软件定义天地一体化网络中的动态传算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种软件定义天地一体化网络中的动态传算方法及系统，包括：拆分待处理的初始任务，生成多个子任务；根据子任务之间的执行依赖关系，构建子任务依赖关系图，量化子任务资源开销和任务执行时间；上传子任务描述和子任务依赖关系图至控制平面；控制平面根据网络状态、子任务描述以及子任务依赖关系图，采用传算规划算法规划数据的传输路径以及每个子任务的部署位置；根据传输路径规划结果，向数据平面下发路由表，并根据子任务的部署策略，将多个子任务上传至对应的节点。本发明专利技术将数据处理分布在传输路径上，充分利用节点计算资源，实现边传边算，显著降低了传输开销，节约了天地一体化网络中有限的传输资源。节约了天地一体化网络中有限的传输资源。节约了天地一体化网络中有限的传输资源。

【技术实现步骤摘要】
软件定义天地一体化网络中的动态传算方法及系统


[0001]本专利技术涉及数据处理领域，具体地，涉及一种软件定义天地一体化网络中的动态传算方法及系统。

技术介绍

[0002]天地一体化信息网络是指由位于高轨、中轨、低轨的多种卫星系统(通信、遥感、导航系统等)、平流层网络(由飞机、高空气球、无人机等组成)和地面网络(互联网、移动通信网络：2G/3G/4G、移动自组织网络、WiFi等)组成的跨时空综合网络，目标是实现空、天、地、海(移动)实体的全球随遇接入、自由互联通信和跨网无缝切换，满足人类随时随地的及时通信与信息服务需求。
[0003]软件定义的天地一体化网络指的是在天地一体化网络的基础上，使用逻辑上集中的控制平面管理天地一体化网络。即通过控制器维护天地一体化网络的状态，并根据该状态动态管理网络。
[0004]现有软件定义的天地一体化网络缺少一套基于动态传算的数据处理框架。具体来说，现有数据处理首先将原始数据传输至指定数据分析中心然后再进行处理。这引入了较高的传输代价并导致了较严重的传输资源浪费。
[0005]在公告号为CN107872348B的中国专利文献中，公开了一种面向天地一体化网络的分域层次化控制方法、装置和系统，该方法在天地一体化网络中，通过将各网络传输设备节点信息进行上报到下层控制器，再由下层控制器进行汇总上报到上层控制器，各层控制器得到自己管辖范围内的网络详细信息，在进行网络管理时，每个控制器负责自己域内的所有业务，业务跨域时由业务节点最初覆盖完整的控制器进行管理，利用从管理者或上层控制器得到的相关控制策略进行计算，得到结果并下发，满足了天地一体化信息系统需要混合化的管理模式，即在终端统一管理的基础上，各终端组、自治域中仍然具有一定程度的单独管理能力。
[0006]文献(Wenrui Ma,Oscar Sandoval,Jonathan Beltran,Deng Pan and Niki Pissinou.Traffic aware placement of interdependent NFV middleboxes.IEEE INFOCOM 2017)中，提出了一种面向静态网络的基于任务依赖关系图的任务部署策略。该策略假设每个子任务具有相同的任务开销，并将所有子任务按照输入输出比从小到大进行排序然后结合任务依赖关系采用贪心的方式进行任务部署。该方法对于所有子任务具有相同任务开销的假设不适用于真实网络环境，同时该方法没有结合考虑传输路径的规划导致最终只能得到次优的策略。
[0007]文献(Sevil Mehraghdam,Matthias Keller,Holger Karl.Specifying and placing chains of virtual network functions.IEEE CloudNet 2014)，提出了一种基于贪心策略的联合路由和任务规划策略，该策略同样将子任务按照任务输入输出比进行优先级排序，然后通过组合优化的方式遍历所有方案，最后计算出该序列的最优传输路径及最优任务部署策略。该策略同样假设子任务开销相同且没有考虑拓扑的动态性，因此也不
适用于动态的天地一体化网络。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种软件定义天地一体化网络中的动态传算方法及系统。
[0009]根据本专利技术提供的一种软件定义天地一体化网络中的动态传算方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：拆分待处理的初始任务，生成多个能够独立部署的子任务；
[0011]步骤S2：根据子任务之间的执行依赖关系，构建子任务依赖关系图，量化子任务资源开销、子任务输入输出比和任务执行时间；
[0012]步骤S3：上传子任务描述和子任务依赖关系图至控制平面，所述子任务描述为子任务的计算资源开销和子任务能够降低的传输数据量；
[0013]步骤S4：控制平面根据网络状态、子任务描述以及子任务依赖关系图，采用传算规划算法规划数据的传输路径以及每个子任务的部署位置；
[0014]步骤S5：根据传输路径规划结果，向数据平面下发路由表，根据子任务的部署策略，将多个子任务上传至对应的节点。
[0015]优选的，所述步骤S1中的拆分待处理的初始任务包括：按照代码逻辑拆分初始任务的原始代码，生成多个代码段，在每个代码段的前后增加输入或输出所需的代码，使每个代码段能够独立部署，每个能够独立部署的代码段即为子任务。
[0016]优选的，所述步骤S2中的子任务之间的执行依赖关系为：子任务之间存在的数据依赖关系。
[0017]优选的，所述步骤S2中的子任务依赖关系图为：按照子任务的执行依赖关系构建的有向无环图；其中，所述有向无环图中的节点代表子任务，有向边代表子任务之间的依赖关系。
[0018]优选的，所述步骤S4中的网络状态为：网络中每个节点在各时刻的可用计算资源，网络中每条链路在各时刻的剩余带宽。
[0019]优选的，所述步骤S4中的传算规则算法包括以下步骤：
[0020]步骤S4.1：计算天地一体化网络在任务执行过程中的瓶颈资源；
[0021]步骤S4.2：计算天地一体化网络在任务执行过程中每对节点间的平均传输跳数；
[0022]步骤S4.3：将子任务按照执行依赖关系及任务执行收益进行排序，得到任务执行顺序；
[0023]步骤S4.4：将网络拓扑图和子任务依赖关系图结合，构建任务
‑
拓扑图；
[0024]步骤S4.5：在任务
‑
拓扑图上计算由虚拟源节点到虚拟目的节点的最短路径；
[0025]步骤S4.6：将步骤S4.5所述最短路径转化为最终数据的传输路径及子任务部署策略。
[0026]优选的，所述步骤S4.3包括以下子步骤：
[0027]步骤S4.3.1：通过迭代的方式将原始子任务依赖关系图分割成多个不相交任务组；
[0028]步骤S4.3.2：基于组号、任务依赖关系或任务执行收益对任务进行排序。
[0029]优选的，所述步骤S4.3.1中所述任务执行收益最大组是指，某一子任务与其所有依赖的前序任务组成的一个任务组，任务组的执行收益是组内所有子任务总体可降低数据量与整体计算资源需求的比值，执行收益最大的任务组即为任务执行收益最大组。
[0030]优选的，所述步骤S4.4包括以下子步骤：
[0031]步骤S4.4.1：构建虚拟源节点和虚拟目的节点；
[0032]步骤S4.4.2：将天地一体化网络拓扑中节点与子任务交叉映射，并根据资源约束及传输开销构建任务
‑
拓扑图的链路。
[0033]根据本专利技术提供的一种软件定义天地一体化网络中的动态传算系统，包括以下模块：
[0034]任务切分模块：拆分待处理的初始任务，生成多个能够独立部署的子任务；
[0035]任务分析模块：根据子任务之间的执行依赖关系，构建子任务依赖关系图，量化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软件定义天地一体化网络中的动态传算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：拆分待处理的初始任务，生成多个能够独立部署的子任务；步骤S2：根据子任务之间的执行依赖关系，构建子任务依赖关系图，量化子任务资源开销、子任务输入输出比和任务执行时间；步骤S3：上传子任务描述和子任务依赖关系图至控制平面，所述子任务描述为子任务的计算资源开销和子任务能够降低的传输数据量；步骤S4：控制平面根据网络状态、子任务描述以及子任务依赖关系图，采用传算规划算法规划数据的传输路径以及每个子任务的部署位置；步骤S5：根据传输路径规划结果，向数据平面下发路由表，根据子任务的部署策略，将多个子任务上传至对应的节点。2.根据权利要求1所述的软件定义天地一体化网络中的动态传算方法，其特征在于：所述步骤S1中的拆分待处理的初始任务包括：按照代码逻辑拆分初始任务的原始代码，生成多个代码段，在每个代码段的前后增加输入或输出所需的代码，使每个代码段能够独立部署，每个能够独立部署的代码段即为子任务。3.根据权利要求1所述的软件定义天地一体化网络中的动态传算方法，其特征在于：所述步骤S2中的子任务之间的执行依赖关系为：子任务之间存在的数据依赖关系。4.根据权利要求1所述的软件定义天地一体化网络中的动态传算方法，其特征在于：所述步骤S2中的子任务依赖关系图为：按照子任务的执行依赖关系构建的有向无环图；其中，所述有向无环图中的节点代表子任务，有向边代表子任务之间的依赖关系。5.根据权利要求1所述的软件定义天地一体化网络中的动态传算方法，其特征在于：所述步骤S4中的网络状态为：网络中每个节点在各时刻的可用计算资源，网络中每条链路在各时刻的剩余带宽。6.根据权利要求1所述的软件定义天地一体化网络中的动态传算方法，其特征在于：所述步骤S4中的传算规则算法包括以下步骤：步骤S4.1：计算天地一体化网络在任务执行过程中的瓶颈资源；步骤S4.2：计算天地一体化网络在任务执行过程中每对节点间的平均传输跳数；步骤S4.3：将子任务按照执行依赖关系及任务执行收益进行排序，得到任务执行顺序；步骤S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞龙，李旭，
申请(专利权)人：苏州全时空信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：