基于質量和成本雙因素平衡的寬帶互聯網流量智能調度算法研究

杜武恭，吳永棟，馬平順

（中廣寬帶網絡有限公司，北京 100000）

1 引言

除中國電信、中國移動、中國聯通以外的寬帶運營商，寬帶互聯網的高成本嚴重制約著寬帶互聯網業務的發展，全國范圍內寬帶降價提速活動的推進更是對有線寬帶的互聯網出口的帶寬和質量提出了更高的要求。本文研究一種基于成本與質量平衡的智能調度算法，在保證網絡質量的情況下推動寬帶互聯網的發展。

2 背景分析

因歷史發展原因，中國電信、中國移動、中國聯通以外的寬帶運營商，通常需要建立寬帶流量運營平臺，在網內建設互聯網CP內容CDN（Content Delivery Network），租用三大運營商的帶寬出口資源，整合向寬帶用戶提供服務。因為不同運營商寬帶或不同CP的價格和質量存在差異，無法做到既兼容寬帶質量又能降低寬帶運營成本。追求質量提升或者追求成本下降是兩種不同的典型策略。

基于單一成本優先的策略，將高成本方向出口流量向低成本方向調度，相比于大量使用高成本出口，可以有效的降低出口成本。但該方法無法規避故障CP，影響用戶體驗。通過調度系統智能地對高成本出口和低成本出口進行調度能夠在不降低用戶體驗的同時具有明顯的成本優勢，其價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。

基于單一質量優先的策略，通過對CP各鏈路進行TCPing評分為內網資源優先選擇質量好的CP資源，并在該CP資源出故障時按評分順延選擇其他CP，智能規避故障CP，最大限度的保障了用戶體驗。但該方法無法智能優先選擇質量好的低成本CP鏈路，增加出口成本。

因此需要一種方法或系統，動態調整CP鏈路調度之間的關系，解決內網、出網流量因為不同運營商寬帶或不同CP價格和質量存在差異的降低成本提升質量來實現出口寬帶調整的問題。

3 智能調度算法模型構建

3.1 智能調度評分模型

設每一條出口帶寬資源的調度水平得分為yi，運營成本得分為xi1，服務質量得分為xi2，運營成本權重為a1，服務質量權重為a2，則調度水平總分為y表示為

其中，n為不同出口帶寬資源的條數數量；xi1∈[0，100]；xi2∈[0，100]；a1∈[0，100%]；a2∈[0，100%]。

即，運營成本得分x1、服務質量得分x2均在0分至100分區間取值；而運營成本權重a1、服務質量權重a2在0%至100%之間取值，且滿足運營質量權重和服務質量權重之和等于100%。

計算某一出口帶寬對應的運營成本得分xi1的典型方法如下：該出口帶寬價格和帶寬歷史最高價格進行歸一法乘以100。

計算某一出口帶寬對應的服務質量得分xi2的典型方如下：根據該出口帶寬對應的資源線路的延遲、丟包、抖動情況，判斷接收到的目標域名在每條資源線路的質量。

模型的計算過程如下：首先對服務質量、運營成本雙因素進行賦權，然后進行成本評分，成本評分計算完畢之后，根據每條鏈路獲取的資源IP和DNS server進行質量分的計算。

3.2 智能調度策略模型

基于不同的調度水平評分結果，建立智能調度策略模型。智能調度策略集C表示為C={c1，c2，……，cm}，m為自然數。

根據應用場景，智能調度策略分為單一成本調度策略、成本優先調度策略、成本-質量平衡調度策略（以下簡稱平衡策略）、質量優先調度策略、單一質量調度策略，以上策略分別定義為c1，c2，c3，c4，c5。

當運營成本權重a1取值為0時，即為不考慮成本、完全追求服務質量最高的單一質量調度策略c5。

當服務質量權重a2取值為0時，即為不考慮服務質量、完全追求運營成本最低的單一成本調度策略c1。

當運營成本權重a1、服務質量權重a2均在0%至100%之間，即為同時考慮服務質量和運營成本的綜合策略。其中當a1明顯大于a2時，表明選取了成本優先調度策略；當a2明顯大于a1時，表明選取了質量優先調度策略。

3.3 智能調度典型策略模型賦值

典型智能調度策略分為三種，即：（1）成本優先調度策略c2；（2）成本-質量平衡調度策略c3；（3）質量優先調度策略c4。

成本優先調度策略c2：成本權重比較大，質量權重比較小。

質量優先調度策略c4：質量權重比較大，質量比較大。

成本-質量平衡調度策略c3：成本權重和質量權重接近。

下表是典型策略算法權重表：

3.4 智能調度策略選擇

設每一條出口帶寬資源的調度水平得分為yi，運營成本得分為xi1，服務質量得分為xi2，運營成本權重為a1，服務質量權重為a2，則調度水平總分為y。具體操作如下：

將運營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IP（Internet Protocol）地址庫和對應線路DNS（Domain Name System）服務器。

根據使用需求配置成本和質量策略的優先級確定a1、a2。

針對每條出口帶寬對應的資源線路，分別計算成本得分xi1，針對該資源，探測接收到的目標域名在該資源線路的質量得分xi2。

計算每條出口帶寬對應的資源線路，計算調度得分yi。

選擇得分最高的max{yi，i=1，2，…，n}所對應的出口帶寬資源線路進行轉發調度。如果評分第一的線路斷開，則自動選擇評分第二的線路資源，如果線路仍然斷開，則繼續順延，直到最后一條線路資源。

4 智能調度算法實證分析

通過在某地廣電網絡公司上線智能調度系統，并應用以上智能調度算法進行互聯網流量調度。該廣電網絡公司寬度用戶數為30～40萬戶，每萬戶使用互聯網流量約為9 Gbps。智能調度系統所需部署4臺硬件設備，其中包含2臺智能DNS、1臺探測分析服務器、1臺調度管理服務器。智能調度系統上聯接入交換機，接入交換機上聯旁掛核心交換機。具體部署方式詳見圖1結果為圖1所示。

圖1 某地智能調度系統部署示意圖

智能調度系統共上線1萬寬帶用戶，分別配置了成本優先策略、質量優先策略，和平衡策略。本地localDNS將域名轉發至智能DNS，系統設置好相關策略，篩選出出網域名最優調度策略。各策略對應的成本權重和質量權重詳見本文表1，策略選擇為平衡策略下選擇最高分線路進行DNS轉發調度；前端界面直觀展示出域名調度策略和統計信息；最終實現流量從高成本往低成本出口疏導、應用質量提升。系統上線時間2個月內，高成本資源線路對應的流量消耗下降37%，用戶滿意度與上線之前持平，有效實現了用戶服務質量和運營成本之間的平衡。結果如圖2所示。

圖2 某地智能調度算法應用仿真圖

表1 不同策略下典型的成本及質量權重參考表 單位：%

5 結論

針對目前電信、移動、聯通三大運營商以外的寬帶流量運營，本文提出了一種智能調度算法，能夠廣泛應用于寬帶運營商的流量運營，可以有效平衡用戶服務質量和企業運營成本，具有明顯的經濟效益和社會效益。在對運營成本和服務質量進行權重賦值基礎上，分別對當前使用的每一條出口帶寬資源的運營成本以及服務質量進行評分，從而得出當前使用的沒有出口帶寬資源的調度分，對每條出口帶寬資源的調度分進行排序比較，優先選擇得分高的出口帶寬資源進行資源調度，并向寬帶用戶提供服務，能夠在進行出網域名調度時，基于提前選定的評分策略，綜合成本和質量篩選出最優調度策略進行DNS轉發調度，對出網域名的調度都能夠平衡成本和質量。能夠有效地將高成本方向出口流量向低成本方向調度，相比于大量使用高成本出口，通過調度智能地對高成本出口和低成本出口進行調度能夠在不降低用戶體驗的同時具有明顯的成本優勢，其價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。