基于网络编程语言在异构网络中实现意图智能配置的方法

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，具体涉及一种基于网络编程语言在异构网络环境下实现用户意图智能配置的方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，网络已经成为了现代社会的重要基础设施之一。如今，网络不仅仅是连接人与人、人与信息的工具，更是推动产业创新、提升工作效率的关键驱动力。随着网络的规模迅速扩张和多样化，网络结构的复杂性和异构性与日俱增，用户对于网络业务的需求也变得多样化和动态化。

得益于软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）、ForCES

（Forwarding and Control Element Separation）等新型网络技术的提出，现有网络架构比起传统网络架构具备更高的灵活性及稳定性，但对网络底层设备的维护和管理依然高度依赖网络开发人员的手动配置。随着网络规模的增大，手动配置网络显得愈发困难和低效，不可避免的人为错误隐患限制了网络整体的稳定性和准确性，同时也导致服务交付和响应速度慢。

OpenFlow协议和NETCONF协议是当前网络架构中最为常见的两种控制器与设备通信协议。OpenFlow协议和NETCONF协议的提出，均为实现自动化、集中化的网络管理提供了强有力的工具，但二者协议的侧重点与优势不同。例如OpenFlow协议使得控制器可以直接控制网络设备的流表，实现网络流量的灵活控制和管理，更适用于数据中心或研究环境等特定场景；NETCONF协议允许网络管理员通过安全的连接远程配置网络设备的各种功能，同时支持配置验证、事务管理等功能，在传统企业网络中有着更出色的表现。结合OpenFlow和NETCONF协议构建的异构网络可以充分发挥各自协议的优势，提供灵活的网络管理和控制能力，满足多样化的业务需求。然而异构网络的部署和维护相对复杂，这对在异构网络环境中进行业务的统一管理和智能编排提出要求。

随着数字化转型的迅速推进，用户对网络业务的需求变得越发多样化和动态化。现有的网络配置与管理方式难以获取并理解用户的业务需求，更无法针对每个网络用户个体的业务需求进行多样化的网络服务制定。意图网络（Intent-based Networking，IBN）作为一种全新的网络管理和控制范式，是一个新兴的技术概念，旨在应用更深层次的智能和预期状态来取代配置网络的手动流程。它使用人工智能和机器学习的方法，因此网络管理员只需要定义执行结果或业务目标，网络软件就会智能地考虑如何实现该目标。若能在现有网络架构中，通过引入“意图”概念，实现将这种高级业务目标转化为底层网元设备的具体配置，能够极大地提高现有网络架构的灵活性和适应性，从而更好地满足用户对多样化业务的需求。

网络编程语言是一种专注于网络编程的领域特定语言（Domain-SpecificLanguage，DSL），用于实现对网络设备的配置和管理。Frenetic是该技术领域中最为成熟的代表之一，使得以接近自然语言的方式描述网络行为和策略成为可能。利用Frenetic灵活描述业务能力及其以Python代码描述网络策略的特性，结合大型语言模型（LargeLanguage Model，LLM）的代码生成能力，能够极大简化和加速网络设备的编程和配置过程。然而，直到目前Frenetic网络编程语言仅提供了对OpenFlow网络设备的支持，这也意味着Frenetic网络编程语言难以作为一种高效、灵活的网络管理工具作用于一个异构的网络环境下。

综上所述，现有的网络架构相较传统的网络架构而言在规模和性能上有了突破性的提升，然而还是存在异构网络难以部署和维护、编排智能化程度低及用户业务需求无法及时满足的现象。

发明内容

针对现有网络架构存在的问题，本发明提供了一种基于网络编程语言的异构网络意图配置方法。通过结合自然语言处理、网络编程语言及大语言模型技术，实现针对每个用户意图的业务灵活设计，在保证服务交付和响应速度的同时提高了网络业务的多样性及网络的灵活性。利用自动机理论，针对OpenFlow和NETCONF协议的差异，模块化设计了一个策略翻译器，在NETCONF域中将网络策略提取、转化并生成相应网元设备的配置文件，实现用户业务在异构网络环境下的智能编排和统一管理、维护。此外，根据闭环控制的思想，针对部署的业务进行监控及分析，设计动态业务调整流程，保证网络业务的QoS。

一种基于网络编程语言在异构网络中实现意图智能配置的方法，结合了意图实现、网络编程语言和策略转化技术，包括：

全局SDN控制器获取异构网络资源及状态信息；

用户以语音或文本形式描述网络业务需求；

意图解析引擎对业务需求进行解析，提取意图关键词；

业务编排器根据意图关键词结合网络资源及状态，生成符合Frenetic网络编程语言规范的网络策略；

全局网络控制器根据业务需求，选择相应的域控制器下发网络策略；

支持OpenFlow协议的域控制器将网络策略编译为OpenFlow流表，支持NETCONF协议的域控制器将网络策略通过策略翻译器转化为YANG数据模型；

OpenFlow控制器将流表下发至支持OpenFlow协议的底层网元设备，NETCONF控制器将YANG数据模型下发至对应的NETCONF网元设备，实现业务的部署并启动闭环控制。

所述的方法，包括以下步骤：

1）各域控制器下发查询命令或请求至底层网元设备，解析底层设备返回的响应数据，提取所需的信息，包括设备拓扑信息、端口状态信息、故障及警报信息、网络功能信息和设备配置；在完成资源状态同步后，OpenFlow域控制器及NETCONF域控制器将数据统一汇总于异构网络全局SDN控制器；

2）用户通过文本或语音形式输入意图，意图包含了用户的网络业务需求和对网络的高级描述，表达了用户所期望在异构网络全域中实现的网络业务目标；

3）意图解析引擎基于用户以自然语言形式输入的意图提取关键业务信息，将意图数据转换为模型可处理的格式，利用分词器从规范格式的意图数据中提取意图关键词，获得用户期望业务范围、业务所包含的网络功能及业务的生命周期信息；

4）将得到的意图关键词和当前网络资源及状态输入业务编排器，业务编排器利用大型语言模型代码生成技术，生成符合Frenetic网络编程语言规范的网络策略，针对用户业务的范围，选择合适的域下发网络策略；

5）针对不同协议的域控制器，以不同的方式进一步处理网络策略；在以支持OpenFlow协议网元设备构成的OpenFlow域中，Frenetic控制器将网络策略编译为OpenFlow流表；在以支持NETCONF协议网元设备构成的NETCONF域中，网络策略在策略翻译器中被提取和转化，再结合底层网元信息生成设备对应的YANG模型文件；

6）全局SDN控制器依照用户意图中描述的业务生命周期对实例化后的用户网络业务进行最终部署；业务上线的同时启动闭环控制模块，全局SDN控制器通过域控制器返回的网络状态数据对业务QoS进行监控；一旦业务无法满足用户意图，全局SDN控制器向业务编排器发起请求，业务编排器则根据当前网络资源及状态重新进行业务的生成与部署。

所述的步骤5）中，在NETCONF域中，网络策略在策略翻译器中转化为具体设备对应的YANG模型文件：

5-1）基于确定性有限状态自动机的数据提取器提取网络策略中的描述网络功能的函数及其处理的对象；

5-2）将网络功能函数与包含底层网元功能的数据库进行比较，将网络策略中的函数及其处理的对象映射到具体的网元设备功能及配置业务所需信息；

5-3）基于上下文无关语法构建的策略生成器根据数据转化后的数据及具体网元配置信息生成“内容产生式”和“结构产生式”，内容产生式用于将数据包含在正确的XML标签中，而结构产生式负责组织整体的XML结构，确保各部分之间的关系正确；

5-4)输出底层网元配置信息，即YANG模型文件。

本发明的有益效果：

本发明公开了一种基于网络编程语言的异构网络意图配置方法，实现了用户业务需求到设备配置的智能转化，简化了业务实现流程，提高了网络性能。具体通过结合意图实现、网络编程语言及大型语言模型技术，设计了一个用户意图到网络策略的智能转译方法，实现了针对每个用户的业务灵活设计。并且根据自动机理论和上下文无关语法，设计了一个将符合Frenetic网络编程语言规范的网络策略向网元设备配置转化的策略翻译器，解决了Frenetic网络编程语言与NETCONF协议不兼容的问题，实现用户业务在异构网络环境下的智能编排和统一管理、维护。最后根据闭环控制的思想，针对部署的业务进行监控及分析，设计动态业务调整流程，保证网络业务的QoS。本发明的实施例可以应用于网络服务提供商的网络架构中，解决现有的网络架构中依然存在的异构网络难以部署和维护、编排智能化程度低及用户业务需求无法及时满足的问题，极大提高了网络业务的多样性以及网络的灵活性、准确性和稳定性，有效保障服务交付和响应速度。

附图说明

图1是本发明基于网络编程语言在异构网络中实现意图智能配置的方法的一种结构示意图。

图2是NETCONF域下策略翻译器的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例，对本发明进行进一步的阐述。

实施例

某网络业务提供商管理着一个由多域组成的异构网络架构，每个域由支持OpenFlow协议或NETCONF协议的设备组成。网络业务提供商计划在网络用户提出业务需求时，做到意图获取、智能编排、统一部署并进行闭环控制，方法如图1所示。

1-1）网络业务提供商在向网络用户提供服务前，需要明确当前的网络资源及状态。域控制器通过OpenFlow协议或NETCONF协议与底层网元设备建立网络链接，下发查询命令或请求。底层网元设备在收到请求后返回设备拓扑信息、端口状态信息、故障及警报信息、网络功能信息和设备配置数据。域控制器在完成资源状态同步后，将数据汇总于全局SDN控制器。

1-2）网络业务提供商会向用户提供一个接口，用户以文本或语音的形式表达其意图。假设用户的自然语言形式输入为：“请帮我在工作日禁止网络内所有主机访问娱乐网站。”

1-3）意图解析引擎在接收到来自用户的意图后，首先将输入的自然语言转换为规范格式，比如：

{

“role”:“user”,

“content”:“请帮我在工作日禁止网络内所有主机访问娱乐网站。”

}

此后利用分词器，从规范格式的意图数据中提取意图关键词，包括用户期望业务范围、业务所包含的网络功能及业务的生命周期，比如：

用户期望业务范围：所有主机；

业务所包含的网络功能：在工作日禁止访问娱乐网站；

业务生命周期：工作日。

1-4）在业务编排器中，将上述处理后得到的意图关键词及全局SDN控制器收集的底层网络资源及状态作为输入，利用微调后的大型语言模型生成符合Frenetic网络编程语言规范的网络策略。如下：

import frenetic

from frenetic.syntax import *

class MyApp(frenetic.App):

p1 = IP4DstEq(addr1，mask)//匹配目标IP地址为addr1的数据包

p2 = IP4DstEq(addr2，mask)

……

pn = IP4DstEq(addrn，mask)//addr为需要屏蔽的娱乐网站的IP地址

selectPacket =Or([p1, p2, . . . , pn])

Drop(selectPacket)

app = MyApp()

app.start_event_loop()。

1-5）根据用户信息及意图确定用户业务部署的域，并将生成的网络策略进一步下发给对应的域控制器。

在OpenFlow网元设备构成的OpenFlow域中，网络策略经Frenetic控制器直接编译为OpenFlow流表项。如下，其中220.181.38.148为上述网络策略中addr具体ip地址之一：

Flow Table Entry:

Match Fields:

- IPsrc !=220.181.38.148

- IPdst = 220.181.38.148

Instructions:

- Drop。

在NETCONF网元设备构成的NETCONF域中，网络策略在策略翻译器中进一步转化为底层网元配置信息，如图2所示，具体过程如下：

1-5-1）利用基于确定性有限状态自动机的数据提取器对网络策略进行分析，提取网络策略中描述网络功能的函数及其操作的对象，具体包括IP4DstEq、drop函数及设备IP及端口信息。

1-5-2）将网络功能函数与包含底层网元功能的数据库进行比较，将网络策略中的函数及其操作的对象转化为具体的网元设备功能及配置业务所需信息，如下：

BlockEntertainment

DenyEntertainmentSite1

220.181.38.148

drop

。

1-5-3）基于上下文无关语法构建的策略生成器，根据数据转化器转化后的数据及具体网元配置信息，生成“内容产生式”和“结构产生式”，内容产生式用于将数据包含在正确的XML标签中，而结构产生式则用于对其他标签进行分组。最后根据二者内容输出底层网元配置信息，即YANG模型文件。

1-6）根据用户意图中描述的业务生命周期，对实例化的网络业务进行部署。针对OpenFlow域，域控制器将更新OpenFlow流表；针对NETCONF域，域控制器通过NETCONF下发YANG文件模型。在网络业务上线的同时，全局SDN控制器启动闭环控制模块，根据域控制器返回的端口状态信息、故障及警报信息对网络资源及状态进行监控和分析，判断用户业务QoS是否得到保障。一旦业务无法满足用户意图，全局SDN控制器将向业务编排器发起请求，业务编排器则根据当前网络资源及状态重新进行业务的生成与部署。

上述描述中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施方案仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由所附权利要求及其任何等同技术方案给出。