[發明專利]用于分散計算網絡的可編程實時計算和網絡負載感知方法

有效

• 申請號: 202010571030.3
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111726410B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 劉斌;李新明;宋恒;李子星
• 申請（專利權）人: 中科邊緣智慧信息科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: H04L67/1008
• 分類號: H04L67/1008;H04L67/1029
• 代理公司: 蘇州根號專利代理事務所(普通合伙) 32276
• 代理人: 仇波

本發明公開了一種用于分散計算網絡的可編程實時計算和網絡負載感知方法，包括以下步驟：(1)在交換芯片內部通過單節點負載和狀態嗅探技術，實現對于本節點的計算和網絡負載、以及狀態的收集；通過重構的協議報文將信息同步至其他分散計算節點；(2)在交換芯片內部通過端到端負載和狀態嗅探技術，實現網絡流量傳輸過程中每一節點的負載和狀態信息收集，堆棧式地將信息攜帶在網絡流量中，在末節點將路徑信息進行歸集；(3)通過計算和網絡狀態采集和閾值計算，設置流量采集點，實現對所監測網內的所有流量進行分析。本發明實現了網絡實時的負載、時延和抖動感知，滿足了分散計算網絡對可編程感知和可編程調度的能力需求。

技術領域

本發明涉及計算機網絡技術領域，特別是涉及一種用于分散計算網絡的可編程實時計算和網絡負載感知方法。

背景技術

在分散計算網絡中，網絡感知能力為任務調度系統提供計算節點信息的收集，維護功能，是分散計算網絡的關鍵環節。當前在國外，網絡感知技術處于研究階段，形成了一批關于在分散計算網絡中網絡狀態感知的成果，同時搭建了測試平臺，并且通過IPERF，PING，OWAMP進行理論性驗證，分析網絡在不同負載情況下的丟包，時延和抖動數據，國外在該領域的研究尚未進入產業化環節，技術可以部分復用在數據中心和信息網的感知技術，但是需要具備可編程能力以匹配分散計算的感知需求。

基于TCP/IP協議棧的交換機和路由器技術包袱重，在當前TCP/IP技術架構下疊加分散計算網絡設計難度過高。美國的Barefoot公司推出了兩顆可編程交換芯片和系列交換產品，具備支持可編程調度技術的部分基礎，但是其交換帶寬過大，分別是6.5Tbps和12.8Tbps，功耗無法滿足部分邊緣應用的需求。分散計算的網絡設備依舊在理論階段，協議標準和產業鏈均未成熟。

國內網絡感知技術落后國外三到五年，當前主要采用鏡像到服務器進行分析，以及通過Sflow技術對轉發面進行端口收發報文個數的統計，采樣流量進行簡單的流分析。尚未能夠深入到網絡設備硬件內部，具備網絡實時的負載、時延和抖動感知。技術上無法匹配分散計算節點眾多，網絡狀態實時變化快，計算任務對網絡負載量化分析等要求。

國內經過近幾年技術的發展，已經具備了一批具備實力的網絡的供應商和具備網絡芯片能力的本土企業，但當前技術處于SDN的時代技術演進，尚未能滿足分散計算網絡對可編程感知和可編程調度的能力需求。

總之，現有網絡感知技術存在的主要問題：當前技術尚未能夠深入到網絡設備硬件內部，具備網絡實時的負載、時延和抖動感知。技術上無法匹配分散計算節點眾多，網絡狀態實時變化快，計算任務對網絡負載量化分析等要求。且處于SDN的時代技術演進，尚未能滿足分散計算網絡對可編程感知和可編程調度的能力需求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種應用于分散計算網絡的可編程實時計算和網絡負載感知方法，該方法深入到網絡設備硬件內部，具備網絡實時的負載、時延和抖動感知，能夠滿足分散計算網絡對可編程感知和可編程調度的能力需求。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種用于分散計算網絡的可編程實時計算和網絡負載感知方法，包括以下步驟：

(1)在交換芯片內部通過單節點負載和狀態嗅探技術，實現對于本節點的計算和網絡負載、以及狀態的收集；通過重構的協議報文將信息同步至其他分散計算節點；

(2)在交換芯片內部通過端到端負載和狀態嗅探技術，實現網絡流量傳輸過程中每一節點的負載和狀態信息收集，堆棧式地將信息攜帶在網絡流量中，在末節點將路徑信息進行歸集；

(3)通過計算和網絡狀態采集和閾值計算，設置流量采集點，實現對所監測網內的所有流量進行分析。

進一步地，步驟(1)中，采用硬件級網絡嗅探系統，通過流采樣和統計采樣兩種采樣方式，計算負載規劃，網絡規劃，網絡監控，用戶監控和分析。