杜武恭，吳永棟，馬平順

（中廣寬帶網(wǎng)絡(luò)有限公司，北京 100000）

1 引言

除中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通以外的寬帶運(yùn)營(yíng)商，寬帶互聯(lián)網(wǎng)的高成本嚴(yán)重制約著寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，全國(guó)范圍內(nèi)寬帶降價(jià)提速活動(dòng)的推進(jìn)更是對(duì)有線寬帶的互聯(lián)網(wǎng)出口的帶寬和質(zhì)量提出了更高的要求。本文研究一種基于成本與質(zhì)量平衡的智能調(diào)度算法，在保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的情況下推動(dòng)寬帶互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

2 背景分析

因歷史發(fā)展原因，中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通以外的寬帶運(yùn)營(yíng)商，通常需要建立寬帶流量運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，在網(wǎng)內(nèi)建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)CP內(nèi)容CDN（Content Delivery Network），租用三大運(yùn)營(yíng)商的帶寬出口資源，整合向?qū)拵в脩籼峁┓?wù)。因?yàn)椴煌\(yùn)營(yíng)商寬帶或不同CP的價(jià)格和質(zhì)量存在差異，無法做到既兼容寬帶質(zhì)量又能降低寬帶運(yùn)營(yíng)成本。追求質(zhì)量提升或者追求成本下降是兩種不同的典型策略。

基于單一成本優(yōu)先的策略，將高成本方向出口流量向低成本方向調(diào)度，相比于大量使用高成本出口，可以有效的降低出口成本。但該方法無法規(guī)避故障CP，影響用戶體驗(yàn)。通過調(diào)度系統(tǒng)智能地對(duì)高成本出口和低成本出口進(jìn)行調(diào)度能夠在不降低用戶體驗(yàn)的同時(shí)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，其價(jià)格要大幅度低于大量使用高成本出口，可以有效的降低出口成本。

基于單一質(zhì)量?jī)?yōu)先的策略，通過對(duì)CP各鏈路進(jìn)行TCPing評(píng)分為內(nèi)網(wǎng)資源優(yōu)先選擇質(zhì)量好的CP資源，并在該CP資源出故障時(shí)按評(píng)分順延選擇其他CP，智能規(guī)避故障CP，最大限度的保障了用戶體驗(yàn)。但該方法無法智能優(yōu)先選擇質(zhì)量好的低成本CP鏈路，增加出口成本。

因此需要一種方法或系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整CP鏈路調(diào)度之間的關(guān)系，解決內(nèi)網(wǎng)、出網(wǎng)流量因?yàn)椴煌\(yùn)營(yíng)商寬帶或不同CP價(jià)格和質(zhì)量存在差異的降低成本提升質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)出口寬帶調(diào)整的問題。

3 智能調(diào)度算法模型構(gòu)建

3.1 智能調(diào)度評(píng)分模型

設(shè)每一條出口帶寬資源的調(diào)度水平得分為yi，運(yùn)營(yíng)成本得分為xi1，服務(wù)質(zhì)量得分為xi2，運(yùn)營(yíng)成本權(quán)重為a1，服務(wù)質(zhì)量權(quán)重為a2，則調(diào)度水平總分為y表示為

其中，n為不同出口帶寬資源的條數(shù)數(shù)量；xi1∈[0，100]；xi2∈[0，100]；a1∈[0，100%]；a2∈[0，100%]。

即，運(yùn)營(yíng)成本得分x1、服務(wù)質(zhì)量得分x2均在0分至100分區(qū)間取值；而運(yùn)營(yíng)成本權(quán)重a1、服務(wù)質(zhì)量權(quán)重a2在0%至100%之間取值，且滿足運(yùn)營(yíng)質(zhì)量權(quán)重和服務(wù)質(zhì)量權(quán)重之和等于100%。

計(jì)算某一出口帶寬對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)成本得分xi1的典型方法如下：該出口帶寬價(jià)格和帶寬歷史最高價(jià)格進(jìn)行歸一法乘以100。

計(jì)算某一出口帶寬對(duì)應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量得分xi2的典型方如下：根據(jù)該出口帶寬對(duì)應(yīng)的資源線路的延遲、丟包、抖動(dòng)情況，判斷接收到的目標(biāo)域名在每條資源線路的質(zhì)量。

模型的計(jì)算過程如下：首先對(duì)服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)成本雙因素進(jìn)行賦權(quán)，然后進(jìn)行成本評(píng)分，成本評(píng)分計(jì)算完畢之后，根據(jù)每條鏈路獲取的資源IP和DNS server進(jìn)行質(zhì)量分的計(jì)算。

3.2 智能調(diào)度策略模型

基于不同的調(diào)度水平評(píng)分結(jié)果，建立智能調(diào)度策略模型。智能調(diào)度策略集C表示為C={c1，c2，……，cm}，m為自然數(shù)。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，智能調(diào)度策略分為單一成本調(diào)度策略、成本優(yōu)先調(diào)度策略、成本-質(zhì)量平衡調(diào)度策略（以下簡(jiǎn)稱平衡策略）、質(zhì)量?jī)?yōu)先調(diào)度策略、單一質(zhì)量調(diào)度策略，以上策略分別定義為c1，c2，c3，c4，c5。

當(dāng)運(yùn)營(yíng)成本權(quán)重a1取值為0時(shí)，即為不考慮成本、完全追求服務(wù)質(zhì)量最高的單一質(zhì)量調(diào)度策略c5。

當(dāng)服務(wù)質(zhì)量權(quán)重a2取值為0時(shí)，即為不考慮服務(wù)質(zhì)量、完全追求運(yùn)營(yíng)成本最低的單一成本調(diào)度策略c1。

當(dāng)運(yùn)營(yíng)成本權(quán)重a1、服務(wù)質(zhì)量權(quán)重a2均在0%至100%之間，即為同時(shí)考慮服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)成本的綜合策略。其中當(dāng)a1明顯大于a2時(shí)，表明選取了成本優(yōu)先調(diào)度策略；當(dāng)a2明顯大于a1時(shí)，表明選取了質(zhì)量?jī)?yōu)先調(diào)度策略。

3.3 智能調(diào)度典型策略模型賦值

典型智能調(diào)度策略分為三種，即：（1）成本優(yōu)先調(diào)度策略c2；（2）成本-質(zhì)量平衡調(diào)度策略c3；（3）質(zhì)量?jī)?yōu)先調(diào)度策略c4。

成本優(yōu)先調(diào)度策略c2：成本權(quán)重比較大，質(zhì)量權(quán)重比較小。

質(zhì)量?jī)?yōu)先調(diào)度策略c4：質(zhì)量權(quán)重比較大，質(zhì)量比較大。

成本-質(zhì)量平衡調(diào)度策略c3：成本權(quán)重和質(zhì)量權(quán)重接近。

下表是典型策略算法權(quán)重表：

3.4 智能調(diào)度策略選擇

設(shè)每一條出口帶寬資源的調(diào)度水平得分為yi，運(yùn)營(yíng)成本得分為xi1，服務(wù)質(zhì)量得分為xi2，運(yùn)營(yíng)成本權(quán)重為a1，服務(wù)質(zhì)量權(quán)重為a2，則調(diào)度水平總分為y。具體操作如下：

將運(yùn)營(yíng)商各條資源線路按歸類為出口，直連，IX（Internet eXchange），然后配置各條資源目標(biāo)IP（Internet Protocol）地址庫(kù)和對(duì)應(yīng)線路DNS（Domain Name System）服務(wù)器。

根據(jù)使用需求配置成本和質(zhì)量策略的優(yōu)先級(jí)確定a1、a2。

針對(duì)每條出口帶寬對(duì)應(yīng)的資源線路，分別計(jì)算成本得分xi1，針對(duì)該資源，探測(cè)接收到的目標(biāo)域名在該資源線路的質(zhì)量得分xi2。

計(jì)算每條出口帶寬對(duì)應(yīng)的資源線路，計(jì)算調(diào)度得分yi。

選擇得分最高的max{yi，i=1，2，…，n}所對(duì)應(yīng)的出口帶寬資源線路進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度。如果評(píng)分第一的線路斷開，則自動(dòng)選擇評(píng)分第二的線路資源，如果線路仍然斷開，則繼續(xù)順延，直到最后一條線路資源。

4 智能調(diào)度算法實(shí)證分析

通過在某地廣電網(wǎng)絡(luò)公司上線智能調(diào)度系統(tǒng)，并應(yīng)用以上智能調(diào)度算法進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)流量調(diào)度。該廣電網(wǎng)絡(luò)公司寬度用戶數(shù)為30～40萬戶，每萬戶使用互聯(lián)網(wǎng)流量約為9 Gbps。智能調(diào)度系統(tǒng)所需部署4臺(tái)硬件設(shè)備，其中包含2臺(tái)智能DNS、1臺(tái)探測(cè)分析服務(wù)器、1臺(tái)調(diào)度管理服務(wù)器。智能調(diào)度系統(tǒng)上聯(lián)接入交換機(jī)，接入交換機(jī)上聯(lián)旁掛核心交換機(jī)。具體部署方式詳見圖1結(jié)果為圖1所示。

圖1 某地智能調(diào)度系統(tǒng)部署示意圖

智能調(diào)度系統(tǒng)共上線1萬寬帶用戶，分別配置了成本優(yōu)先策略、質(zhì)量?jī)?yōu)先策略，和平衡策略。本地localDNS將域名轉(zhuǎn)發(fā)至智能DNS，系統(tǒng)設(shè)置好相關(guān)策略，篩選出出網(wǎng)域名最優(yōu)調(diào)度策略。各策略對(duì)應(yīng)的成本權(quán)重和質(zhì)量權(quán)重詳見本文表1，策略選擇為平衡策略下選擇最高分線路進(jìn)行DNS轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度；前端界面直觀展示出域名調(diào)度策略和統(tǒng)計(jì)信息；最終實(shí)現(xiàn)流量從高成本往低成本出口疏導(dǎo)、應(yīng)用質(zhì)量提升。系統(tǒng)上線時(shí)間2個(gè)月內(nèi)，高成本資源線路對(duì)應(yīng)的流量消耗下降37%，用戶滿意度與上線之前持平，有效實(shí)現(xiàn)了用戶服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)成本之間的平衡。結(jié)果如圖2所示。

圖2 某地智能調(diào)度算法應(yīng)用仿真圖

表1 不同策略下典型的成本及質(zhì)量權(quán)重參考表 單位：%

5 結(jié)論

針對(duì)目前電信、移動(dòng)、聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商以外的寬帶流量運(yùn)營(yíng)，本文提出了一種智能調(diào)度算法，能夠廣泛應(yīng)用于寬帶運(yùn)營(yíng)商的流量運(yùn)營(yíng)，可以有效平衡用戶服務(wù)質(zhì)量和企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在對(duì)運(yùn)營(yíng)成本和服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行權(quán)重賦值基礎(chǔ)上，分別對(duì)當(dāng)前使用的每一條出口帶寬資源的運(yùn)營(yíng)成本以及服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，從而得出當(dāng)前使用的沒有出口帶寬資源的調(diào)度分，對(duì)每條出口帶寬資源的調(diào)度分進(jìn)行排序比較，優(yōu)先選擇得分高的出口帶寬資源進(jìn)行資源調(diào)度，并向?qū)拵в脩籼峁┓?wù)，能夠在進(jìn)行出網(wǎng)域名調(diào)度時(shí)，基于提前選定的評(píng)分策略，綜合成本和質(zhì)量篩選出最優(yōu)調(diào)度策略進(jìn)行DNS轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度，對(duì)出網(wǎng)域名的調(diào)度都能夠平衡成本和質(zhì)量。能夠有效地將高成本方向出口流量向低成本方向調(diào)度，相比于大量使用高成本出口，通過調(diào)度智能地對(duì)高成本出口和低成本出口進(jìn)行調(diào)度能夠在不降低用戶體驗(yàn)的同時(shí)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，其價(jià)格要大幅度低于大量使用高成本出口，可以有效的降低出口成本。