CN100499577C - 一种快速响应的集中式接纳控制系统及控制方法 - Google Patents

一种快速响应的集中式接纳控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快速响应的集中式接纳控制系统及控制方法,包括:网络负载检测设备,带宽代理服务器,带宽代理客户端。网络路径的资源状况的收集和接纳控制处理相分离,由网络负载检测设备定时完成网络链路级的资源状况检测,形成通路级的网络资源情况结论,带宽代理在进行接纳控制的时候,只在通路级的层次上通过简单的查询得知是否接纳,将带宽代理按功能分离成带宽代理服务器和带宽代理客户端,带宽代理服务器负责与负载检测设备接口,获得网络通路级的路径资源信息表,带宽代理客户端负责处理接入控制请求信令,并且可以采用多个带宽代理客户端同时处理大量的呼叫,进一步提高执行效率,降低了响应延迟。

Description

一种快速响应的集中式接纳控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种快速响应的集中式接纳控制系统及控制方法。
背景技术
DiffServ(Differentiated Services区分服务模型)与接纳控制相结合是目前使用较多的服务质量保证方法,该方法既能克服DiffServ在出现拥塞时不能绝对保证流的服务质量的缺陷,又利用了DiffServ的简单性和很好的扩展性。然而,现有的接纳控制技术,尤其是集中接纳控制方式下,对请求的响应时间过长是一个比较严重的问题。特别是在接入和汇聚网络中,当大量呼叫同时请求接纳控制时,过长的处理时间将使用户无法接受。
常见的控制接纳方式有以下几种:
一、集成接纳控制和信令机制的DiffServ网络
DiffServ模式的优点是:
(1)扩展性好,因为DiffServ的服务粒度不再是每个流,而是流的聚合体,从而大大地缓解了可扩展性问题。
(2)便于实现。DiffServ将复杂度转移到网络的边缘上,而在网络核心只需实现最简单的服务保证机制。DiffServ模型通过约定的DSCP值来表示不同的服务等级,从而只需在网络边缘进行用户服务请求到DSCP的映射,免去了在网络的核心结点上采用显式资源预留信令的必要,从而降低了其实现复杂度。
(3)不影响路由,不涉及选路机制。
这种模式的缺点是:没有接纳控制和信令机制,因此不能保证每个流的绝对的服务质量。
考虑到在没有拥塞的情况下,DiffServ能充分发挥其有效性,很好的保证QoS(Quality of Service服务质量),然而,当网络一发生拥塞,DiffServ将基本失去其功效,此时再高的优先级都不能保证QoS。从而一种简单有效的QoS保证方法即利用接纳控制功能保证DiffServ网络不发生拥塞被提出来了。执行接纳控制功能的设备可以是分布式的边界路由器,也可以是集中式的资源管理器—带宽代理。其中采用的接纳控制方法一般有两种,一种是基于主动测量的方法,一种是基于参数的方法。
二、基于参数的接纳控制
集中式模型下基于参数的接纳控制方法的核心思想如附图1所示:在用户向网络发送有服务质量要求的流之前,首先经边界路由器1向带宽代理3发送资源请求,带宽代理3检查链路资源信息表,该表中包含了网络域中所有链路的资源信息,最典型的是可用带宽的大小。如果该请求所经历的所有链路的资源均能满足该流的要求,则接纳该流,否则拒绝。集中式接纳控制的优点是:对网络的改动小,大部分功能都在新增设备上实现;由一个设备统一进行资源的计算和分配,避免了竞争资源引起的冲突。
但是,在集中式情况下利用基于参数的接纳控制方法,为了避免资源的冲突,带宽代理在任何时刻都只能处理一个请求,而且处理过程中涉及到大量的磁盘读写等慢处理过程,处理时间很长,导致其它请求响应等待时间过长。
三、基于主动测量的接纳控制方法
基于主动测量的接纳控制流程如图2所示,其基本方式是:
步骤101应用程序建立呼叫。
步骤102呼叫信令到达入边界路由器。
步骤103入边界路由器主动地向出边界路由器发送探测包。
步骤104出边界路由器收到探测包后传回入边界路由器。
步骤105最后根据对返回的探测包的监测来估计该传输路径上的网络资源使用状况,并以此为根据进行接纳控制。
步骤106如路径资源不满足需求,则拒绝呼叫。
步骤107如路径资源满足需求,则建立连接。
步骤108结束。
传统的基于主动测量的接纳控制一般是分布式的,在接受呼叫的边界路由器上,由边界路由器针对每一个呼叫向网络中的出边界路由器发送探测包。每个边界路由器都可以根据自己所接受到的请求并行的发探测包,从这一点讲,是比基于参数的方法有优势的,因为在基于参数的方法下,同一时刻只能有一个接入控制请求能得到处理。但是,分布式情况下一段较长的探测时延仍无法避免。
这类接纳控制方案的一个优点是所有的功能都由端点完成,不需要网络控制的支持。但是在发送数据分组前要经历较长时间的探测阶段,此外,这种方法只能对当前网络状况提供不精确的测量。
发明内容
本发明的目的在于解决现有基于参数的集中式接纳控制技术因处理请求时处理过程复杂费时导致的请求响应时间过长,处理效率低下的问题和基于主动测量的分布式接纳控制技术因探测时间过长同样导致请求响应过慢的问题。本发明提出了一种以主动测量为基础的集中式查询作接纳控制的系统及控制方法,网络的资源状况检测由后台完成,接纳控制过程只做简单的查表工作。大大降低了响应时间,并且请求响应时间不因呼叫数量的增加而增加,在大量呼叫同时并发的时候优势尤其明显。
本发明公开了一种快速响应的集中式接纳控制系统,包括:网络负载检测设备,其与网络域中所有的边界路由器相连;带宽代理服务器,其从负载检测设备得来的全网通路级的负载状况汇集成一张通路资源表,作为接纳控制的根据;带宽代理客户端,其处理应用程序向其发送的接纳控制请求,并向带宽代理服务器询问是否接纳。
本发明还公开一种快速响应的集中式接纳控制方法,包括:网络路径的资源状况的收集和接纳控制处理相分离,由网络负载检测设备定时完成网络链路级的资源状况检测,形成通路级的网络资源情况结论,带宽代理在进行接纳控制的时候,只在通路级的层次上通过简单的查询得知是否接纳;将带宽代理按功能分离成带宽代理服务器和带宽代理客户端,带宽代理服务器负责与负载检测设备接口,获得网络通路级的路径资源信息表,带宽代理客户端负责处理接入控制请求信令,并且可以采用多个带宽代理客户端同时处理大量的呼叫。
本发明的效果在于使网络路径的资源状况的收集和接纳控制处理相分离,由网络负载检测设备定时完成网络链路级的资源状况检测,形成通路级的网络资源情况结论,带宽代理在进行接纳控制的时候,只在通路级的层次上通过简单的查询得知是否接纳,解决传统的接纳控制方法针对每一个呼叫请求都进行链路级的资源比较的问题。将带宽代理按功能分离成带宽代理服务器和带宽代理客户端,带宽代理服务器负责与负载检测设备接口,获得网络通路级的路径资源信息表,带宽代理客户端负责处理接入控制请求信令,并且可以采用多个带宽代理客户端同时处理大量的呼叫,进一步提高执行效率,降低了响应延迟。
本发明与传统的基于主动测量的接纳控制方法比较,突出的优点为,(1)接纳控制处理速度显著提高,由原来的探测包往返延迟时间降低到查表匹配这一几乎可以忽略不计的时延。(2)对于网络资源现状的把握实时性方面,传统的方法掌握的是往返时间以前时刻的网络状态,该方法下,对网络资源状况掌握情况延时为传统方法下的一半。(3)其它方面的性能与传统的方式持平或略有提高。
本发明与集中式基于参数的接纳控制方法比较,优点在于:(1)接纳控制的判断过程不涉及到链路级的资源比较,响应速度快。(2)多个接纳控制请求可以同时处理,这一点是集中式基于参数的接纳控制方法所不能做到的。(3)不需要保持全域各个链路的资源状况,保留的是检测汇总的全域通路级的资源状况。
附图说明
图1是集中式接纳控制网络模型;
图2是基于主动测量的接纳控制的一般流程图;
图3是基于主动测量的集中式接纳控制系统组成;
图4是边界路由器收集汇报网络路径资源信息的图示;
图5是基于主动测量的集中式接纳控制呼叫请求处理流程。
具体实施方式
本发明技术方案的核心思想是:网络路径的资源状况的收集和接纳控制处理相分离,由网络负载检测设备定时完成网络链路级的资源状况检测,形成通路级的网络资源情况结论,带宽代理在进行接纳控制的时候,只在通路级的层次上通过简单的查询得知是否接纳,而不是象传统的接纳控制方法针对每一个呼叫请求都进行链路级的资源比较。将带宽代理按功能分离成带宽代理服务器和带宽代理客户端,带宽代理服务器负责与负载检测设备接口,获得网络通路级的路径资源信息表,带宽代理客户端负责处理接入控制请求信令,并且可以采用多个带宽代理客户端同时处理大量的呼叫,进一步提高执行效率,降低了响应延迟。
如图3所示,本发明所述方法主要包含以下几个组成部件:网络负载检测设备10,该设备不断的收集网络负载状况,该设备必须与网络域中所有的边界路由器1连接,边界路由器1定时向其它边界路由器1发送探测包,目的端接收到探测包后根据包中被标记的字段获得路径负载状况,并汇报给负载检测设备,包括路径的剩余带宽、最大延迟、抖动等信息。带宽代理服务器20,该设备将从负载检测设备得来的全网通路级的负载状况汇集成一张通路资源表,作为接纳控制的根据,当然,带宽代理还可以完成其它非接纳控制的任务,如资源分配等,这些不在本文讨论之列。带宽代理客户端30,该设备可以视网络规模不同为一个或多个,每一个带宽代理服务器30都可以接受大量的应用程序呼叫请求,该设备主要是根据呼叫的地址和QoS要求向带宽代理服务器20查询是否能够接入。
一种快速响应的集中式接纳控制方法,其主要可以用以下五个步骤实现。
请参见图3、图4、图5。步骤1,边界路由器2类处于网络负载检测代理的地位,向网络中其它边界路由器9发送探测包60,主要用来探测自身到其它目的端的路径资源情况,该探测包60与普通的IP包相同,只是在DiffServ网络中具有较高的优先级,能保证探测包60顺利到达目的端。探测包传输途中,各中间节点根据自身资源状况决定是否标记探测包60,即如果自身可用带宽大于探测包60所携带的通路可用带宽,则不改写该值,否则更新携带的通路可用带宽为自身可用带宽,其它QoS参数处理方法类似。
步骤2,探测包到达目的边界路由器9后,即获得了整个通路的QoS参数,此时,该路由器9即向网络负载检测设备10发送汇报信息,包括通路的源地址、目的地址和QoS参数。此时该边界路由器9可以立即或者等待一段时间后向源边界路由器2发送新的探测包,可以采取一定的措施来保证整个网络的探测包在足以反映整个网络中所有路径情况的条件下以最少的数量、以一定的规则有条不紊的发送,减小因探测包的介入对网络的影响,该措施不在本文讨论之列。
步骤3,网络负载检测设备10接收来自各个边界路由器1的对各条路径的资源情况的汇报信息发送给带宽代理服务器20,定期汇总形成一个全网所有路径的资源表,该表为通路级的资源情况。自此链路级的网络资源状况的获取已经经以上步骤在后台完成。结果是动态生成了通路级的资源表供带宽代理实时对照以完成接纳控制。
步骤4,带宽代理前台的接纳控制与后台的路径资源状况获得这两个任务是分离的,可同时进行。在前台的接纳控制方面,当应用程序40向带宽代理客户端30发送接纳控制请求信令时,带宽代理客户端30负责请求信令的处理,从中获得请求的源地址、目的地址和请求的QoS参数。并以这些信息为条件向带宽代理服务器20询问是否接纳。
步骤5,带宽代理服务器20以请求的源地址和目的地址为索引查询到该路径,并对照该路径资源表上的剩余资源是否满足请求的QoS要求。如果满足,则返回接纳消息,否则拒绝,如图5中203—206所示。
各种接纳控制方式的性能比较如下:
该发明与传统的基于主动测量的接纳控制方法比较突出的优点为,(1)接纳控制处理速度显著提高,由原来的探测包往返延迟时间降低到查表匹配这一几乎可以忽略不计的时延。(2)对于网络资源现状的把握实时性方面,传统的方法掌握的是往返时间以前时刻的网络状态,该方法下,对网络资源状况掌握情况延时为传统方法下的一半。(3)其它方面的性能与传统的方式持平或略有提高。
该发明与集中式基于参数的接纳控制方法比较优点在于:(1)接纳控制的判断过程不涉及到链路级的资源比较,响应速度快。(2)多个接纳控制请求可以同时处理,这一点是集中式基于参数的接纳控制方法所不能做到的。(3)不需要保持全域各个链路的资源状况,保留的是检测汇总的全域通路级的资源状况。
基于参数的接纳控制算法与基于主动测量的接纳控制算法优劣比较:(1)基于主动测量的情况下,多个请求可以在各个边界路由器上同时并发,而使用基于参数的算法不管是集中式的还是分布式的情况下,同一时刻都只能有一个请求能得到处理。(2)边界路由器不需要掌握整个网络域的拓扑和资源情况,而使用基于参数的方式,分布式的情况下需要由边界路由器掌握全域拓扑和资源状况,集中式的情况下需要带宽代理掌握全域的拓扑和资源状况。(3)在接纳控制的精确性方面,基于主动测量的方式是一种近似的估计,而基于参数的方式是精确的接纳控制。(4)基于主动测量的方式在作接纳控制判断是掌握的是具有一定延迟前的网络资源状况,而基于参数的方式掌握的是实时的网络资源状况。

Claims (10)

1、一种快速响应的集中式接纳控制系统,包括:网络负载检测设备,其与网络域中的边界路由器相连,用于收集网络负载状况,进行网络负载检测;带宽代理服务器,用于从负载检测设备得来的全网通路级的负载状况汇集成一张通路资源表,作为接纳控制的根据;一个或多个带宽代理客户端,其处理应用程序向其发送的接纳控制请求,并向带宽代理服务器询问是否接纳;其中,带宽代理服务器响应带宽代理客户端的询问信息,查询上述通路资源表,返回接纳消息或拒绝。
2、根据权利要求1所述的快速响应的集中式接纳控制系统,其特征在于,所述网络负载检测设备为边界路由器。
3、根据权利要求1所述的快速响应的集中式接纳控制系统,其特征在于,所述带宽代理服务器还完成非接纳控制的任务。
4、根据权利要求1所述的快速响应的集中式接纳控制系统,其特征在于,所述多个带宽代理客户端同时处理大量的呼叫请求。
5、一种快速响应的集中式接纳控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,边界路由器向网络中其它边界路由器发送探测包;
步骤二,探测包到达目的边界路由器后,该目的边界路由器即向网络负载检测设备发送汇报信息,此时该目的边界路由器立即或者等待一段时间后向源边界路由器发送新的探测包;
步骤三,网络负载检测设备接收来自各个边界路由器的对各条路径的资源情况的汇报信息并发给带宽代理服务器,带宽代理服务器将所述汇报信息定期汇总形成一个全网所有路径的资源表;
步骤四,应用程序向带宽代理客户端发送接纳控制请求,带宽代理客户端负责请求信令的处理,并向带宽代理服务器询问是否接纳;
步骤五,带宽代理服务器响应处理带宽代理客户端的询问信息,返回接纳消息或拒绝。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述探测包为在DiffServ网络中具有较高优先级的普通IP包。
7、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述汇报信息包括路径的剩余带宽、最大延迟和抖动信息。
8、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在所述探测包传输过程中,各中间节点根据自身资源状况决定是否标记所述探测包。
9、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在步骤四中所述的带宽代理客户端对请求信令的处理包括获得请求的源地址、目的地址和请求的Qos参数。
10、根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在步骤五中所述的带宽代理服务器对带宽代理客户端的询问信息处理,包括以请求的源地址和目的地址为索引查询到路径,并对照该路径资源表上的剩余资源是否满足请求的QoS要求,如果满足,则返回接纳消息,否则拒绝。
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