基于SDN的自适应自协调统一通信系统及通信方法

摘要

一种基于SDN的自适应自协调统一通信系统，包括分布式性能监视器、通信模块和统一通信协调器；分布式性能监视器，用于监控应用层服务应用的通信状态，并将状态反馈给统一通信协调器；通信模块，用于响应来自各业务系统的应用请求，接收来自协调器的通信状态反馈，向上反馈异常和紧急事件；统一通信协调器，用于收集所有分布式性能监视器汇报的应用程序通信状况和来自网络层的SDN控制器汇报的通信设备健康状况，并根据应用需求更新控制策略，再通过SDN控制器让整个SDN网络实现策略。本发明使用性能监视器和统一通信协调器同时监测应用层的通信状况和网络层的运行状况，通过SDN的可编程控制做到既符合个性化需求又满足宏观整个内网的通信能力和网络优化。

说明书

技术领域

本发明涉及统一通信技术领域，具体涉及一种基于SDN的自适应自协调统一通信系统及通信方法。

背景技术

通信技术和IT技术过去在独立发展和标准化，但随着时代发展，通信、网络、存储和计算正在一些领域快速融合。伴随着网络IT化、设备软件化，融合过程中最棘手的问题浮现：1陈旧的网络架构；2混乱的信息安全；3不相称的业务支撑。而统一通信和软件定义网络这两大技术能够携手解决上述问题。

统一通信将通信技术和信息技术相融合，核心是让人们能在任何时间、任何地点轻松获取数据、声音和图像的自由通信。统一通信系统将数据、语音、短信、传真、电子邮件、多媒体等各种信息功能合为一体，从而提升通信的自由度和效率。

统一通信的发展经历了三个阶段。第一阶段强调IP传送能力，关键解决的就是PSTN媒体网关。第二阶段强调业务协同，解决的是业务系统与统一通信系统的连通、协同、安全、管理等问题，统一通信有线无线相融合并有状态机维护，用户各种通讯方式在服务器上有序维护。第三阶段是统一通信正在经历的阶段，强调个性化。伴随移动计算和Web技术的蓬勃发展，不论上层应用、服务平台、中间件技术还是通信协议都极大丰富，这使得统一通信有足够技术支撑来面向业务流程进行个性化定制从而提高决策速度和协作效率。

下一阶段，统一通信将进一步融合云计算、大数据还有物联网。

云计算意味着统一通信要和云进行业务沟通，而私有云本身将成为统一通信的一部分。由于云是相对独立的、内部是虚拟化的，所以将会增加统一通信系统结构的复杂度。

大数据意味着统一通信需要满足数据喷发式的通信需求，这种喷发的数据可能是脉冲式的，也可能维持一段时间，数据源既可能是来自外部的新鲜数据，也可能是来自内部的待分析数据。大数据技术也提供给统一通信为自身性能进行精密优化的能力。大数据将会增加统一通信系统灵活适应调整的通信能力要求。

物联网则将统一通信的概念扩大，未来不光是人和人通信、人和业务通信，还会包括人和机器通信、业务和机器通信、机器和机器通信等。物联网同时意味着信号来源的多样性，统一通信系统里的边际网关将不光处理PSTN、3G/4G/5G、Wi-Fi等，还有可能面对Sub-GHz、ZigBee、Bluetooth、Z-WAVE、Enocean等。物联网将会增加统一通信系统里的网关类型，并在一定程度上增加通信模型和业务模型的复杂度。

SOA的松耦合和良好的互操作性使得统一通信系统能够解决业务模型的日趋复杂。但网络架构的日趋复杂，特别是要求对通信能力的灵活适应调整能力，使得统一通信面临瓶颈。尽管这些问题在家庭网络类的统一通信场景中并不明显(实际是因为需求简单)，但在大型企事业单位，特别像有着庞大应用体系和复杂网络架构以及突发应急场景的公安机关，网络性能瓶颈和网络维护复杂的问题都亟待解决。

SDN正好能解决这些问题。SDN的核心是将网络设备控制面与数据面分离开来，通过软件定义实现网络资源的动态管理和网络流量的灵活控制。由SDN通用转发设备专门负责数据包的转发，SDN控制器负责对通用转发设备的管理及转发策略的发令。转发设备通用化降低了成本，而软件控制提升了网络的扩展性和灵活性。

过去统一通信是以计算为中心的静态架构，计算、网络、存储围绕应用静态绑定，有的资源过度配置；难以调整适应，无法解决个性化需求。而SDN的网络资源虚拟化、网络设备管理抽象化能够解决统一通信的瓶颈。SDN在统一通信的应用大有可为，迄今为止尚未见到有关基于SDN的统一通信系统的内容报道。

有鉴于此，开发一种基于SDN的自适应自协调统一通信系统及通信方法，非常符合当前的需求。

发明内容

本发明的目的是：针对现有统一通信系统的网络设备耦合度高、业务扩展性及个性化定制能力低、部署难度大、运维成本高、故障率高、路由管理灵活性不够、对外呈现信息不足等诸多问题，本发明提出一种基于SDN的自适应自协调统一通信系统及通信方法，通过SDN技术重构企业内部网络架构，从自适应自协同角度出发，通过分布式性能监视器和统一通信协调器，使应用层与控制层得以“关联”，从而对网络资源与健康状况进行全面感知，提高统一通信系统的灵活性、扩展性及网络性能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：提供一种基于SDN的自适应自协调统一通信系统，其特征在于，系统架构包括分布式性能监视器、通信模块、统一通信协调器、翻译器和SDN网络；

所述分布式性能监视器，用于监控应用层需要提供通信质量保证的服务应用的状态，并将状态反馈给统一通信协调器；

所述通信模块，用于响应来自业务系统的应用请求，提供通信应用服务，同时还接收来自统一通信协调器的通信状态反馈，并将紧急事件信息反馈给对应的业务系统；

所述统一通信协调器，用于收集所有分布式性能监视器汇报的应用程序通信状况，同时还收集来自网络层的SDN控制器汇报的通信设备健康状况，通过对整个统一通信系统全局信息分析比对，获得立体资源感知并形成应用层与控制层相关联的抽象视图，再根据应用需求形成对各个网络设备的运行建议和不同类型业务的路由策略，并通过翻译器将控制策略转换成设置信息和接口参数，最后封装成符合SDN控制器接口传输规范的数据包，传递到SDN控制器；

所述统一通信协调器包含一个翻译器，翻译器将优化后的网络特征信息翻译成对各个网络层设备的通信特征命令，并确保这些命令符合所使用SDN网络控制器的接口要求，最后将这些命令分发给负责不同网络设备的SDN控制器；

所述SDN网络，包括负责转发的网络设备，还包括既能够与统一通信协调器沟通又能管理转发设备的SDN控制器，SDN控制器负责接收来自统一通信协调器的网络优化和流量调整指令，按照标准的SDN控制设备与转发设备间的协议来控制管理网络转发设备。

优选地，所述的基于SDN的自适应自协调统一通信系统，其特征在于，所述分布式性能监视器包括语音性能监视器、办公性能监视器、大数据性能监视器、客户关系管理CRM性能监视器、企业资源规划ERP性能监视器、视频性能监视器、云计算性能监视器。

本发明还提供一种基于SDN的自适应自协调统一通信方法，采用如上所述的通信系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，应用服务器开启，其对应的性能监视器同时启动，并将服务器IP、服务ID、服务类型、预设阈值信息发送给统一通信协调器；

步骤2，业务系统发起通信请求至通信模块，通信终端的性能监视器进行初始化，通信模块许可并分配相应资源开始通信后，通信终端的性能监视器将初始化成功的信息发送给统一通信协调器，所述初始化成功的信息包括终端地址、业务ID、服务类型、预设阈值；

步骤3，统一通信协调器分别统计每个网络设备的总的通信资源，不同类型的业务流的流量大小和持续时间，不同端口流向的业务流的瞬时流量大小，剩余资源量，还有每个进行中的会话ID、IP、服务类型、对应的网络设备地址和SDN控制器地址；统一通信协调器根据统计结果按需分配资源，并将更新命令发送给SDN控制器；

步骤4，SDN控制器将统一通信协调器的指令发送到管控的每一个设备，同时它也接受管控装备通过心跳反馈的各种信息；SDN控制器也以心跳的方式将自己所辖的网络设备的运行状况，不同端口流向及不同业务类型的通信健康状况反馈给统一通信协调器；

步骤5，当应用服务器或应用终端的性能监视器反应达到阈值时，统一通信协调器分析剩余资源，当资源充裕时通知服务于该应用的网络设备所对应的SDN控制器，SDN控制器根据统一通信协调器的指令，要么按照业务类型所占用的网络资源、要么按照对应端口流向所占用的网络资源，进行优化和补充；如果资源紧张，则网络设备维持原状，统一通信协调器根据会话ID和IP通知通信终端资源紧张；

步骤6，当重新设置阈值导致性能监视器发送更新信息时，统一通信协调器对比阈值，变小则执行，变大则根据预设模型分析剩余资源，当资源充裕时通知服务于该应用的网络设备所对应的SDN控制器，SDN控制器根据统一通信协调器的指令，要么按照业务类型所占用的网络资源、要么按照对应端口流向所占用的网络资源，进行优化和补充；如果资源紧张，则网络设备维持原状，统一通信协调器根据会话ID和IP通知通信终端资源紧张；

步骤7，当网络设备负担达到阈值时，通过SDN控制器反馈给统一通信协调器；

步骤8，当会话结束或服务器终止时，性能监视器通知统一通信协调器，统一通信协调器更新资源占用信息。

优选地，所述的基于SDN的自适应自协调统一通信系统，其特征在于，在步骤1中，后期当通信网络需求达到阈值或者重设阈值时发送更新信息到统一通信协调器，否则只进行心跳沟通，心跳联系的信息包括丢弃的数据包量、CRC错误量。

优选地，所述的基于SDN的自适应自协调统一通信系统，其特征在于，在步骤2中，后期当通信网络需求达到阈值或者重设阈值时发送更新信息到统一通信协调器，否则只进行心跳沟通，心跳联系的信息包括丢弃的数据包量、CRC错误量、终端地址、业务ID。

优选地，所述的基于SDN的自适应自协调统一通信系统，其特征在于，在步骤2中，所述终端地址为IPv4或IPv6任何内网里唯一可识别的地址。

优选地，所述的基于SDN的自适应自协调统一通信系统，其特征在于，在步骤7中，统一通信协调器首先分析哪些种类的应用阈值尚未达到，并向对应通信终端或服务器提出阈值减小请求；其次统一通信协调器分析各个端口流向的拥塞情况，将一部分适合分流的通信流量采用绕道而非最短原则重新安排路由，新的路由规则通过SDN控制器通知下面的网络设备执行；同时统一通信协调器更新资源视图里不同应用占用的网络资源情况，当超出自适应自协调能力时，统一通信协调器通知业务系统整体资源已经饱和。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有以下独特优势：

1实现了以业务为中心的通信资源个性化配置。传统统一通信是以计算为中心的静态架构，计算、网络、存储围绕应用静态绑定，有的资源过度配置；有的难以调整适应，无法解决个性化需求。而SDN的网络资源虚拟化、网络设备管理抽象化使统一通信能够满足以业务为中心的个性化动态架构。

2实现了大型单独网域内网络层与应用层相关联的资源视图。目前SDN中的网络视图的数据来自于各个控制器采集的网络设备的信息，其反应的网络拓普和网络设备流量等全局数据，跟传统网管程序轮询网络设备获得的内容差不多。而通过设置统一通信协调器，它将网络层的网络视图和应用层的实时应用目录相结合，得到一个更为详尽的从应用到网络的全局视图，这种视图更有利于在结构复杂、并发应用通信量巨大的内部网络制定不冲突不矛盾的资源调度策略。

3实现一定程度的自适应自协同。传统的QoS优化，事无巨细都要进行一遍人工测算和优化。得益于从应用到网络的全局视图，某个网络设备或者某种通信服务达到瓶颈时，通信协调器能够自动分析出对应策略，使得SDN控制器能够直接自行处理其能力范围内的网络优化，复杂的也能经由通信协调器重新计算后向控制器发布更新命令实现网络优化，只有在整体完全饱和或者出现硬件故障时才需要人为介入，从而达到基于负载情况自动的、精细的流量调整目的。

4实现统一通信向云计算、大数据和物联网的延伸。传统统一通信由于网络架构过时、资源配置不灵活，很难让业务系统和云计算、大数据及物联网一起协作使用起来。SDN网络传输设备的简单和控制器的功能强大，使得可以为私有云定制符合连通特点的个性化网关，与公有云的通信则通过传统网关但可按需按时分配带宽。同样的物联网信息也可通过个性化边际网关来定制，同一类物理信号转换只需要一个边际网关，而不再根据地理位置摆放过多AP，难以管理。大数据程序在数据喷发时受益于自适应自协调技术，也能够与其他传统业务系统并行不悖。

附图说明

图1为本发明的基于SDN的自适应自协调统一通信系统的示意图。

图2为本发明的基于SDN的自适应自协调统一通信系统实现方法总体流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

如图1所示，本发明的系统架构包括分布式性能监视器、通信模块、统一通信协调器、翻译器和SDN网络。

所述分布式性能监视器，用于监控应用层需要提供通信质量保证的服务应用的状态，并将状态反馈给统一通信协调器。

所述通信模块，用于响应来自业务系统的应用请求，提供通信应用服务，同时还接收来自统一通信协调器的通信状态反馈，并将紧急事件如网络整体饱和或系统异常等信息反馈给对应的业务系统。

所述统一通信协调器，用于收集所有分布式性能监视器汇报的应用程序通信状况，同时还收集来自网络层的SDN控制器汇报的通信设备健康状况，通过对整个统一通信系统全局信息分析比对，获得立体资源感知并形成应用层与控制层相关联的抽象视图，再根据应用需求形成对各个网络设备的运行建议和不同类型业务的路由策略，并通过翻译器将控制策略转换成设置信息和接口参数，最后封装成符合SDN控制器接口传输规范的数据包，传递到SDN控制器。

所述统一通信协调器包含一个翻译器，翻译器将优化后的网络特征信息翻译成对各个网络层设备的通信特征命令，并确保这些命令符合所使用SDN网络控制器的接口要求，最后将这些命令分发给负责不同网络设备的SDN控制器。

所述SDN网络，包括负责转发的网络设备，还包括既能够与通信协调器沟通又能管理转发设备的控制器，控制器负责接收来自通信协调器的网络优化和流量调整指令，按照标准的SDN控制设备与转发设备间的协议来控制管理网络转发设备。

所述分布式性能监视器包括语音性能监视器、办公性能监视器、大数据性能监视器、CRM(客户关系管理)性能监视器、ERP(企业资源规划)性能监视器、视频性能监视器、云计算性能监视器等。

本发明使用分布式性能监视器和统一通信协调器同时监测应用层的通信状况和网络层的运行状况，通过SDN的可编程控制特点做到既符合个性化需求又满足宏观整个内网的通信能力和通信特征的网络优化。不同于现有技术中统一通信系统中的网络设备耦合度高、业务扩展性及个性化定制能力低、网络自适应能力弱；不同于现有技术中SDN网络管理功能主要集中在控制器上，缺乏整体网络感知，缺乏应用层与控制层的“关联”，网络自协调能力差，只能对某一项或某几项应用服务的通信状况进行检测和优化并容易产生彼此矛盾的优化策略。

本发明的基于SDN的自适应自协同统一通信实现方法，包括以下步骤：

步骤1，应用服务器开启，其对应的性能监视器同时启动，并将服务器IP、服务ID、服务类型、预设阈值等信息发送给统一通信协调器。后期当通信网络需求达到阈值或者重设阈值时会发送更新信息到统一通信协调器，否则只进行心跳沟通，心跳联系的信息包括丢弃的数据包量、CRC错误量等。

步骤2，业务系统发起通信请求至通信模块，通信终端的性能监视器进行初始化，通信模块许可并分配相应资源开始通信后，通信终端的性能监视器将初始化成功的信息(包括终端地址(所述终端地址可以为IPv4、IPv6等任何内网里唯一可识别的地址)、业务ID、服务类型、预设阈值)发送给统一通信协调器。后期当通信网络需求达到阈值或者重设阈值时会发送更新信息到统一通信协调器，否则只进行心跳沟通，心跳联系的信息包括丢弃的数据包量、CRC错误量、终端地址、业务ID等。

步骤3，统一通信协调器分别统计每个网络设备的总的通信资源，不同类型的业务流的流量大小和持续时间，不同端口流向的业务流的瞬时流量大小，剩余资源量，还有每个进行中的会话ID、IP、服务类型、对应的网络设备地址和SDN控制器地址。统一通信协调器根据统计结果按需分配资源，并将更新命令发送给SDN控制器。

步骤4，SDN控制器将统一通信协调器的指令发送到管控的每一个设备，同时它也接受管控装备通过心跳反馈的各种信息。SDN控制器也以心跳的方式将自己所辖的网络设备的运行状况，不同端口流向及不同业务类型的通信健康状况反馈给统一通信协调器。

步骤5，当应用服务器或应用终端的性能监视器反应达到阈值时，统一通信协调器会分析剩余资源，当资源充裕时会通知服务于该应用的网络设备所对应的SDN控制器，SDN控制器会根据统一通信协调器的指令，要么按照业务类型所占用的网络资源、要么按照对应端口流向所占用的网络资源，进行优化和补充；如果资源紧张，网络设备则会维持原状，但统一通信协调器会根据会话ID和IP通知通信终端资源紧张。

步骤6，当重新设置阈值导致性能监视器发送更新信息时，统一通信协调器会对比阈值，变小则执行，变大则根据预设模型分析剩余资源，当资源充裕时会通知服务于该应用的网络设备所对应的SDN控制器，SDN控制器会根据统一通信协调器的指令，要么按照业务类型所占用的网络资源、要么按照对应端口流向所占用的网络资源，进行优化和补充；如果资源紧张，网络设备则会维持原状，但统一通信协调器会根据会话ID和IP通知通信终端资源紧张。

步骤7，当网络设备负担达到阈值时，会通过SDN控制器反馈给统一通信协调器。统一通信协调器首先分析哪些种类的应用阈值尚未达到，并向对应通信终端或服务器提出阈值减小请求。其次统一通信协调器会分析各个端口流向的拥塞情况，将一部分适合分流的通信流量采用绕道而非最短原则重新安排路由，新的路由规则通过SDN控制器通知下面的网络设备执行。同时统一通信协调器会更新资源视图里不同应用占用的网络资源情况。当超出自适应自协调能力时，统一通信协调器会通知业务系统整体资源已经饱和。

步骤8，当会话结束或服务器终止时，性能监视器会通知统一通信协调器，统一通信协调器会更新资源占用信息。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。