CN100336350C

CN100336350C - 一种通信网络带宽控制方法

Info

Publication number: CN100336350C
Application number: CNB011390298A
Authority: CN
Inventors: 范成法; 周晓晶
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Haimen science and Technology Development General Corporation
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: CN1422042A

Abstract

本发明公开了一种通信网络带宽控制方法，分别对网络中的下行端口设定下行端口基本带宽参数和下行端口最大带宽参数，对上行端口设定上行端口警戒带宽参数，上、下行数据帧经过上、下行端口时通过判断其是否遵守以上的带宽参数决定是转发数据帧，还是抛弃数据帧。采用本发明的方法能够有效地控制上下行端口间的带宽，并且动态地使用上行端口的空闲资源，而基本的服务质量没有降低，实现有效地使用网络资源，可广泛应用于以太网交换机、IP网络和其他宽带网络中。

Description

一种通信网络带宽控制方法

所属领域

本发明涉及一种通信网络中对带宽进行有效控制的方法。

背景技术

在通信网络中，为了能有效的使用带宽资源，需要采取带宽控制方法。针对不同的网络特征，人们提出了各种带宽控制方法。最常见的网络是如附图1所示的网络应用模型图，图1中有若干个下行端口，一个上行端口。图中实线表示的上行流量经过上行端口分发给各下行端口的用户使用，虚线表示的下行流量通过各下行端口汇总到上行端口。

在该模型中，需要控制上、下行端口间的流量，在传统的带宽控制中，一般是预先设定每一下行端口的资源使用数，使用时根据设定限制各下行端口的上下行流量。这样可以保证每一个端口的服务质量(QoS)。

对该模型目前比较经典和有效的带宽控制方法是GFRA(通用帧速率控制方法，Generic Frame Rate Algorithm)控制方法，这种方法从针对信元的GCRA(通用信元速率控制方法，Generic Cell Rate Algorithm)控制方法引申而来，可以适应变长数据帧的在网络中传输情况的带宽控制。

GFRA控制方法通过对下行端口上传输的数据流信息与下行端口的基本参数比较来控制数据流。如果数据流符合基本参数，则不控制；如果不符合，则实施控制。附图2是GFRA方法的流程图。

GFRA控制方法最根本的两个参数是平均速率和突发容忍时间，记为Rate和BT。其基本控制步骤如下：

假设下行端口的平均速率为Rate(bit/s)、突发容忍时间为BT(s)；

I＝1/Rate；L＝BT；T为当前时间；TREF为下行端口当前的参考时间；TET为下行端口对数据帧期望到达的时间；(注：时间值是递增的)

在设置该端口Rate和BT时初始化该端口的TREF＝T；

当有一个上行/下行数据帧到达时，执行下面的步骤：

步骤201：长度为Len(bytes)的数据帧在T时到达。

步骤202：计算端口的期望时间，TET＝TREF+I*Len*8。

步骤203：判断T是否大于TET。如果是，步骤204；如果不是，步骤205。

步骤204：将T赋值给TREF(TREF＝T)，跳至步骤208。

步骤205：判断T+L是否大于TET。如果是，步骤206；如果不是，步骤207。

步骤206：将TET赋值给TREF(TREF＝TET)，跳至步骤208。

步骤207：带宽不遵守约定(丢弃)，结束。

步骤208：带宽遵守约定(转发)，结束。

这种GFRA控制方法对每个端口的设定可以是不同的。使用GFRA控制方法可以有效地控制上下行端口间的带宽，但是还不能实现空闲资源的动态分配使用。也就是说当上行端口有空闲资源时，其它下行端口不能使用该空闲资源，造成上行端口的资源浪费。因此有必要在GFRA控制方法基础上做出改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是通过改进GFRA控制方法实现对端口数据带宽的有效控制，并且能够根据网络状况动态分配下行端口带宽，满足用户在保证基本带宽前提下同时可利用网络剩余带宽的需求。

本发明所述的一种带宽控制方法包括上、下行流量的控制，具体如下所述：

上行端口A的数据帧转发给下行端口B，首先判定该数据帧是否遵守下行端口B的基本带宽参数，如果遵守则转发该数据帧；否则在动态带宽控制使能的情况下判定数据帧是否遵守下行端口B的最大带宽参数，如果遵守，则判定数据帧是否遵守上行端口A的警戒带宽参数，遵守则转发该数据帧；否则丢弃该数据帧。

下行端口B的数据帧转发给上行端口A，首先判定该数据帧是否遵守下行端口B的基本带宽参数，如果遵守则转发该数据帧；否则在动态带宽控制使能的情况下判定数据帧是否遵守下行端口B的最大带宽参数，如果遵守则判定数据帧是否遵守上行端口A的警戒带宽参数，遵守则转发该数据帧；否则丢弃该数据帧。

对于判断转发的数据帧是否遵守下行端口的基本带宽参数、下行端口的最大带宽参数和上行端口的警戒带宽参数，可采用GFRA控制方法来进行判断；同时还可以采用其它的方法作为本发明的遵守带宽参数规则判定依据。

本发明通过下行端口的基本带宽参数、下行端口的最大带宽参数、上行端口的警戒带宽参数来实施带宽控制：

所述下行端口的基本带宽参数的设定是根据系统的设置，并保证下行端口必须的服务质量要求来确定下行端口基本带宽能力；

所述下行端口最大带宽参数的设定是根据下行端口的能力和系统的设置来确定下行端口能够承受的最大能力；

所述上行端口的警戒带宽参数的设定是根据上行端口的能力和系统的设置来确定上行端口对闲置资源的控制能力。

所述的下行端口的基本带宽参数由下行端口的基本速率和基本突发容忍时间组成；

所述下行端口的最大带宽参数由下行端口的最高速率和最高突发容忍时间组成；

所述上行端口的警戒带宽参数由上行端口的警戒速率和警戒突发容忍时间组成。

另外对于每个上、下行端口的带宽参数设置可以是不同的。

所述的上、下行端口可以是以太网口，也可以是ATM口，还可以是接入设备的端口。

在GFRA控制方法中，由于只是用了下行端口的信息，因而无法判定上行端口的空闲资源情况，造成不能使用上行端口空闲资源的局面。本发明的带宽控制方法同时使用了上行和下行端口的信息，因而能有效判决上行端口的状态，达到有效利用上行端口的局面。使用本发明可以动态地使用上行端口的空闲资源，而基本的服务质量没有降低，实现有效地使用网络资源。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的描述。

图1为流量控制的基本网络应用模型图。

图2是现有技术GFRA控制方法的流程图。

图3是本发明的带宽控制方法的工作流程示意图。

图4是本发明的带宽控制方法的一种具体实现流程图。

图5是本发明的带宽控制方法在以太网交换机中的应用实例。

图6是本发明的带宽控制方法在IP网络中的应用实例。

具体实施方式

本发明的带宽控制方法是在如附图1所示的基本网络应用模型中对上、下行流量进行带宽控制。也是在对如附图2所示的GFRA控制方法进行改进的一种带宽控制方法。

参考附图3所示的本发明带宽控制方法流程图。它可以在系统中灵活实现：本发明是以GFRA基本方法为基础作了改进。具体内容在发明内容中已进行了详细的说明，在此就不再赘述了。

参考附图4所示的本发明的具体实现流程图。

对每一个下行端口设定两组带宽参数，一组用于保证基本带宽，记为Basic_Rate和Basic_BT；另一组用于限制最大带宽，记为Peak_Rate和Peak_BT。对每一个上行端口设定一组带宽参数，用来设定上行警戒带宽，记为Alarm_Rate和Alarm_BT。

假设下行端口i的基本带宽参数为Basic_Rate(bit/s)和Basic_BT(s)，最大带宽参数为Peak_Rate(bit/s)和Peak_BT(s)；上行端口的警戒带宽参数为Alarm_Rate(bit/s)和Alarm_BT(s)，等效速率Equ_Rate(bit/s)(等效速率是各端口工作在基本带宽参数时的上行端口速率)；

I_Basic＝1/Basic_Rate；I_Peak＝1/Peak_Rate；I_Alarm＝1/Alarm_Rate；

I_Equ＝1/Equ_Rate；

L_Basic＝Basic_BT；L_Peak_＝Peak_BT；L_Alarm＝Alarm_BT；L_Equ＝Equ_BT；

T为当前时间；

TREF_Down为端口i参考时间；TREF_Up为上行端口参考时间；

TET_Down为端口i期望时间；TET_Up为上行端口期望时间；

数据帧长度为Len(bytes)；

在设置端口参数时设定该端口的TREF＝T；

当有一个上行/下行数据帧到达时，执行下面的步骤：

步骤401：T时到达一个长度为Len(Bytes)的数据帧。

步骤402：令TET_Down＝TREF_Down+I_Basic*Len*8。

步骤403：如果T＞TET_Down，那么转步骤404，否则跳至步骤405。

步骤404：令TREF_Down＝T，跳至步骤407。

步骤405：如果T+L_Basic＞TET_Down，则转步骤406，否则跳至步骤411。

步骤406：令TREF_Down＝TET_Down。

步骤407：令TET_Up＝TREF_Up+I_Equ*Len*8。

步骤408：如果TREF_Up＞T，则转步骤409，否则跳至步骤410。

步骤409：令TREF_Up＝T，跳至步骤425。

步骤410：TREF_Up＝TET_Up，跳至步骤425。

步骤411：如果动态带宽控制没有使能，则跳至步骤426，否则转步骤412。

步骤412：令TET_Down＝TREF_Down+I_Peak*Len*8。

步骤413：如果T＞TET_Down，则跳至步骤415，否则转步骤414。

步骤414：如果T+L_Peak＞TET_Down，则跳至步骤420，否则跳至步骤426。

步骤415：令TET_Up＝TREF_Up+I_Alarm*Len*8。

步骤416：如果T＞TET_Up，则步骤417，否则步骤418。

步骤417：令TREF_Down＝T，TREF_Up＝T，跳至步骤425。

步骤418：如果T+L_Alarm＞TETU_Up，则转步骤419，否则跳至步骤426。

步骤419：令TREF_Down＝T，TREF_Up＝TET_Up，跳至步骤425。

步骤420：令TET_Up＝TREF_Up+I_Alarm*Len*8。

步骤421：如果T＞TET_Up，则转步骤422，否则跳至步骤423。

步骤422：令TREF_Down＝TET_Down，TREF_Up＝T，跳至步骤425。

步骤423：如果T+L_Alarm＞TET_Up，则转步骤424，否则跳至步骤426。

步骤424：令TREF_Down＝TET_Down，TREF_Up＝TET_Up。

步骤425：带宽遵守约定，结束。

步骤426：带宽不遵守约定，结束。

(注：每个端口的设定可以是不同的)

近几年来以太网交换机迅猛发展，已经成为网络中一个重要的组成部分，特别是被一些网络运营商广泛采用。传统的以太网交换机对用户入网容量不作限制，不利于业务质量的保证，也无法按业务等级收费。本发明提出的方法可对传统以太网交换机加入带宽控制能力，使其能够适应新型网络运营的需要。参考图5所示的本发明的带宽控制方法在以太网交换机中的应用。以某以太网交换机为例。该以太网交换机具有24个以太网端口和1个ATM接口，有两种交换模式：

a、由某个以太网口作为上行口

模式b采用了以太网口作为上行口，上行口和下行口间帧转发的控制由CPU完成，也就是说流量控制通过CPU来控制的。

b、由ATM口作为上行口。

模式c以ATM口作为上行口，上行口和下行口间帧转发的控制由CPU完成，也就是说流量控制通过CPU来控制的。

为了能有更大地灵活性，在流量控制时对上行流量和下行流量分别设置了一组参数。由于是采用CPU控制，因而要求实现简单高效。采用了本发明，可在保留GFRA控制方法的优点情况下提供了对上行端口的剩余带宽的动态使用，取得了很好的效果。

利用本发明所述方法，可取得如下效果：

1.可以实现对以太网交换机上、下行端口之间带宽有效的控制；

2.可根据需求动态地提供超出基本带宽较多的剩余带宽。这样，在网络拥塞时，可保证用户基本带宽，而在网络空闲时，可提供给用户比基本带宽大得多的带宽；

3.可满足网络运营商根据业务质量收费的需求。

4.方法简洁。

传统的IP网络基本是没有流量控制的，随着一些实时数据和多媒体数据在IP网络上的使用，要求IP网络具有流量控制功能，同时一些IP业务需要流量控制。对于有实时数据和多媒体数据业务需求的用户，为了能保证一定的服务质量，需要IP流量控制，采用本发明可以保证它的基本业务需求同时还可充分利用网络资源。对于IP网络运营商来讲，通过本发明可以引入不同的服务等级来适应IP网络上的业务需求。

如附图6所示，用户A和B接入到网络接入服务商C。在C处的接入设备采用本发明的带宽控制方法可为用户提供不同的服务质量。A，B有不同的服务带宽要求，采用本发明后，在A，B都忙时它们的基本服务带宽将予以保证，在A或B空闲时，另一方将可使用相应的空闲资源。同样如果A也是一个接入服务商时，他对下级设备仍可采用类似的方式处理。如果A是最终用户时，他也可采用本发明将他的实时需求和非实时需求分开处理来保证实时需求和非实时需求的同时满足。

另外在目前的宽带网中，实际上也是需要流量控制的。如果没有流量控制会造成对用户的不平等。因为上行带宽是有限的，一个用户使用多了另一个用户必然会少。问题是大家付了同样的费用，这样会造成一些用户的不满。因此需要流量控制，采用本发明，可以很好地与宽带网络结合，保证每个用户的基本服务质量，同时又允许带宽的最大利用。同样这个情况也会在一个企业内部网中出现，采用上述方式可解决。

Claims

1.一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，下行端口处理数据帧时，

首先判定该数据帧是否遵守该下行端口的基本带宽参数，如果遵守则转发该数据帧；

否则在动态带宽控制使能的情况下判定数据帧是否遵守所述下行端口的最大带宽参数，如果遵守，则判定数据帧是否遵守上行端口的警戒带宽参数，遵守则转发该数据帧；否则丢弃该数据帧。

2.根据权利要求1所述的一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，所述判断转发的数据帧是否遵守下行端口的基本带宽参数、下行端口的最大带宽参数和上行端口的警戒带宽参数，采用GFRA控制方法来进行判断。

3.根据权利要求1所述的一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，

4.根据权利要求1或3所述的一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，对于每个上、下行端口的带宽参数设置可以是不同的。

6.根据权利要求1所述的一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，所述的上、下行端口是以太网口。

7.根据权利要求1所述的一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，所述的上、下行端口是ATM口。

8.根据权利要求1所述的一种通信网络带宽控制方法，其特征在于，所述的上、下行端口是接入设备的端口。