的添加、删除与查询；
步骤(2)系统的输入为SFC配置消息MSG，消息内容包含操作对象(记作Object)、消息类型(Msg_type)、流量类别(记作Traffic_type)和服务功能请求(记作SF_request)字段；Object类型有SF和SFC两种情况，Msg_type有添加、删除、修改与查询四种情况；Traffic_type字段包含SFC的源主机...

【专利技术属性】
技术研发人员：何红军，高明，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33