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CN117424921A - 一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统和控制方法 - Google Patents

一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统和控制方法 Download PDF

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CN117424921A
CN117424921A CN202311256906.5A CN202311256906A CN117424921A CN 117424921 A CN117424921 A CN 117424921A CN 202311256906 A CN202311256906 A CN 202311256906A CN 117424921 A CN117424921 A CN 117424921A
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CN
China
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deterministic
network
det
routing
Prior art date
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Application number
CN202311256906.5A
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Inventor
吴强
曹胜男
王然
郭梦杰
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统，包括Det‑AS，域间，Det‑AS控制器以及确定性业务管理器，其中大规模确定性网络根据不同的网络需求、物理特性划分为多个独立的Det‑AS，域间进行确定性转发时，将每个域抽象成一个带有域内时延属性的节点，并通过路由管理协议与相邻的域节点交互路由可达性信息，然后根据路由选择策略计算出一条最优路径进行确定性数据转发，以最小化域间的数据转发时延；每个Det‑AS均配备一个控制器，其用于域内的路径计算、资源配置、协议下发和信息收集等，确定性业务管理器用于接收和收集接入网络侧的用户设备的用户需求和应用程序的请求，负责确定性业务的配置和管理，并提供端到端应用系统之间网络业务配置要求。

Description

一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及一种面向大规模确定性网络的分布式控制方法，尤其涉及一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统，以及端到端确定性业务流的跨域转发方法，属于互联网协议和互联网技术领域。
背景技术
随着无人驾驶、远程医疗和智能电网等确定性业务的兴起和工业4.0的快速发展，对网络通信的需求进一步提高。传统以太网“尽力而为”的数据传输方式已经无法满足确定性业务的有界时延、零抖动以及精准的时间同步等传输需求。为了应对这些新兴实时和时间敏感应用的及时性和准确性需求，国际标准化协会组织互联网工程任务组(InternetEngineering Task Force,IETF)已经提出了一些草案和标准，旨在为这些应用提供可靠且具有确定性保证的网络传输。然而，现有的技术尚不足以保证具有时间敏感应用程序的大规模确定性网络端到端低时延的数据转发。同时，为了实现确定性业务的转发，工作组提出了一些基于周期转发的候选技术，例如，周期排队和转发(Cycle Queuing andForwarding,CQF)、周期指定排队和转发(Cycle Specified Queuing and Forwarding,CSQF)等。然而，如何在开放性的大规模确定性网络中实现端到端低时延的数据转发是一个有待解决的重要问题。
目前，随着产业互联网的推进和确定性网络标准的演进，确定性网络技术从局域网(Local Area Network,LAN)过渡到广域网(Wide Area Network,WAN)再到跨WAN的大规模的确定性网络。针对具有严格时延、抖动、带宽和丢包等需求的确定性业务，现有的确定性网络关键技术主要包括时间敏感网络(Time-Sensitive Networking,TSN)、确定性网络(Deterministic Networking,DetNet)和确定性IP技术(Deterministic IP,DIP)。
TSN是由电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers,IEEE)802.1标准委员会的音视频桥接(Audio Video Bridging,AVB)任务组发展而来，并在此基础上进一步发展为TSN任务组。TSN任务组将其应用领域从专业音视频领域扩展到工业场景、车载网络和移动通信等，并制定了一系列基于特定应用需求的标准。这些标准涵盖了时间同步、高可靠性、确定性时延以及资源管理等方面。TSN通过为以太网协议建立通用的时间敏感机制，以实现LAN的确定性传输，适用于小型网络范围内的实时应用。然而，TSN中的机制对时延有着严格的限制，并且需要高精度的时钟同步，这使得这些时间敏感机制不足以支持WAN中的确定性联网场景。随着对确定性网络需求的日益增多，现在确定性网络的应用范围也逐渐超出LAN的范畴。
DetNet是由IETF DetNet工作组开发的一种新型的网络技术，该工作组扩展了TSN任务组所提出的相关协议标准。DetNet为了满足WAN对确定性性能的需求，将互联网技术(Internet Technology,IT)和运营技术(Operational Technology,OT)相融合，同时具备第2层和第3层的能力，旨在解决第2层桥接和第3层路由段上实现确定性传输路径的问题，从而为特定的实时应用提供极低的丢包率和端到端的传输时延等。DetNet工作组通过互联网协议(Internet Protocol,IP)和多协议标签交换(Multiprotocol Label Switching,MPLS)等技术将确定性网络扩展到WAN上，以实现更广泛范围内的确定性传输。然而，该工作组目前主要研究处于单一或封闭性管理控制下的IP网络，其缺点是单一或封闭性管理控制下的IP网络不足以支持解决复杂的网络问题。因此，在大规模确定性网络中实现端到端低时延数据转发仍然存在着许多挑战。
DIP技术作为一种新颖的3层确定性网络技术架构，重点专注于数据转发平面，并采用频率同步机制来提供低延迟、低分组延迟变化(抖动)和高可靠性的界限。确定性网络技术主要关注在第2层和第3层提供可靠性保证的机制，而没有充分考虑转发延迟的控制。DetNet结合了路由协议，在路由级别实现确定性转发，将确定性网络扩展到WAN，但同时也增加了大规模网络部署的难度。因此，DIP技术引入周期调度机制进行转发技术的创新突破，通过周期和队列映射实现大规模的确定性传输。然而，该方法仍然需要静态网络拓扑和流设置，并且无法有效地解决新兴网络中存在的设备和流量微突发等问题，从而导致难以实现确定性传输。因此，在没有先验的动态环境信息的情况下，DIP技术仍无法很好地应用在大规模确定性网络中。目前，在大规模、长距离的网络中，确定性传输的研究还面临着许多亟待解决的问题。
针对大规模确定性网络这种开放性网络环境，获取网络的全局信息变得十分困难，如何优化端到端的确定性数据转发时延仍是极具挑战性的。上述几种确定性网络技术并没有考虑到对其进行有针对性的改进，主要存在以下问题：1)在大规模确定性网络中，流量突发和拥塞等情况的发生是无法规避和不可预测的。在面对开放性网络、复杂且灵活的拓扑结构以及长距离链路传输等网络特性时，现有技术无法支持稳定且可靠的数据转发，这可能导致端到端的网络时延和抖动无法控制在有界范围内。同时，确定性网络技术标准正在制定中，现有技术在保证数据传输的及时性和确定性方面面临诸多挑战。因此，难以满足新技术和新应用场景对确定性业务的需求。2)目前，现有的确定性网络技术主要针对单一或封闭性管理的网络。然而，大部分确定性业务需要在跨域的环境中进行数据转发，这种确定性数据转发已经无法满足开放性的大规模网络对全局确定性业务的需求。此外，由于传统的单控制器管理的开放性网络存在控制器负载过大的问题，难以满足大规模网络的性能要求。因此，单控制器管理的方式不适用于大规模的确定性网络。针对开放性的大规模确定性网络如何实现端到端低时延数据转发，现有技术尚未提供具有针对性的解决方案。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种面向大规模确定性网络的分布式控制方法，该技术方案要解决的问题是实现开放性的大规模确定性网络中端到端低时延数据转发控制问题，提供一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统及方法，以解决开放性网络环境下出现的时延和抖动较大的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种分而治之的思想来管理大规模确定性网络，通过设计一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统及方法，将当前大规模确定性网络进行分布式处理。具体地，本发明将大规模确定性网络根据不同的网络需求、物理特性等划分为多个确定性自治域(Deterministic Autonomous System,Det-AS)进行管理，并通过设计域间的路由策略来实现开放性网络的跨域确定性业务流转发。本发明的目标是实现Det-AS内和域间的最优路由，以最小化开放性网络端到端的全局网络的数据转发时延，从而实现更高效、可靠的数据处理和管理。
每个所述的Det-AS，其域内包含若干个网络设备和物理链路，并部署一个控制器，该控制器用于域内的流量管理、路由和转发，以实现域内时延最小化。每个Det-AS遵循端到端全局确定性服务限制，例如时延要求，域内的时延须小于全局的时延限制。在Det-AS内，网络设备仅与同一域内的其它网络设备进行通信，而只有具备特殊功能的ER才能进行跨域通信，且每个域内可以存在多个ER，从而可以通过多个相邻的Det-AS进行跨域的确定性业务流转发。
Det-AS间的确定性转发，将每个Det-AS抽象为一个带有域内时延属性的特殊节点，并通过采用路由管理协议和路由选择策略实现跨域的确定性域间通信。首先，域内的ER通过路由管理协议与相邻的域节点建立邻居关系，并交换路由可达性信息。同时，每个域节点可以通过ER学习到其它域节点的路由可达性信息。然后，ER会从这些路由可达性信息中根据一定的路由选择策略计算出最优的路由转发路径，并按照最优路径进行数据包的确定性转发，以实现域间时延最小化。
在分布式控制系统中，控制器通过控制南向接口负责数据转发平面资源的编排、网络拓扑和状态信息的维护等；并向应用平面提供服务北向接口，以用于接收来自应用程序的请求和指令；通过控制器之间的东西向接口，可以了解到其它域的网络状态和网络拥塞程度，以便进行分布式控制器之间的协作和协调，从而实现整个开放性的大规模确定性网络的跨域数据转发。
本发明技术方案如下，一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统，所述控制系统包括Det-AS即确定性自治域(Deterministic Autonomous System,Det-AS)，域间，Det-AS控制器以及确定性业务管理器，
其中Det-AS是指在开放性广域确定性网络中，划分的多个独立且具有确定性的网络区域，每个Det-AS都配备一个控制器和若干网络设备，同时，控制器进行管理和控制每个Det-AS，用于实现域内的流量管理和确定性数据转发，
域间进行确定性转发时，将每个域抽象成一个带有域内时延属性的节点，并通过路由管理协议与相邻的域节点交互路由可达性信息，然后根据路由选择策略计算出一条最优路径进行确定性数据转发，以最小化域间的数据转发时延；
Det-AS控制器，其中每个Det-AS均配备一个控制器，其用于域内的路径计算、资源配置、协议下发和信息收集等，或者与其它控制器间相互协作、交互信息，
确定性业务管理器用于收集接入网络侧的用户设备的用户需求和应用程序的请求，获取网络侧的网络信息，并按需向用户提供网络能力。主要负责确定性用户设备和网络资源的配置和管理，
控制系统各组成部分之间的接口关系如下：
数据转发平面中各域内的网络设备通过控制南向接口上传其域内的网络状态、链路、节点等信息至控制平面的控制器,同时，各控制器通过服务北向接口接收来自应用平面的各种确定性业务流的需求，并通过控制南向接口下发网络配置、协议以及路由计算结果等。控制器之间的交互通过东西向接口进行相应的协作和协调，以便于各域的消息同步和信息交互，从而更好地进行跨域数据转发的决策和管理。
所述控制系统还包括ER和FR，其中ER用于连接相邻Det-AS和其它外部网络，主要负责域间的确定性数据转发和路由，通过控制器下发的路由管理协议和域间所采用的路由策略，将确定性业务流从发送端的用户设备经过若干域的ER传输至接收端的用户设备所在域；FR是路由转发过程中的关键网络设备，用于将进入域内的确定性业务流按照每个域预先配置的路由规则和路由计算结果进行确定性转发，最终将确定性业务流发送至每个域的ER，直至终端设备接收该业务流。
实现面向大规模确定性网络的分布式控制系统的网络架构，所述网路架构包括应用平面、控制平面和数据转发平面，各平面相互分离，并通过所提供的开放接口进行交互，
其中，应用平面为该网络架构中的上层应用层，主要由确定性业务管理器和不同服务质量要求QoS的确定性业务应用组成，确定性业务应用是具有严格时间要求的应用，例如无人驾驶、智慧家居和智能工厂等。它们通过确定性业务管理器进行确定性用户设备的配置和管理，其包括确定性业务的需求、服务质量要求等的获取和配置下发。应用平面主要面向确定性业务应用，通过API协议接收来自应用程序的请求和指令。同时，通过服务北向接口向控制平面的控制器发送确定性业务流的需求和路由策略等进行交互，并从控制平面获取网络状态和统计信息，以进行网络资源调配。
控制平面主要由一个或多个控制器构成，与其它网络架构不同的是，本发明提出每个Det-AS对应一个控制器,同时，控制器具备计算、管理和交互等功能，其主要负责网络配置,网络配置包括对网络中的基本参数进行配置和管理，如流表、路由器端口的带宽限制、链路状态信息等，主要面向域内的网络基础设施，通过网络配置协议(NetworkConfiguration Protocol,Netconf)等相关协议对各自域内的网络设备进行配置和管理。同时，控制器通过东西向接口传递时延等网络状态信息，并与其它相邻的控制器进行信息交互，以满足控制器间的互操作性需求,
数据转发平面通过控制南向接口连接至控制平面，承担着广域确定性网络中各类确定性业务实际的转发和处理任务,该平面由若干Det-AS构成，每个Det-AS由ER和FR等网络设备元素组成,同时，该平面根据控制器预先配置的路由规则和策略将业务流进行确定性转发,在开放性的广域确定性网络环境中，确定性业务流通过发送端的用户设备转发，经过若干个Det-AS以及多条转发路径，最终送至接收端的用户设备。
一种面向大规模确定性网络的分布式控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：发送端的用户设备通过API协议向确定性业务管理器报告确定性业务的需求进行用户配置。Det-AS控制器通过UNI协议将确定性业务从用户侧传输到网络侧，以进行网络管理；
步骤2：网络侧通过采用分布式控制网络架构，将开放性的大规模确定性网络划分为多个独立的Det-AS，并将Det-AS抽象为带有时延属性的域节点，通过域节点的构建以进行跨域的数据转发；
步骤3：在Det-AS内，每个域由一个控制器进行配置和调度，控制器根据域内的网络拓扑信息、流量需求和性能指标等进行路由计算，得到一条域内的最优路由结果，并将计算结果下发至域内网络设备进行数据转发，以实现域内时延最小化；
步骤4：在Det-AS间通信时，将每个域看作是带有域内时延属性的节点，控制器将路由管理协议下发至各域内的ER，ER通过路由管理协议获取其它域节点的路由可达性信息，并根据路由选择策略进行域间的最优路径选择，ER根据最优的域间路由路径进行确定性数据的转发，以实现域间时延最小化；
步骤5：经过上述步骤，将分别计算出域内时延和域间时延，域内时延是在同一域内进行数据转发时，所引起的延迟；域间时延是在跨越不同域时，所造成的数据转发延迟。本发明再将计算得到的域内和域间时延求和，便可以得到有界且较小的大规模确定性网络端到端的数据转发时延。
该方案面向大规模确定性网络的分布式控制系统及方法：将当前大规模确定性网络进行分布式处理，用于实现开放性网络的确定性业务流的跨域转发。该方案采用分布式控制系统各组成部分的接口关系：数据转发平面的网络设备与控制平面的确定性自治域管理器通过控制南向接口交互信令，各控制器间通过东西向接口交互信息，应用平面的确定性业务管理器通过服务北向接口与控制平面交互确定性业务需求。该方案中面向开放性广域确定性网络的网络架构：将大规模确定性网络按照不同的网络需求划分为多个Det-AS，并由各自的控制器进行部署和调度。该网络架构包括应用平面、控制平面和数据转发平面，各平面相互分离，并通过所提供的开放接口进行交互。上述方案中，确定性业务管理器：收集接入网络侧的用户设备的用户需求和应用程序的请求，获取网络侧的网络信息，并按需向用户提供网络能力。确定性自治域控制器：在每个Det-AS内进行网络状态等信息的收集和网络参数配置和管理的下发，以实现路由计算和确定性转发等操作。确定性自治域：将开放性广域确定性网络划分为多个独立且具有确定性的网络区域。每个确定性自治域由一个控制器进行控制和管理。
确定性自治域内数据转发：根据控制器下发的域内流表进行确定性的域内数据转发。包括流管理、映射、调度和确定性转发。确定性自治域间数据转发：根据控制器计算路由等操作得到域内最优路由，及其所对应的时延，并将域内时延抽象为带有时延属性的多度域节点。域节点间通过域间的路由表进行确定性的数据转发。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：(1)本发明通过设计一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统及方法，将当前大规模确定性网络根据不同的网络需求、物理特性等划分为多个确定性自治域来进行分布式处理，并通过设计域内、域间的路由策略来实现开放性网络的端到端确定性业务流的转发；(2)提供一种面向开放性广域确定性网络的新型网络架构，包括应用平面(确定性业务管理器)、控制平面(确定性自治域控制器)和数据转发平面(面向开放性广域确定性网络包括域内转发和域间转发。控制器和确定性自治域具有一一对应的关系，广域确定性网络被划分为多个确定性自治域；(3)各平面之间的交互方式。应用平面通过北向服务接口向控制平面发送确定性需求，控制平面通过南向控制接口进行确定性配置和管理数据转发平面的网络设备；(4)域节点的拓扑构建方案。本发明通过设计三层拓扑架构来实现跨域的数据转发。三层拓扑架构包括原始开放性网络拓扑、确定性自治域拓扑和带属性域节点拓扑；(5)每个确定性自治域抽象出一个带有时延属性的域节点的方案。根据不同的确定性业务需求、域内网络拓扑结构、路由路径等，得到各确定性自治域的多个时延，通过路由策略选择最优域内时延；(6)域间确定性数据转发方案。在域节点构成的网络拓扑中，多度域节点根据域间路由表进行跨域的确定性数据转发；(7)确定性业务管理器的功能模块和作用。用户网络设备或应用程序首先通过业务管理器获取确定性业务需求，然后通过确定性业务管理器将用户侧的需求转发至网络侧，避免了网络内部传播和网络配置的细节；(8)确定性自治域控制器的功能模块和作用。确定性自治域控制器包括调度和管理两大功能，作用在其负责的确定性自治域中。使用分布式的控制器可以解决大规模确定性网络中单控制器管理模式下的负载过大的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的面向开放性广域确定性网络的网络架构示意图；
图2为本发明实施例的域节点的拓扑构建过程示意图；
图3为本发明实施例的确定性自治域内的数据请求转发示意图；
图4为本发明实施例的确定性自治域间的数据转发过程示意图；
图5为本发明实施例的面向大规模确定性网络的端到端跨域通信建立示意图；
图6为本发明实施例的确定性用户配置和网络管理相关操作流程示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统，所述控制系统包括Det-AS，域间，Det-AS控制器以及确定性业务管理器，
其中Det-AS是指在开放性广域确定性网络中，划分的多个独立且具有确定性的网络区域，每个Det-AS都配备一个控制器和若干网络设备，同时，控制器进行管理和控制每个Det-AS，用于实现域内的流量管理和确定性数据转发，
域间进行确定性转发时，将每个域抽象成一个带有域内时延属性的节点，并通过路由管理协议与相邻的域节点交互路由可达性信息，然后根据路由选择策略计算出一条最优路径进行确定性数据转发，以最小化域间的数据转发时延；
Det-AS控制器，其中每个Det-AS均配备一个控制器，其用于域内的路径计算、资源配置、协议下发和信息收集等，或者与其它控制器间相互协作、交互信息，
确定性业务管理器用于接收和收集接入网络侧的用户设备的用户需求和应用程序的请求，负责确定性业务的配置和管理，并提供端到端应用系统之间网络业务配置要求，
控制系统各组成部分之间的接口关系如下：
数据转发平面中各域内的网络设备通过控制南向接口上传其域内的网络状态、链路、节点等信息至控制平面的控制器,同时，各控制器通过服务北向接口接收来自应用平面的各种确定性业务流的需求，并通过控制南向接口下发网络配置、协议以及路由计算结果等。控制器之间的交互通过东西向接口进行相应的协作和协调，以便于各域的消息同步和信息交互，从而更好地进行跨域数据转发的决策和管理。
所述控制系统还包括ER和FR，其中ER用于连接相邻Det-AS和其它外部网络，主要负责域间的确定性数据转发和路由，通过控制器下发的路由管理协议和域间所采用的路由策略，将确定性业务流从发送端的用户设备经过若干域的ER传输至接收端的用户设备所在域；FR是路由转发过程中的关键网络设备，用于将进入域内的确定性业务流按照每个域预先配置的路由规则和路由计算结果进行确定性转发，最终将确定性业务流发送至每个域的ER，直至终端设备接收该业务流。
实施例2：参见图1，实现面向大规模确定性网络的分布式控制系统的网络架构，所述网路架构包括应用平面、控制平面和数据转发平面，各平面相互分离，并通过所提供的开放接口进行交互，
其中，应用平面为该网络架构中的上层应用层，主要由确定性业务管理器和不同QoS的确定性业务应用组成，确定性业务应用是具有严格时间要求的应用，例如无人驾驶、智慧家居和智能工厂等。它们通过确定性业务管理器进行确定性用户设备的配置和管理，其包括确定性业务的需求、服务质量要求等的获取和配置下发。应用平面主要面向确定性业务应用，通过API协议接收来自应用程序的请求和指令。同时，通过服务北向接口向控制平面的控制器发送确定性业务流的需求和路由策略等进行交互，并从控制平面获取网络状态和统计信息，以进行网络资源调配。
控制平面主要由一个或多个控制器构成，与其它网络架构不同的是，本发明提出每个Det-AS对应一个控制器,同时，控制器具备计算、管理和交互等功能，其主要负责网络配置,网络配置包括对网络中的基本参数进行配置和管理，如流表、路由器端口的带宽限制、链路状态信息等，主要面向域内的网络基础设施，通过Netconf等相关协议对各自域内的网络设备进行配置和管理。同时，控制器通过东西向接口传递时延等网络状态信息，并与其它相邻的控制器进行信息交互，以满足控制器间的互操作性需求,
数据转发平面通过控制南向接口连接至控制平面，承担着广域确定性网络中各类确定性业务实际的转发和处理任务,该平面由若干Det-AS构成，每个Det-AS由ER和FR等网络设备元素组成，同时，该平面根据控制器预先配置的路由规则和策略将业务流进行确定性转发,在开放性的广域确定性网络环境中，确定性业务流通过发送端的用户设备转发，经过若干个Det-AS以及多条转发路径，最终送至接收端的用户设备。
实施例3：参见图1-图6，一种面向大规模确定性网络的分布式控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：发送端的用户设备通过API协议向确定性业务管理器报告确定性业务的需求进行用户配置。Det-AS控制器通过UNI协议将确定性业务从用户侧传输到网络侧，以进行网络管理；
步骤2：网络侧通过采用分布式控制网络架构，将开放性的大规模确定性网络划分为多个独立的Det-AS，并将Det-AS抽象为带有时延属性的域节点，通过域节点的构建以进行跨域的数据转发；
步骤3：在Det-AS内，每个域由一个控制器进行配置和调度，控制器根据域内的网络拓扑信息、流量需求和性能指标等进行路由计算，得到一条域内的最优路由结果，并将计算结果下发至域内网络设备进行数据转发，以实现域内时延最小化；
步骤4：在Det-AS间通信时，将每个域看作是带有域内时延属性的节点，控制器将路由管理协议下发至各域内的ER，ER通过路由管理协议获取其它域节点的路由可达性信息，并根据路由选择策略进行域间的最优路径选择，ER根据最优的域间路由路径进行确定性数据的转发，以实现域间时延最小化；
步骤5：经过上述步骤，将分别计算出域内时延和域间时延，域内时延是在同一域内进行数据转发时，所引起的延迟；域间时延是在跨越不同域时，所造成的数据转发延迟。本发明再将计算得到的域内和域间时延求和，便可以得到有界且较小的大规模确定性网络端到端的数据转发时延。
结合附图，详细介绍每个步骤实现的过程，具体如下：
参见图6，介绍步骤1中包括的确定性业务管理器和Det-AS控制器，以及它们的具体功能模块和协作工作流程。
确定性业务管理器包括用户配置模块。用户配置模块主要分为确定性业务的需求上传和确定性功能的配置下发。用户配置模块是发起业务通信时，临时与Det-AS控制器建立的连接，负责将获取到的确定性业务需求通过UNI协议下发给控制平面内的控制器。
Det-AS控制器的功能模块包括域内的网络管理模块。域内的网络管理模块主要包括管理和调度两部分。管理功能又包括资源管理、拓扑管理和业务流管理，调度主要包括路由计算和数据调度。域内网络管理模块负责处理进入域内的业务流，且各Det-AS内的网络拓扑等基本信息是长期保存的，但需根据不同用户设备的需求进行业务流的处理。Det-AS控制器对ER和FR下发不同的配置指令。具体地，Det-AS控制器下发转发流表至FR，以用于域内的数据转发。同时，Det-AS控制器下发路由管理协议和各Det-AS内路由结果至ER，以用于域间链路的建立和确定性数据的转发。此外，Det-AS控制器间通过交换路由可达性信息进行跨域的协作和协调，以保证业务流传输的实时性和准确性。
用户配置和网络管理的具体工作流程包括以下步骤：
步骤11：首先，各终端的用户设备通过API协议与确定性业务管理器互连，建立临时连接。确定性业务管理器通过用户配置模块将对终端的用户设备进行功能检索和用户需求获取。并在终端用户设备上进行确定性网络特性的配置，以便于确定性业务管理器配置终端信息，以此为确定性业务避免了网络内部传播和网络配置的细节。同时也降低了网络中的通信开销和时延，使得确定性业务需求能够直接影响域内及域间的数据转发过程。
步骤12：通过从确定性业务管理器获取用户需求和配置确定性特性后，Det-AS控制器中的域内网络管理模块进行处理来自终端用户设备的QoS请求以及域内网络管理。各Det-AS控制器通过Netconf等协议执行资源管理和设备管理的功能，获取每个域内的网络拓扑等信息，并收集每个域内各网络设备支持确定性网络技术的能力。Det-AS控制器在获取了域内网络状态信息后，根据流管理的特性，将用户的确定性业务的需求信息、流特征等信息进行收集和管理，这些信息包括源地址、目的地址、业务流大小、QoS等。
步骤13：进一步地，通过各管理功能模块收集到流信息、网络资源信息和拓扑信息后，进行路由计算和资源管理等操作。当完成路由计算等操作后，通过Netconf等协议，Det-AS控制器将计算结果下发至域内的各网络设备。具体地，Det-AS控制器将转发流表下发到各域的FR上，并下发路由管理协议和各Det-AS内的时延结果至ER，从而指导确定性业务流的路由和调度过程。
步骤14：进一步地，Det-AS控制器通过配置路由管理协议与其它Det-AS控制器建立了直接的连接关系。各Det-AS控制器间通过东西向接口执行路由管理协议进行网络拓扑、路由策略、网络配置和网络状态等信息的交互，以便更好地进行跨域的确定性业务流转发。东西向接口用于各Det-AS控制器之间的通信和协作，Det-AS控制器可以交换各自所管理域的网络状态信息，例如链路状态、拓扑变化和负载情况等，通过这些信息交互能够建立和感知全局的网络视图。
步骤15：通过以上步骤，每个域内的网络设备根据各Det-AS控制器的配置和指令进行数据转发，而域间则通过配置路由管理协议按照域间路由表的最优路由进行跨域的业务流的确定性转发。这种分布式控制管理的方式可以确保整个开放性的大规模网络按需进行配置和管理，实现全局端到端跨域网络的低时延数据转发。
参见图2，详细介绍步骤2中面向开放性大规模网络的确定性自治域的划分和对应域节点的构建过程，以实现确定性业务流的低时延转发。
该构建过程用3层架构形象地表示，上层表示各Det-AS对应的域节点所构成的网络拓扑，中间层表示各Det-AS的划分，下层表示原始开放性网络的实际拓扑。由于跨域时延的确定性仍然是开放性网络环境中的重要问题，因此，本发明提供的分布式控制方法可以将开放性的大规模网络抽象为多个域节点，域的数量不受限，并且支持多个终端的接入。
具体的域节点的拓扑构建过程如下：
在原始的开放性大规模网络中，多个网络设备被整合在一起，形成一个复杂的网络拓扑。当确定性业务流从发送端的用户设备发送至接收端的用户设备时，业务流的转发有多条路由路径，同时，路由路径错综复杂且存在链路冗余、重叠等多个问题。为了满足不同的网络和管理需求，降低开放性网络端到端的数据转发时延，将这个开放性的复杂网络可以被划分为多个独立的Det-AS。每个Det-AS的内部有自己的网络设备和管理结构，以便实现内部的路由优化和数据传输控制。
在每个Det-AS内部，由原始的开放性网络的各设备映射到相应的Det-AS内，进一步通过重新规划和管理Det-AS，将设置有限数量的ER和多个FR以进行高效地管理。其中ER在不同自治域之间扮演着关键角色，负责跨域的确定性业务流转发。然而，在端到端的确定性业务流的转发过程中，为了计算出整个开放性网络的最优时延，首先，通过重新规划出每个Det-AS内路由路径，计算得到各Det-AS内部的最优时延。然后，通过ER进行跨域的数据转发。而Det-AS间通信也是一个复杂的过程，需要综合考虑不同Det-AS间的路由路径，本发明通过构建带时延属性的域节点来计算域间的最优路径及时延。
在域节点拓扑层，将计算得到的每个Det-AS内的最优时延看作域节点的属性，并且该带有时延属性的域节点与Det-AS拓扑层的每个域一一对应。域间通信以每个域为单个实体，通过执行路由管理协议来实现跨域的确定性业务流转发。首先，与其它的域节点建立邻居关系，通过支持路由管理协议的ER进行路由可达性信息的交换。在收到邻居域节点发送的路由可达性信息后，ER将这些路由信息进行处理。ER可能会学到多条路由转发路径。如图2所示，域节点间各确定性业务流的路由转发路径可能有多条。然后，根据所学到的路由可达性信息，ER将其作为候选路由，并根据域间所采用的路由选择策略进行最优路由选择，以便得到全局最优的数据转发时延。从图2中可以看到，域节点间的路由路径和Det-AS间的路由路径相互对应。相较于原始的开放性网络的路由路径，本发明所构建的域节点间的路由路径更优。
参见图3，详细介绍步骤3中单个域的域内数据请求转发过程，域内通信建立的主要实体以及数据转发流程，
Det-AS内通信建立所需的主要实体如下：
在Det-AS内有两种类型的路由器，分别是ER和FR。它们在网络中分别承担着不同的功能和作用。其中，ER位于每个域的边缘，用于连接不同的Det-AS，也能够通过控制器配置的路由管理协议，与其它域节点进行路由可达性信息的交互，以实现跨域的业务流转发。
FR位于每个域的内部，负责将域内的数据包按照一定的规则和路径进行转发，直至业务流到达接收端的用户设备。数据转发平面的FR可以根据控制器部署和配置的路由转发路径进行域内的确定性业务流的转发。
单个Det-AS发起通信过程及具体的数据转发流程包括以下步骤：
步骤31：在单个域内进行数据转发时，首先由发送端的用户设备或其它域的ER设备将一个或多个确定性业务流发送至当前所在域的ER设备。
步骤32：ER接收到业务流后，上传该域内的网络拓扑、链路信息、节点信息等网络状态信息给负责该域的Det-AS控制器，以进行域内的确定性数据转发。
步骤33：每个Det-AS控制器根据收集到的用户信息和网络拓扑等信息，将进行域内的路由路径计算、资源预留和流管理等任务。具体地，各业务流经路由设备中的数据转发处理引擎进行业务流处理，如图3所示。当确定性业务流进入到路由器的处理引擎时，首先将业务流进行流量分类操作。然后，业务流将根据其流标识、流特征、优先级等属性映射到相应的优先级队列中。每个队列被赋予不同的优先级，用于区分不同级别的确定性业务流，以便于进行业务流的整形和调度，从而进行路由计算、资源预留和流管理等。
步骤34：Det-AS控制器根据路由计算结果配置和管理域内的路由器设备，下发域内的转发流表和路由管理协议至各网络设备。并根据流表中划分的优先级队列，将确定性业务流映射到相应的队列中进行排队。根据每个队列中的流量情况、网络状态和缓冲区大小等进行流量整形和调度操作，以进行出队处理。同时，Det-AS控制器采用多种调度算法来确定每个队列中业务流的传输顺序，这些算法可以基于优先级、门控列表、带宽保障、最小时延等策略进行业务流的调度。一旦确定传输的队列，数据包将从对应的队列中取出，并发送至该路由器的出端口，等待转发至下一跳路由器。
步骤35：Det-AS控制器下发域内流表至各网络设备后，各网络设备进行配置流表，以便于业务流的确定性转发。流表包括包头域、计数器、动作表和时钟同步等内容。包头域信息包括流ID、源地址、目的地址、输入端口、输出端口和优先级等。计数器包含数据包和业务流的统计信息。动作表是指数据包转发至Det-AS控制器和路由器端口的动作，以及业务流的处理过程等。时钟同步记录采用的时钟同步机制和当前业务流的转发周期。
步骤36：Det-AS内各网络设备配置流表后，将进行业务流的转发。根据FR配置的转发流表进行下一跳路由器的选择，以确保业务流按照所选路径正确到达Det-AS内的ER，直至获得Det-AS内的确定性业务流的转发时延。
步骤37：根据上述Det-AS内的数据转发可以得到每个Det-AS的路由结果，从而获得每个Det-AS的域内时延和对应域节点的出度数。例如，图3有两条不同的路由路径到ER，它们分别对应着两个不同的域内时延，每个时延对应域节点的一个出边口。根据不同时延和对应的出度数，将结果抽象为一个带有时延属性的多度域节点，该多度域节点可以有多条链路连接其它域节点。
步骤38：进一步地，每个多度域节点的出度对应着该节点的一个特定的出边口，通过该出边口可以将业务流从当前域节点发送到其它域节点，每个出边口可以连接到不同的域节点。最后，根据所设计的域间路由转发策略，选择域内最优时延及对应的出边口进行数据的确定性转发。
在上述整个过程中，流量的分类和选择传输是为了满足确定性业务流的时延、抖动等需求，并保证其按照预定的优先级和路径进行传输。这样可以提供可靠的网络服务，适应不同级别的确定性业务的需求。同时，通过输出带有时延属性的多度域节点，将确定性业务流进行跨域的数据转发。
参见图4，介绍步骤4中Det-AS间的数据转发过程，根据上述步骤3得到的各Det-AS所对应的带有时延属性的多度域节点，并由这些域节点构成一个新的网络拓扑，该网络拓扑中可以包含若干个多度域节点。现将详细描述域间通信建立和数据转发过程。具体包括以下步骤：
步骤41：首先，根据域内的数据转发，可以得到各域的多个路由结果、各路由路径对应的域内转发时延t以及最优时延对应的出边口k，并将每个Det-AS抽象为带有时延属性T的多度域节点，域节点间通过ER与相邻的域节点建立连接关系，以进行域间的通信建立。
步骤42：当确定性业务流进行跨域的数据转发时，将由支持路由管理协议的ER进行跨域的确定性业务流的转发。ER通过采用路由管理协议与其它域节点建立邻居关系。在建立邻居关系后，ER开始交换路由可达性信息。这些路由可达性信息包括每个Det-AS的网络状态信息、确定性业务的需求、域内时延结果和对应的出边口等。
步骤43：ER在收到邻居发送的路由可达性信息后，将路由信息进行解析，提取终端用户设备发送业务流的目的地址和邻居域节点的路由可达性信息。将解析后的域节点的路由信息存储在域间的路由表中，以记录域节点的路由路径、目的节点、初始节点、域内时延以及对应出边口等信息。同时，ER也可以接收路由信息的更新，并将该路由信息添加至域间的路由表中并进行更新。
步骤44：进一步地，根据不同的Det-AS时延t和多度域节点的出边口k，域节点间的链路状态有多种结果(如a，b和c)，链路数量是有限且确定的。域间的链路数由每个多度域节点的出边口所决定，且域内每个时延结果都对应一个域节点的出边口，以便于业务流的确定性转发。因此，ER可以收到多条到达接收端的用户设备所在域的路径信息，ER将这些路径信息作为候选路由，并根据域间所采用的路由选择策略(如最短路径优先算法)进行最优路由选择。
步骤45：本发明以最小化端到端时延为目标，因此选择一条时延最小的路由路径。在图4中，存在a，b和c三条路径可以从发送端的用户设备所在的起始域T1到达接收端的用户设备所在的目的域T4，其中T1表示域1的最优网络时延。ER根据最小化时延的路由选择策略来确定最优路由路径(如路径a)，并将最优路由路径添加到域间的路由表中。最后，ER根据上述所学到的路由可达性信息和路由选择策略进行域间的确定性数据转发。
参见图5，以端到端跨域的数据转发过程为例，介绍步骤5中整个开放性的大规模确定性网络的通信建立过程以及端到端数据转发时延的计算过程。该过程将用4层架构来进行描述，从上到下依次是确定性业务配置、确定性控制器管理、域内数据转发和域间数据转发。具体包括以下步骤：
步骤51：首先，确定性业务管理器通过API协议收集来自终端用户设备的确定性业务需求，然后将这些确定性业务需求进行管理，以便于将其发送至控制平面。
步骤52：当确定性业务管理器通过UNI协议发送确定性业务流至网络侧，网络侧通过分布式Det-AS控制方法对当前大规模网络进行管理。首先，Det-AS控制器将注册时延、抖动和带宽等网络资源需求以及QoS、负载均衡、接入控制等应用需求。
步骤53：进一步地，在Det-AS控制器获取确定性业务需求和域内的网络状态信息后，通过Netconf等相关协议对域内的网络设备进行配置和管理。Det-AS控制器根据收集到的网络状态信息和应用需求进行路由计算和资源预留等操作。经过路由计算等操作后，每个Det-AS内的路由器等网络设备会根据路由计算结果得到的最优路径进行域内的确定性数据转发。不同的路由策略可能选择不同的路径进行通信，不同路径导致产生多个域内的网络时延和对应的出度数。
步骤54：通过Det-AS控制器下发适当的路由管理协议配置信息给每个域内的ER，以及根据上述步骤得到的计算结果，包括域内的路由结果、时延以及对应的出度数，在进行域间确定性通信时，将每个域抽象为一个带有域内时延属性的多度域节点，通过多度域节点间的互连实现跨域的确定性业务流转发。
步骤55：多度域节点间通过域间路由表进行域间的数据转发，通过路由表中预先制定的路由选择策略及路由管理协议等进行域间的确定性路由转发。从图5中可以看出，域节点间的路由路径可能存在多条，但为了获得端到端的全局低时延数据转发，在不同Det-AS之间进行业务流传输时，业务流按照最优路径从初始域节点跨域到达目标域节点。
步骤56：进一步地，控制平面内的分布式控制器间通过东西向接口来进行时延、带宽等网络状态信息的交互，以便及时调整各Det-AS和域间的路由路径，通过域内和域间的协调和协作，从而使确定性业务流能够被接收端的用户设备成功接收。同时，跨域的ER采用的确定性转发可以适用于多种数据面封装方式，包括但不限于IP转发，MPLS和分段路由等。通过确定性转发机制，这种跨域的确定性通信方式能够保证业务流的时延、抖动等性能要求。同时，跨域通信可以支持不同的数据面封装方式，使得网络可以适应不同的应用场景和需求。
步骤57：经过上述步骤，将分布式计算得出的域内数据转发时延和域间数据转发时延进行求和，便可以得到大规模确定性网络端到端的数据转发时延。最后，可以通过验证确定该时延是否满足确定性业务流的需求，以保证配置的有效性，并对终端设备进行确定性配置。
步骤58：通过对确定性业务流的计算得到确定性业务流的端到端时延、抖动等QoS网络指标，并将计算结果报告给接收端的用户设备所在域的控制器。如果发现指标值出现差错或异常情况，需重新进行路由。终端网络设备通过API将消息通过逐个Det-AS控制器报告并反馈给发送端的用户设备所在域的控制器。重复上述步骤，直至域间协作通信能够确保跨域端到端的确定性时延和抖动在可接受的范围内。
通过本发明提供的面向大规模确定性网络的分布式控制网络架构和跨域的端到端低时延数据转发控制方案，可以在大规模网络、WAN和混合网络等开放性网络环境中实现高效、稳定的确定性数据转发。本发明可以满足不同行业和应用领域的确定性通信需求，并为实现可靠的跨域端到端低时延数据转发控制提供了有效的解决方案。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (9)

1.一种面向大规模确定性网络的分布式控制系统，其特征在于，所述控制系统包括Det-AS，域间，Det-AS控制器以及确定性业务管理器，
其中Det-AS是指在开放性广域确定性网络中，划分的多个独立且具有确定性的网络区域，每个Det-AS都配备一个控制器和若干网络设备，同时，控制器进行管理和控制每个Det-AS，用于实现域内的流量管理和确定性数据转发，
域间进行确定性转发时，将每个域抽象成一个带有域内时延属性的节点，并通过路由管理协议与相邻的域节点交互路由可达性信息，然后根据路由选择策略计算出一条最优路径进行确定性数据转发，以最小化域间的数据转发时延；
Det-AS控制器，其中每个Det-AS均配备一个控制器，其用于域内的路径计算、资源配置、协议下发和信息收集等，或者与其它控制器间相互协作、交互信息，
确定性业务管理器用于接收和收集接入网络侧的用户设备的用户需求和应用程序的请求，负责确定性业务的配置和管理，并提供端到端应用系统之间网络业务配置要求，
控制系统各组成部分之间的接口关系如下：
数据转发平面中各域内的网络设备通过控制南向接口上传其域内的网络状态、链路、节点等信息至控制平面的控制器,同时，各控制器通过服务北向接口接收来自应用平面的各种确定性业务流的需求，并通过控制南向接口下发网络配置、协议以及路由计算结果,控制器之间的交互通过东西向接口进行相应的协作和协调，以便于各域的消息同步和信息交互，从而更好地进行跨域数据转发的决策和管理。
2.根据权利要求1所述的面向大规模确定性网络的分布式控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括边界路由器(Edge Router,ER)和转发路由器(Forwarding Router,FR)，其中ER用于连接相邻Det-AS和其它外部网络，主要负责域间的确定性数据转发和路由，通过控制器下发的路由管理协议和域间所采用的路由策略，将确定性业务流从发送端的用户设备经过若干域的ER传输至接收端的用户设备所在域；FR是路由转发过程中的关键网络设备，用于将进入域内的确定性业务流按照每个域预先配置的路由规则和路由计算结果进行确定性转发，最终将确定性业务流发送至每个域的ER，直至终端设备接收该业务流。
3.实现权利要求1或2中所述的面向大规模确定性网络的分布式控制系统的网络架构，其特征在于，所述网路架构包括应用平面、控制平面和数据转发平面，各平面相互分离，并通过所提供的开放接口进行交互，
其中，应用平面为该网络架构中的上层应用层，主要由确定性业务管理器和不同服务质量要求(Quality of Service,QoS)的确定性业务应用组成，
控制平面主要由一个或多个控制器构成，每个Det-AS对应一个控制器,同时，控制器具备计算、管理和交互等功能，其主要负责网络配置,网络配置包括对网络中的基本参数进行配置和管理，控制器通过东西向接口传递时延等网络状态信息，并与其它相邻的控制器进行信息交互，以满足控制器间的互操作性需求,
数据转发平面通过控制南向接口连接至控制平面，承担着广域确定性网络中各类确定性业务实际的转发和处理任务,该平面由若干Det-AS构成，每个Det-AS由ER和FR等网络设备元素组成,同时，该平面根据控制器预先配置的路由规则和策略将业务流进行确定性转发,在开放性的广域确定性网络环境中，确定性业务流通过发送端的用户设备转发，经过若干个Det-AS以及多条转发路径，最终送至接收端的用户设备。
4.一种面向大规模确定性网络的分布式控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：发送端的用户设备通过应用编程接口(Application Programming Interface,API)协议向确定性业务管理器报告确定性业务的需求进行用户配置，Det-AS控制器通过用户网络信息(User/Network Information,UNI)协议将确定性业务从用户侧传输到网络侧，以进行网络管理；
步骤2：网络侧通过采用分布式控制网络架构，将开放性的大规模确定性网络划分为多个独立的Det-AS，并将Det-AS抽象为带有时延属性的域节点，通过域节点的构建以进行跨域的数据转发；
步骤3：在Det-AS内，每个域由一个控制器进行配置和调度，控制器根据域内的网络拓扑信息、流量需求和性能指标等进行路由计算，得到一条域内的最优路由结果，并将计算结果下发至域内网络设备进行数据转发，以实现域内时延最小化；
步骤4：在Det-AS间通信时，将每个域看作是带有域内时延属性的节点，控制器将路由管理协议下发至各域内的ER，ER通过路由管理协议获取其它域节点的路由可达性信息，并根据路由选择策略进行域间的最优路径选择，ER根据最优的域间路由路径进行确定性数据的转发，以实现域间时延最小化；
步骤5：经过上述步骤，将分别计算出域内时延和域间时延，域内时延是在同一域内进行数据转发时，所引起的延迟；域间时延是在跨越不同域时，所造成的数据转发延迟,再将计算得到的域内和域间时延求和，便可以得到有界且较小的大规模确定性网络端到端的数据转发时延。
5.根据权利要求2所述的面向大规模确定性网络的分布式控制方法，其特征在于，所述步骤1中具体过程如下，用户配置和网络管理的具体工作流程包括以下步骤：
步骤11：首先，各终端的用户设备通过API协议与确定性业务管理器互连，建立临时连接，确定性业务管理器通过用户配置模块将对终端的用户设备进行功能检索和用户需求获取，并在终端用户设备上进行确定性网络特性的配置，
步骤12：通过从确定性业务管理器获取用户需求和配置确定性特性后，Det-AS控制器中的域内网络管理模块进行处理来自终端用户设备的QoS请求以及域内网络管理，各Det-AS控制器通过Netconf等协议执行资源管理和设备管理的功能，获取每个域内的网络拓扑等信息，并收集每个域内各网络设备支持确定性网络技术的能力，Det-AS控制器在获取了域内网络状态信息后，根据流管理的特性，将用户的确定性业务的需求信息、流特征等信息进行收集和管理，
步骤13：通过各管理功能模块收集到流信息、网络资源信息和拓扑信息后，进行路由计算和资源管理操作，当完成路由计算等操作后，通过Netconf协议，Det-AS控制器将计算结果下发至域内的各网络设备，具体地，Det-AS控制器将转发流表下发到各域的FR上，并下发路由管理协议和各Det-AS内的时延结果至ER，从而指导确定性业务流的路由和调度过程，
步骤14：Det-AS控制器通过配置路由管理协议与其它Det-AS控制器建立了直接的连接关系，各Det-AS控制器间通过东西向接口执行路由管理协议进行网络拓扑、路由策略、网络配置和网络状态等信息的交互，以便更好地进行跨域的确定性业务流转发，东西向接口用于各Det-AS控制器之间的通信和协作，Det-AS控制器可以交换各自所管理域的网络状态信息，包括链路状态、拓扑变化和负载情况，通过这些信息交互能够建立和感知全局的网络视图，
步骤15：通过以上步骤，每个域内的网络设备根据各Det-AS控制器的配置和指令进行数据转发，而域间则通过配置路由管理协议按照域间路由表的最优路由进行跨域的业务流的确定性转发，这种分布式控制管理的方式确保整个开放性的大规模网络按需进行配置和管理，实现全局端到端跨域网络的低时延数据转发。
6.根据权利要求3所述的面向大规模确定性网络的分布式控制方法，其特征在于，所述步骤2中，面向开放性大规模网络的Det-AS的划分和对应域节点的构建过程，以实现确定性业务流的低时延，构建过程用3层架构形象地表示，上层表示各Det-AS对应的域节点所构成的网络拓扑，中间层表示各Det-AS的划分，下层表示原始开放性网络的实际拓扑,具体的域节点的拓扑构建过程如下：
在原始的开放性大规模网络中，多个网络设备被整合在一起，形成一个复杂的网络拓扑，当确定性业务流从发送端的用户设备发送至接收端的用户设备时，业务流的转发有多条路由路径，同时，路由路径错综复杂且存在链路冗余、重叠等多个问题,为了满足不同的网络和管理需求，降低开放性网络端到端的数据转发时延，将这个开放性的复杂网络可以被划分为多个独立的Det-AS,每个Det-AS的内部有自己的网络设备和管理结构，以便实现内部的路由优化和数据传输控制，在每个Det-AS内部，原始的开放性网络的各设备会映射到相应的Det-AS内，通过重新规划和管理Det-AS以实现各域的高效管理，在域节点拓扑层，将计算得到的每个Det-AS内的最优时延看作域节点的属性，这些带有时延属性的域节点与Det-AS拓扑层的每个域一一对应。
7.根据权利要求3或4所述的面向大规模确定性网络的分布式控制方法，其特征在于，步骤3中单个Det-AS发起通信过程及具体的数据转发流程包括以下步骤：
步骤31：在单个域内进行数据转发时，首先由发送端的用户设备或其它域的ER设备将一个或多个确定性业务流发送至当前所在域的ER设备，
步骤32：ER接收到业务流后，上传该域内的网络拓扑、链路信息、节点信息等网络状态信息给负责该域的Det-AS控制器，以进行域内的确定性数据转发，
步骤33：每个Det-AS控制器根据收集到的用户信息和网络拓扑等信息，将进行域内的路由路径计算、资源预留和流管理等任务，
步骤34：Det-AS控制器根据路由计算结果配置和管理域内的路由器设备，下发域内的转发流表和路由管理协议至各网络设备，并根据流表中划分的优先级队列，将确定性业务流映射到相应的队列中进行排队，根据每个队列中的流量情况、网络状态和缓冲区大小等进行流量整形和调度操作，以进行出队处理，同时，Det-AS控制器采用多种调度算法来确定每个队列中业务流的传输顺序，
步骤35：Det-AS控制器下发域内流表至各网络设备后，各网络设备进行配置流表，以便于业务流的确定性转发，
步骤36：Det-AS内各网络设备配置流表后，将进行业务流的转发，根据FR配置的转发流表进行下一跳路由器的选择，以确保业务流按照所选路径正确到达Det-AS内的ER，直至获得Det-AS内的确定性业务流的转发时延，
步骤37：根据上述Det-AS内的数据转发得到每个Det-AS的路由结果，从而获得每个Det-AS的域内时延和对应域节点的出度数，根据不同时延和对应的出度数，将结果抽象为一个带有时延属性的多度域节点，该多度域节点可以有多条路径连接其它域节点，
步骤38：每个多度域节点的出度对应着该节点的一个特定的出边口，通过该出边口可以将业务流从当前域节点发送到其它域节点，每个出边口可以连接到不同的域节点，最后，根据所设计的域间路由转发策略，选择域内最优时延及对应的出边口进行数据的确定性转发。
8.根据权利要求5所述的面向大规模确定性网络的分布式控制方法，其特征在于，所述步骤4中域间通信建立和数据转发具体包括以下步骤：
步骤41：首先，根据域内的数据转发，得到各域的多个路由结果、各路由路径对应的域内转发时延t以及最优时延对应的出边口k，并将每个Det-AS抽象为带有时延属性T的多度域节点，域节点间通过ER与相邻的域节点建立连接关系，以进行域间的通信建立，
步骤42：当确定性业务流进行跨域的数据转发时，将由支持路由管理协议的ER进行跨域的确定性业务流的转发，ER通过采用路由管理协议与其它域节点建立邻居关系，在建立邻居关系后，ER开始交换路由可达性信息，这些路由可达性信息包括每个Det-AS的网络状态信息、确定性业务的需求、域内时延结果和对应的出边口，
步骤43：ER在收到邻居发送的路由可达性信息后，将路由信息进行解析，提取终端用户设备发送业务流的目的地址和邻居域节点的路由可达性信息，将解析后的域节点的路由信息存储在域间的路由表中，以记录域节点的路由路径、目的节点、初始节点、域内时延以及对应出边口等信息，同时，ER也可以接收路由信息的更新，并将该路由信息添加至域间的路由表中并进行更新，
步骤44：根据不同的Det-AS时延t和多度域节点的出边口k，域节点间的链路状态有多种结果，链路数量是有限且确定的，域间的链路数由每个多度域节点的出边口所决定，且域内每个时延结果都对应一个域节点的出边口，以便于业务流的确定性转发，因此，ER可以收到多条到达接收端的用户设备所在域的路径信息，ER将这些路径信息作为候选路由，并根据域间所采用的路由选择策略(如最短路径优先算法)进行最优路由选择，
步骤45：ER根据最小化时延的路由选择策略来确定最优路由路径，并将最优路由路径添加到域间的路由表中，最后，ER根据上述所学到的路由可达性信息和路由选择策略进行域间的确定性数据转发。
9.根据权利要求6所述的面向大规模确定性网络的分布式控制方法，其特征在于，步骤5实现过程如下：
步骤51：首先，确定性业务管理器通过API协议收集来自终端用户设备的确定性业务需求，然后将这些确定性业务需求进行管理，以便于将其发送至控制平面，
步骤52：当确定性业务管理器通过UNI协议发送确定性业务流至网络侧，网络侧通过分布式Det-AS控制方法对当前大规模网络进行管理，首先，Det-AS控制器将注册时延、抖动和带宽等网络资源需求以及QoS、负载均衡、接入控制等应用需求，
步骤53：在Det-AS控制器获取确定性业务需求和域内的网络状态信息后，通过Netconf等相关协议对域内的网络设备进行配置和管理，Det-AS控制器根据收集到的网络状态信息和应用需求进行路由计算和资源预留等操作，经过路由计算等操作后，每个Det-AS内的路由器等网络设备会根据路由计算结果得到的最优路径进行域内的确定性数据转发，不同的路由策略可能选择不同的路径进行通信，不同路径导致产生多个域内的网络时延和对应的出度数，
步骤54：通过Det-AS控制器下发适当的路由管理协议配置信息给每个域内的ER，以及根据上述步骤得到的计算结果，包括域内的路由结果、时延以及对应的出度数，在进行域间确定性通信时，将每个域抽象为一个带有域内时延属性的多度域节点，通过多度域节点间的互连实现跨域的确定性业务流转发，
步骤55：多度域节点间通过域间路由表进行域间的数据转发，通过路由表中预先制定的路由选择策略及路由管理协议等进行域间的确定性路由转发,
步骤56：控制平面内的分布式控制器间通过东西向接口来进行时延、带宽等网络状态信息的交互，以便及时调整各Det-AS和域间的路由路径，通过域内和域间的协调和协作，从而使确定性业务流能够被接收端的用户设备成功接收，同时，跨域的ER采用的确定性转发可以适用于多种数据面封装方式，包括IP转发，MPLS和分段路由，
步骤57：经过上述步骤，将分布式计算得出的域内数据转发时延和域间数据转发时延进行求和，得到大规模确定性网络端到端的数据转发时延，最后，通过验证确定该时延是否满足确定性业务流的需求，以保证配置的有效性，并对终端设备进行确定性配置，
步骤58：通过对确定性业务流的计算得到确定性业务流的端到端时延、抖动等QoS网络指标，并将计算结果报告给接收端的用户设备所在域的控制器，如果发现指标值出现差错或异常情况，需重新进行路由，终端网络设备通过API将消息通过逐个Det-AS控制器报告并反馈给发送端的用户设备所在域的控制器，重复上述步骤，直至域间协作通信能够确保跨域端到端的确定性时延和抖动在可接受的范围内。
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CN117978552A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 昆仑太科(北京)技术股份有限公司 一种面向广义确定性网络的业务流程安全保护系统及方法
CN118018382A (zh) * 2024-04-09 2024-05-10 南京航空航天大学 大规模广域开放网络中分布式确定性控制器协同管理方法

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