全网路径优化技术及创新

现阶段控制器业务部署模式中，将业务直接部署到控制器计算出的某一条或者几条最优路径上，往往会导致网络负载极度不均，部分节点或链路出现资源告急，严重时出现拥塞，甚至导致整个网络瘫痪。在5G万物互联时代，如果不采取有效措施，井喷式的流量增长将会加剧网络负载不均。因此，进行网络流量分析及实时优化具有重要的战略意义，进行全网路径优化势在必行。

SDN技术为全网路径优化提供了契机

传统的分布式网络无法实现全网优化，而SDN控制器作为集中路径计算单元，拥有网络全局资源信息，包括全网拓扑、链路带宽、流量等，其可以调整全网范围内的业务传输路径，为实现全网优化提供了一个契机。

业务路径规划是SDN控制器的一个重要功能模块，所有业务的部署都依赖于路径的计算。现阶段，路径计算领域的研究较为成熟，基本满足了各种网络业务请求下的路径计算要求，当有新业务请求时，能够迅速计算得到一条或多条合适的路径。

在已有算路算法的支持下，我们需要解决流量调优问题，其目的是通过自动检测网络的流量变化，并针对全局进行业务的路径计算和路径优化，以建立一个更高效的网络管道布局，目标是在优先满足高优先级的业务需求传输条件下，使网络带宽资源使用尽量达到最优，且网络处于负载均衡状态，此时整个网络具有较优的接纳能力，以便于响应下一批新增业务请求。

在SDN控制器中引入全网优化技术，可以充分发挥控制器全网资源获取的优势，第一时间触发全网优化，自动调整业务部署方式，改善网络运行状态，给用户带来更好的网络业务服务。

全网路径优化需求

在SDN控制器控制的网络环境中，带宽资源仍然是非常紧俏的资源，要减少网络中子网之间的网络拥塞，保持健康的网络状态是SDN控制器要重点实现的功能之一。在SDN网络中仍然会出现网络流量负载不均衡问题，即网络中部分线路带宽利用率过高，而其余网络资源利用率过低进而引起部分子网络拥塞，导致无法添加新的业务需求。

为了解决上述问题，中兴通讯提出了智能全网路径优化方案，主要包括全网流量均衡技术、拥塞控制与预防技术、资源碎片利用技术、大规模并发与恢复技术。

流量负载均衡

为了合理规划新增网络的路径布局，解决网络负载不均，对可能出现的拥塞提前控制和预防，在做网络路径布局时就将网络流量负载均衡作为一项衡量指标，对路径进行全局分配优化，使得整网负载处于合理范围内。负载均衡能够在保证业务正常运行的前提下，使网络质量处于优良状态；同时也可以节约成本，尽可能实现资源的最大化利用。

拥塞控制与预防
针对存量网络，有两种优化方式：
● 对于运行良好的网络，则保持已有业务运行，对新增业务本着负载均衡原则进行优化部署；
● 对于已经出现局部拥塞的网络，则进行业务路径调整，同时促进网络均衡，并且对网络的调整需要基于业务调整数量最少的前提。

资源碎片利用
针对存量网络，在保持当前网络部署状态下，当出现流量过大而导致无法实施部署的情况下，可以通过资源负荷分担的方式，利用剩余碎片资源承载更多业务，实现资源最大化利用。

并发与恢复
当网络局部发生故障，例如断链时，那么该段链路承载的所有业务都将中断，此时备用路径将失去备份，与此同时，需要对该链路上所有受影响业务重新计算，选择若干条主路径作为备选路径集，防止网络再次发生异常。在重新算路时，要从时效性和网络负载均衡两方面综合考虑。得到新备用路径集后，受影响业务也可以进行路径切换。

中兴通讯全网路径优化方案概述

中兴通讯提出的全网路径优化方案以改进的自适应遗传算法为核心，与运筹规划理论相结合，为SDN控制器实现全网资源、流量优化提供强有力的支撑。该方案可有效解决大规模网络场景下的约束问题，实现网络的全局优化，且该方案算法模块灵活多变，可实现对影响业务传输性能以及网络性能参数的同时多目标约束，如跳数、延时、链路利用率等。该方案流程表示如图1 所示。

首先由不同触发条件触发全网路径优化。触发条件包含批量业务开通、流量告警监控、大粒度业务请求、流量突发、大数据分析预测结果、故障发现。由这些触发条件触发不同的全网优化目标，包含批量业务开通优化、局部拥塞控制解决优化、资源负荷分担优化、资源抢占、全网流量均衡、链路故障后并发路由计算与恢复。

当智能流量控制引擎接收到路径优化请求后，会进入分析服务模块，对优化策略进一步解析。同时，根据解析结果适配不同的算法或者算法组合，最终获取目标优化结果。得到优化结果之后，再进一步对路径优化结果进行分析处理，判断当前网络状态是否发生改变，如果已经发生改变，那么按策略进一步处理或重算。

中兴通讯全网路径优化核心算法选择

全网路径优化采用的核心算法是运筹规划与自适应遗传算法组合。遗传算法是一类借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索算法，能够在复杂空间中进行全局优化搜索，并且具有较强的鲁棒性。在处理传统搜索方法难于解决的复杂和非线性问题上，它可以广泛应用于多目标优化、组合优化、机器学习、自适应控制、规划设计和人工生命等领域。

中兴通讯全网路径优化结果展示

表1是全网路径优化部分场景下执行负载均衡优化的结果展示。该优化的具体拓扑环境是：500节点、网格状双向链路。主要是在以下两种策略下的优化：
●     策略一：全网带宽利用率均衡；
●   策略二：全网带宽利用率&隧道调整数量均衡。
从表1可以看出在该策略下，优化收敛速度为秒级。同时，能够降低存量网络现有带宽利用率。对于策略二，当执行带宽利用率&隧道调整数量均衡策略时，虽然带宽利用率调整没有策略一对于带宽利用率调整下降的多，但是对应的业务调整数量降低了很多。

在通信领域，5G时代井喷式的流量增长给传统网络带来了巨大的挑战，面对此挑战，SDN技术提供了行之有效的解决手段。SDN控制器拥有着得天独厚的可全网布局优势，有理由相信经过中兴通讯以及业界的共同努力，SDN控制器在实现全网资源优化的的道路上将更上一个台阶，为即将到来的5G时代做好准备。