CN102185834B

CN102185834B - 一种信息网智能资源控制系统

Info

Publication number: CN102185834B
Application number: CN201110086596.8A
Authority: CN
Inventors: 杨冬; 薛淼; 吴恒奎; 张宏科; 宋飞; 孙亮; 赵晶; 王琼
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: China High Speed Railway Technology Co ltd
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: CN102185834A

Abstract

本发明提供了一种信息网智能资源控制系统，系统中会话控制器用于完成会话建立的信令协商，媒体资源等级协商交互操作，接入节点用于完成用户数据的接入路由，根据协商确定的媒体资源需求和系统提供的资源对接入的数据流量进行整形，过滤和计费的操作，承载节点将进入骨干网络的数据及时转发到目的节点，同时及时将自身资源利用情况及时通告媒体资源策略控制器，承载节点发生故障时通告媒体资源策略控制器自身无可用资源，媒体资源策略控制器通过收集管辖域内的承载节点的资源利用情况，根据会话控制协商得到的服务等级，为业务建立服务连接并分配资源，或者拒绝服务，从而保证了多元业务接入的QoS、网络的可控可管性和扩展性。

Description

一种信息网智能资源控制系统

技术领域

本发明涉及网络技术领域，特别是涉及一种信息网智能资源控制系统。

背景技术

一直以来网络的发展一直是以业务的发展为驱动力，进而建设相应功能的网络基础设施。例如，以语音业务为主导的电信网，以数据业务为主导的互联网和以视频业务为主导的广播网。每一种网络不仅具有单独的基础设施，还具有彼此独立的协议体系。因此，一种业务一种网络的网络发展方式不仅因为重复的基础建设浪费了大量的资源，同时，独立的协议体系也使得网络之间互通成为业务融合的最大阻碍。

随着IP技术及宽带网络的发展，融合语音、视频、数据三种业务的信息网络已经引起广泛关注。信息网是一个高度异化的网络，其底层网络涵盖现有的多种接入技术和传输技术，其支持的业务涉及语音、视频、数据等多种业务。信息网络以基于IP技术的包交换网络为核心，实行业务的控制功能与承载功能分离。

由于信息在军事行动中的作用越来越突出，因此信息网络的重要性也不断增加。但是包交换网络设计之初的设计理念，使其在其面对军事业务的需求时存在一系列问题：

（1）网络缺乏业务识别和接纳控制

以IP技术为核心的包交换网络对业务种类不做区分，对业务优先级别也没有设定，网络为所有的业务提供相同级别的服务。但是不同业务类型具有不同的资源需求特性，例如语音等实时业务要求有小的延时和抖动，视频业务要求大的带宽和小的抖动。无差别对待不同业务的资源请求不仅容易造成网络资源紧张，甚至影响业务的服务质量。此外，由于缺乏接入控制，在网络资源紧张的情况下仍然为新的接入业务分配资源，很容易造成正在服务的业务服务质量下降，而新接入的请求也得不到足够资源。因此，信息网络智能化业务控制对业务分成若干种服务类型，并设定相应的优先级，同时提供接纳控制功能，允许网络资源紧张的情况下为新的业务请求提供智能化的接纳调控。

（2）网络资源分配依靠用户自我限制，缺乏网络自身参与分配调度

以IP技术为核心的包交换网络采用传输控制协议约束用户的发送行为，从而防止网络被大量的数据湮没。但是这种用户的自我约束是以网络发生拥塞为信号，显然此时在某瓶颈节点用户的资源需求已经超过了网络提供的资源。这种情况下容易造成业务服务质量下降，进而使得网络资源浪费。网络本身不参与网络资源的分配，网络节点根据自身能力尽力转发节点，这种设计很容易使得非自律用户抢占更多的网络资源。基于此，在信息网络智能化业务控制结构中引入域内集中控制域间分布控制的智能资源控制理论新体系架构，集中管理网络资源受限情况下集约服务决策和媒体资源调度控制。

（3）缺乏有效的资源请求与资源协商机制

以IP技术为核心的包交换网络的业务都是基于尽力而为的思想从网络中获得资源，参加服务的双方缺乏有效的资源需求协商机制，缺乏对网络的资源请求机制。因此，在智能资源控制理论新体系架构引入会话控制协议，在通信双方间协商满足服务质量的资源需求。引入资源请求机制，通过媒体资源策略控制满足业务的资源需求或者拒绝需求。

（4）对快速的网络环境变化缺乏网络认知能力

以IP技术为核心的包交换网络无法有效应对移动环境或者路径故障情况下资源重分配的快速响应。未来网络中移动节点大量增加，接入位置的改变要求网络具有认知能力，资源分配必须能够快速响应并分配新的资源。而网络承载的业务也越来越重要，路径故障情况下也要保证业务的不中断服务。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种信息网智能资源控制系统，以解决现有技术中存在的问题，有效保证多元业务接入的QoS和网络的可控可管性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种信息网智能资源控制系统，用以保证多元业务接入的QoS和网络的可控可管性。

为了解决上述问题，本发明公开了一种信息网智能资源控制系统，所述系统包括：

接入节点，会话控制器，承载节点和媒体资源策略控制器，其中：

所述会话控制器，用于完成会话建立的信令协商，媒体资源等级协商交互操作；

所述接入节点是数据的承载节点，用于完成用户数据的接入路由，且根据协商确定的媒体资源需求和系统提供的资源对接入的数据流量进行整形，过滤和计费的操作；

所述承载节点采用包交换的形式，将进入骨干网络的数据及时转发到目的节点，同时及时将自身资源利用情况及时通告媒体资源策略控制器，承载节点发生故障时通告媒体资源策略控制器自身无可用资源；

所述媒体资源策略控制器通过收集管辖域内的承载节点的资源利用情况，根据会话控制协商得到的服务等级，为业务建立服务连接并分配资源，或者拒绝服务。

其中，所述智能资源控制系统从运行机制上包括会话控制和媒体资源控制；

所述会话控制通过协商，确定对媒体资源的需求；

所述媒体资源控制根据当前网络资源的使用情况和新的业务的资源需求，进行网络资源的调度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种信息网智能资源控制系统，系统中会话控制器用于完成会话建立的信令协商，媒体资源等级协商交互操作，接入节点是数据的承载节点，用于完成用户数据的接入路由，且根据协商确定的媒体资源需求和系统提供的资源对接入的数据流量进行整形，过滤和计费的操作，承载节点采用包交换的形式，将进入骨干网络的数据及时转发到目的节点，同时及时将自身资源利用情况及时通告媒体资源策略控制器，承载节点发生故障时通告媒体资源策略控制器自身无可用资源，媒体资源策略控制器通过收集管辖域内的承载节点的资源利用情况，根据会话控制协商得到的服务等级，为业务建立服务连接并分配资源，或者拒绝服务，从而保证了多元业务接入的QoS、网络的可控可管性和扩展性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述的在网络模型中创新性的提出信息网智能资源控制理论体系结构示意图；

图2是本发明实施例所述的一种信息网智能资源控制系统的结构图；

图3是本发明实施例所述的网络资源受限时集约服务决策与资源调度控制机制示意图；

图4是本发明实施例所述系统采用了层次化的网络资源与服务质量管理框架示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

信息网智能资源控制理论是建立在成熟的建模分析理论和研究的基础上的，集中研究信息网中的会话控制和媒体资源控制的算法，机制和模型，研究目标是在资源受限条件下优化集约服务决策和资源调度控制，在路由波动情况下资源分配策略节点能够快速同步，保证在有限网络资源下达到最大的资源利用率和经济收益。如图1所示，在网络模型中创新性的提出信息网智能资源控制理论体系结构示意图。信息网智能资源控制理论体系结构采用控制与承载分离的思路，通过对控制节点的优化设计，从而完成网络资源受限下集约服务的优化资源分配。

实施例：

参照图2，示出了本发明的一种信息网智能资源控制系统的结构图，所述系统具体包括：

接入节点201，会话控制器202，承载节点203和媒体资源策略控制器204，其中：

所述会话控制器202，用于完成会话建立的信令协商，媒体资源等级协商交互操作；

所述接入节点201是数据的承载节点，用于完成用户数据的接入路由，且根据协商确定的媒体资源需求和系统提供的资源对接入的数据流量进行整形，过滤和计费的操作；

所述承载节点203采用包交换的形式，将进入骨干网络的数据及时转发到目的节点，同时及时将自身资源利用情况及时通告媒体资源策略控制器，承载节点发生故障时通告媒体资源策略控制器自身无可用资源；

所述媒体资源策略控制器204通过收集管辖域内的承载节点的资源利用情况，根据会话控制协商得到的服务等级，为业务建立服务连接并分配资源，或者拒绝服务。

从运行机制上，智能资源控制系统分为会话控制和媒体资源控制两个重要的组成部分。会话控制通过协商，确定了对媒体资源的需求，而媒体资源控制则根据当前网络资源的使用情况和新的业务的资源需求，进行网络资源的调度，能够使网络对业务进行服务，网络的会话处理能力和媒体资源分配时间都成为衡量智能资源控制理论体系结构的主要参数指标。

智能资源控制系统具有如下特点：

（1）保证了多元业务接入的QoS保证

通过对业务的分级，能够保证网络资源可以根据业务类型分配，从而能够保证业务QoS，同时获得最大的经济收益。会话控制和资源分配能够在资源紧缺的情况下拒绝新的服务，从而保证了已有服务的QoS。

（2）保证了网络的可控可管性

任何业务在获得网络资源接受服务之前都要进行鉴权，其次其传输数据的类型，传输数据的通道易于接受管理和控制。

（3）保证了扩展性

媒体资源控制器采用分布式部署。虽然每个媒体资源控制器仅能覆盖特定区域，但是通过联合部署，可以在跨越多个域的通信路径上进行协调从而完成资源分配。分布式部署保证了媒体资源控制的可扩展性。

从根本上来说，网络对用户的服务质量取决于网络服务媒体资源状况。从网络系统诞生伊始，人们就致力于提高系统的服务性能和服务质量，不管什么形式的网络、网络的规模如何、采用何种技术，网络资源与服务质量的管理问题都是网络研究领域的最重要问题，对信息网的研究、应用和发展有着举足轻重的作用。

网络服务资源，通俗来说就是指带宽、吞吐量、交换路由器处理速度等这些衡量网络优劣的参数。总体上说，网络资源越丰富，网络中允许同时存在的数据流业务就会越多，每个数据链路上获得的资源量会越多，网络整体的服务质量也会相应提高。但是网络资源中是有限的，而与之相对的相对于业务需求是无限的。所以如果没有好的资源调度控制方法，就无法保证业务的服务质量。就网络中存在的每一个数据链路来讲，通过引入优先级、业务分类等机制可以使得某一条数据链路相比其它的链路获得更多的网络资源，从而体现出更好的服务质量特性。QoS并没有创造带宽，只是根据应用程序的需求以及网络状况来管理带宽。

当前的Internet只提供尽力而为的服务质量，为数据提供无差错的传输及合理的响应时间。任何业务被认为是同等地位的，因此均平等的分配网络资源。但是随着宽带网络的发展,交互式语音、视频和实时任务等应用开始在网络承载的业务比重越来越大。对于交互式的语音和实时视频，就需要较小的延迟；反之，对于语音在传输过程中有过多的延迟抖动，视频在传输过程中带宽过窄，都会导致服务质量不被接受。这样原来尽力而为的服务质量就不满足要求了，需要更高级别的服务质量保证。

QoS有一套性能参数，主要包括：

①业务可用性：用户到信息网业务之间连接的可靠性。

②传输延迟：指两个参照点之间发送和接收数据包的时间间隔。

③可变延迟：也称为延迟抖动（Jitter），指在同一条路由上发送的一组数据流中数据包之间的时间差异。

④吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。

⑤丢包率：在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。数据包丢失一般是由网络拥塞引起的。

服务质量体现在多个层面上，传输层以上主要体现为时延、抖动、丢包率及倒换时间等。在网络层以下主要体现在分组包的时延、抖动、丢包率等。从用户角度来看，其所需要的服务质量的需求在网络管理角度看来实际是对网络资源的分配需求。因此，媒体资源控制要能针对不同业务的需求完成对资源的分配决策，执行和资源回收，从而最大利用网络资源的同时满足接入业务的服务质量需求。

网络资源的集约服务决策与资源调度控制机制不只是单纯的网络行为，其涉及到网络用户的需求，业务类型，网络资源的分配，承载节点的执行等多方面合力操作。

图3中当用户1与用户2之间要相互通信时，事先必须相互协商通信时的服务类型以及相应的性能参数。如果不事先进行协商，若用户2接收来自用户1的实时图像信息时，用户1按照每秒30帧发送，而用户2只有每秒接收20帧的能力的话，则尽管广义标识交换路由网络提供了每秒30帧的传输服务，信息仍会由于用户2的接收能力不够而丢失，从而无法进行满意的实时通信。相反地，如果事先进行协商，用户1放慢速度，使其满足用户2的接收能力，则用户2会获得较好的服务质量，而且网络的负载也会相应减轻。当资源需求协商完成后，会话控制通告媒体资源控制设备进行决策，如果可以接受该业务请求，则调度承载网络中资源传输数据。当用户的资源需求要求太高、网络无法提供相应的服务时，也可以返向通过会话控制要求用户降低其服务质量要求，甚至为了保证其他用户的服务质量拒绝某用户的要求。这一点是在保证资源高效利用和运行效益最大化的同时保证服务质量是信息网集约服务资源决策与资源调度控制必不可少的一项要求。

信息网必须迎合未来网络发展的趋势。首先，信息网一定要满足日益增长的各种各样的多媒体业务的资源分配要求；第二，能够快速的为端到端的服务分配网络资源；第三，信息网要体现可控、可管的思想。本发明所述的信息网智能资源控制系统具有如下特点：

(1)提供域内端到端业务的资源分配；

(2)提供跨域的端到端业务的资源分配；

(3)提供机制在用户与应用间协商QoS；

(4)对于多媒体会话，会话建立及会话期间应保障机制可以协商；

(5)允许操作者对多媒体业务进行策略控制;

(6)支持准入控制、拥塞控制及基于使用的记账和计费;

我们在综合考虑以上几个基本要求的基础上，针对集约资源决策与资源调度的特性，结合和改进现有的各种资源调度理论技术，设计的智能资源控制系统，最终实现各种业务的良好控制和传输，达到良好的服务质量。

首先，所述系统采用了层次化的网络资源与服务质量管理框架，如图4所示。

框架结构的最下层是基础层，我们称之为媒体资源层和会话控制层，包括数据承载网和会话控制网，主要设备包括路由器，接入路由器，边界路由器，会话控制器，主要负责传送各种类型的分组包（如语音、传真、视频、数据文件、会话信令等）。需要强调的是虽然媒体资源层和会话控制层处于相同的层面，但是二者并不重合，所使用的接触设施也可以彼此独立。上面一层是资源管理层，主要的实体为媒体资源策略控制器，负责管理各类网络资源（如带宽、缓存、处理器等资源）和进行路径选择，并且负责准入控制，以满足各种业务的QoS需求。

从对网络的可控、可观角度看，我们首先将网络化分成一些管理域，通过对不同管理域内的资源进行集中式控制，有效结合了集中式和分布式的优点，能实现对网络的有效管理和网络媒体资源集约服务的更好实现。

第二，从智能资源控制理论体系结构的角度，我们综合了现有的QoS模型:集成服务模型(IntServ)、区分服务模型(DiffServ)以及多协议标签交换（MPLS）方法各自的优缺点。集成服务能够实现细粒度的服务质量保证，但是其扩展性很差，很难在大规模的网络上实施；区分服务扩展性很好，但是却难以保证端到端的服务质量，而且采用预先定义好的分类,对服务质量的粒度有很大的局限性。而且区分服务对组播的支持还很不完善，而且还有着公平性方面的不足，而区分服务在业界被认为是未来网络服务质量体系的主体技术，所以在该项目中要投入精力对区分服务的不足和实用性进行进一步完善和研究；MPLS对网络QoS有很大的提高，但它也有着自己的不足。未来的服务质量体系结构发展趋势是：采用单一的体系结构不能很好的实现网络的QoS保证，必须采用多种模型相结合的混合模型技术，以更好的实现端到端的服务质量。该项目也将从这一思想出发，结合广义交换路由的特点，结合和引入各种模型的优点，提出新的服务质量综合体系结构.

第三，现有的资源控制调度保障技术和算法，大多数都是算法级别的，还处于理论阶段，数学计算过程很复杂，难以在实际的网络中得到应用。根据通信界三大权威会议(SIGCOMM、INFOCOM和ICC)的建议，未来服务质量的研究在研究更先进算法的同时，将更多研究放在实现上，即如何将复杂的算法和理论进行简化，在实际中得到应用。

第四，信息网有一个非常重要的性能，那就是对移动性的支持。在移动的过程中，为满足用户业务的需求，常常须要进行快速切换或者无缝切换。位置和接入网络的改变需要媒体资源策略控制器及会话控制同样能够快速响应，重新调整资源的分配。本项目将从设计伊始，充分考虑到对移动切换过程中的媒体资源控制和调度保证。设计新的资源受限条件下媒体资源策略控制体系和技术。

以上对本发明所提供的一种信息网智能资源控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种信息网智能资源控制系统，其特征在于，所述系统包括：

所述媒体资源策略控制器通过收集管辖域内的承载节点的资源利用情况，根据会话控制协商得到的服务等级，为业务建立服务连接并分配资源，或者拒绝服务；媒体资源控制器采用分布式部署；

所述会话控制通过协商，确定对媒体资源的需求；

所述媒体资源控制根据当前网络资源的使用情况和新的业务的资源需求，进行网络资源的调度；

所述系统采用了层次化的网络资源与服务质量管理框架，框架结构的最下层是基础层，包括路由器、接入路由器、边界路由器和会话控制器，用于传送各种类型的分组包；上面一层是资源管理层，包括媒体资源策略控制器，用于管理各类网络资源和进行路径选择，并且负责准入控制。