CN101129028B

CN101129028B - 在具有接入控制的通信网络中估计带宽需求的方法和设备

Info

Publication number: CN101129028B
Application number: CN2005800468379A
Authority: CN
Inventors: J·查青斯基; C·格鲁贝尔
Original assignee: Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: WO2006053817A2; DE102004055722B3; EP1815648A2; CN101129028A; US20080165695A1; EP1815648B1; US20100097953A1; WO2006053817A3

Abstract

根据本发明，通过以下方式来估计具有接入控制的网络的输入节点(i)和输出节点(k)之间的传输的带宽需求，即针对一个时间间隔，形成在该时间间隔期间在节点(i，k)之间传输的业务的平均带宽的值和被拒绝的预留请求的累计带宽的加权值之和。本发明允许有效地近似地确定网络的业务矩阵，并且因此允许优化地重新确定接入控制的极限。因此特别是在用于具有接入控制与改变的业务状况的动态匹配的网络中时得到在效率和花费方面的优点。

Description

在具有接入控制的通信网络中估计带宽需求的方法和设备

本发明涉及用于在以节点和链路形成的、具有接入控制的通信网络中估计带宽需求的方法和设备。

在网络领域中目前最重要的发展是用于传输实时业务(Echtzeitverkehr)的数据网络的进一步发展，该实时业务可以包含语音信息、视频信息和音频信息。对于要求传输实时业务的业务来说，必须保证所谓的业务质量参数。

被进一步发展用于传输语音的数据网络技术的最重要的例子是基于因特网协议(IP)的所谓的IP网络。为了传输实时业务而必须被控制的重要的参数例如是分组的传播时间、抖动(Jitter)和丢失率。特别是由关于传播时间的标准看来，必须防止在网络内出现过载情形。一种用于防止过载的重要的措施是限制通过网络传输的业务容量(Verkehrsvolumen)。为了该目的，在许多具有实时业务能力的数据网络中执行对要传输的业务的许可限制或者许可控制。在网络入口处设置对要传输的业务的许可控制的网络中，应该根据可能性这样进行接入控制，使得一方面可以进行具有需要的业务质量特征的传输，另一方面尽可能少地拒绝或者不传输业务。

对于针对接入控制的界限与网络的最佳匹配，需要了解要输送的通信量(Verkehrsaufkommen)。在业务理论中，为了描述该信息，使用所谓的业务矩阵，该业务矩阵包含作为矩阵项的要在网络的各个节点之间输送的业务量。在此，并不显示实际被输送的或者被传送的业务，而是显示等待传送的或者所提供的业务，也即当在网络中有任意多的带宽可供使用时被传送的业务。

本发明的任务在于，说明一种处理方式，利用该处理方式可以估计在具有接入控制的通信网络中的带宽需求。

该任务通过独立权利要求的主题来解决。

根据本发明，确定要在网络的输入节点和输出节点之间传输的业务的带宽需求(利用所通知的带宽加权的业务供应)的估计值。该估计值与时间间隔有关。为了确定该估计值，确定两个值：在该时间间隔内被允许用于在两个节点之间进行输送的业务量或者带宽的第一值以及对应于在该时间间隔期间被拒绝的预留请求的累计带宽的第二值。对于第一值，使用平均的在该时间间隔期间为两个节点之间的传输所预留的带宽。第二值可以通过记录在该时间间隔内未被允许的预留请求或者在这些预留中所请求的带宽来确定。这样的预留请求例如由在网络边缘处的控制实体接收，该控制实体随后也主管预留。控制实体随后可以在被拒绝的预留请求的情况下提取并累加所请求的带宽。

随后，通过将第一值与加权的第二值相加，由这两个值形成要在两个节点之间传输的业务的带宽需求的估计值。提供加权或者标准化，因为被拒绝的预留请求的带宽之和是实际附加所需的带宽需求的上限，该带宽需求通过与考虑到该实际情况的因子相乘而成为更加切合实际的估计。为了进行这种加权或者标准化，可以使用在该时间间隔内被拒绝的预留请求的数目。例如，可以用在该时间间隔内被拒绝的预留请求的数目来除第二值(这对应于标准化)。通过以下方式可以获得改进，即引入位于0和1之间的插值参数，例如在该时间间隔内被拒绝的预留请求的数目被升到该插值参数次幂。通过这种方式，可以考虑预留请求的重复。替代地或者补充地，可以例如通过将在时间间隔内相继的被拒绝的、具有相同源和相同目的地的预留尝试看作是重复尝试来明确地考虑重复。此外，该值可以利用所估计的被拒绝的预留的保持时间针对测量的时间间隔来加权。

本方法的一种进一步改进方案通过以下方式来给出，即针对两个相继的时间间隔确定估计值并且对这些估计值进行插值。因此可以由相继的估计的结果形成所谓的“指数等待移动平均”。以这种方式，考虑或者顾及带宽需求的长时间发展。

替代地或者附加地，可以不是在相继的时间间隔中进行测量，而是在所谓的“滑动窗口”或者“跳跃窗口”中进行测量，其中相继的测量不是在分离的时间间隔中，而是在重叠的时间间隔中进行。因此，测量值的插值可以通过延长测量的时间间隔来实现。

在一些网络中，预先给定了带宽需求的额定值。该额定值例如可以是由网络运营商设定的值，或者该额定值对应于长期的经验值。这样的额定值可以例如通过取额定值和估计值中的最大值或者对这两个值进行插值来考虑。

带宽需求的估计可以借助网络的设备来进行。这种设备例如可以是网络的通常中央的控制服务器。然而同样可设想的是，在网络的管理系统的部分中或者在业务控制设备中设置估计值的确定。估计值的确定不仅可以集中地进行，而且可以分散地进行。在分散确定的情况下，例如分别针对网络的确定的节点对，可以在网络的路由器中或者在网络的(通常在网络边缘处的)主管接入控制的接入控制单元中设置用于计算估计值的装置。本发明在上述设备之一中的实现优选地借助软件或者计算机程序来进行。

本发明允许带宽需求的有效的并且快速的估计。优选地，针对网络的所有的由输入节点和输出节点构成的对确定该带宽需求。根据针对由输入节点和输出节点构成的对的带宽需求的值，随后可以在已知网络内的业务分布(路由)的情况下确定预期的链路负载。带宽需求的根据本发明的估计能够特别有利地在这样的网络中使用，在这些网络中接入控制的极限被动态地匹配，即经常基于分别当前的业务矩阵进行最佳极限的重新确定。

下面在实施例的范围内借助图来进一步阐述本发明主题。

在图中示出了具有无连接的分组交换的网络。在该网络中，针对QoS业务进行接入控制。一对输入节点和输出节点通过两个路由器j和k来给出。信令部件SKj和SKk被分配给这些节点，这些信令部件也提供用于接入控制NAC(NAC：网络接入控制)的功能。

在中央监视和控制服务器NCS(NCS：网络控制服务器)中，基于预算负荷的观察，在NAC设备中估计“有效的业务矩阵”。为此，针对每个网络边缘至网络边缘(边界至边界)预算(即可供用于网络边缘或者网络节点之间的传输的带宽)，在长度为Δt的时间间隔中检测以下数据：

Y_a(j，k)…在时间间隔Δt中从节点j向节点k的平均的被允许的带宽

Y_r(j，k)…在时间间隔Δt中被拒绝的预留请求的带宽之和

N_r(j，k)…在时间间隔Δt中被拒绝的请求的数目

被允许的业务Y_a(j，k)一般将对应于所支付的带宽。然而对于阻断(即对于业务的不允许)来说，所提供的从j向k的业务A(j，k)是决定性的。在被拒绝的预留请求的情况下，附加地需要所期望的平均保持时间ht。因为在被拒绝的预留请求的情况下不清楚的是，这些预留请求是重复尝试还是涉及单个的独立的请求，所以A(j，k)位于Y_a(j，k)+Y_r(j，k)*ht/Δt和Y_a(j，k)+Y_r(j，k)*ht/Δt/N_r(j，k)之间。在第一种情况下，只涉及独立的请求，并且在第二种情况下，只涉及相同请求的重复。因此，A(j，k)借助插值参数β∈[0，1]来估计：

A(j，k)＝Y_a(j，k)+Y_r(j，k)*ht/Δt/(N_r ^β)

A(j，k)的一种替代的、能够更容易地计算的插值通过下式给出：

A(j，k)＝Y_a(j，k)+Y_r(j，k)*(1-β+β/N_r)

另一种考虑重复尝试的可能性是在时间间隔内相继的被拒绝的、具有相同源和相同目的地的预留尝试被看作是重复尝试。可以通过附加地将相同带宽的请求用作重复尝试的附加标准来改进该方法。另一种扩展方案在于，在具有不同带宽的重复尝试中，仅仅考虑具有最大的(最小的、平均的、…)带宽的那些重复尝试。这种方法所基于的考虑是，不成功的预留尝试通常在较小带宽的请求的情况下被重复。

要用于目前所估计的业务矩阵的值A_E(j，k)通过相继的估计(i-1，i)的结果的指数加权移动平均来确定：

A_E(j，k)⁽ⁱ⁾＝αA(j，k)⁽ⁱ⁾+(1-α)A_E(j，k)^(i-1)

如果应该附加地一起考虑由运营商预先给定的所计划的业务矩阵T₀或者长时间经验值，则规定以下两种用于确定有效的业务矩阵的元素T_A(j，k)的变型方案：

变型方案1(使用所估计的和预先给定的值的最大值)：

T_A(j，k)＝max[T₀(j，k)，A_E(j，k)]

变型方案2(所估计的和预先给定的值之间的加权平均)：

T_A(j，k)＝γT₀(j，k)+(1-γ)A_E(j，k)γ∈[0，1]

在γ＝0时，只使用当前估计的值，在γ＝1时，只使用预先给定的值。其它的平均函数在确定T_A(j，k)时对于本领域技术人员来说能够容易地构造。同样，用于计算A_E(j，k)⁽ⁱ⁾的其它的平均函数对于本领域技术人员来说也能够简单地推断出。

其它的作为中央控制服务器或者网络控制服务器的实现对于在图中示出的网络来说是可能的，其中该中央控制服务器或者网络控制服务器估计由NAC的数据构成的业务矩阵。因此例如可以将所描述的功能集成到网络管理系统中或者业务控制装置中。一种替代的扩展方案是将功能分布或者复制到I P路由器(例如路由器i，j)中或者接入控制元件(例如信令部件SKj，SKk)中。

Claims

1.用于在以节点和链路形成的、具有接入控制的通信网络中估计带宽需求的方法，其中对于输入节点和输出节点针对一个时间间隔

-确定平均的被允许用于在两个节点之间进行输送的带宽的第一值Y_a(j，k)，

-确定被拒绝的预留请求的带宽之和的第二值Y_r(j，k)，以及

-由第一值Y_a(j，k)和被加权的第二值Y_r(j，k)之和形成要在所述输入节点和所述输出节点之间传输的业务的带宽需求的估计值A(j，k)，其中所述加权借助考虑在所述时间间隔中被拒绝的预留请求的数目N_r(j，k)的加权因子来进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加权因子以位于0和1之间的插值参数β来形成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定所述第二值Y_r(j，k)时考虑被拒绝的预留请求的重复。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，要在所述输入节点和所述输出节点之间传输的业务的当前带宽需求的估计值A_E(j，k)通过两个针对相继的时间间隔所形成的估计值A(j，k)⁽ⁱ⁾、A_E(j，k)^(i-1)的指数加权移动平均来形成。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在重叠的时间间隔中确定Y_a(j，k)、Y_r(j，k)和N_r(j，k)的相继的测量数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

-给定两个节点之间的传输的带宽需求的额定值T₀(j，k)，并且

-由所述额定值T₀(j，k)和要在所述输入节点和所述输出节点之间传输的业务的当前带宽需求的估计值A_E(j，k)形成两个节点之间的传输的带宽需求的值T_A(j，k)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对网络的所有的由输入节点和输出节点构成的节点对执行所述方法。

8.用于在以节点和链路形成的、具有接入控制的通信网络中估计带宽需求的设备，其具有以下装置：

-用于对于输入节点和输出节点针对一个时间间隔确定平均的被允许用于在两个节点之间进行输送的带宽的第一值Y_a(j，k)的装置，

-用于对于输入节点和输出节点针对一个时间间隔确定被拒绝的预留请求的带宽之和的第二值Y_r(j，k)的装置，以及

-用于对于输入节点和输出节点针对一个时间间隔由第一值Y_a(j，k)和被加权的第二值Y_r(j，k)之和形成要在所述输入节点和所述输出节点之间传输的业务的带宽需求的估计值A(j，k)的装置，其中所述加权借助考虑在所述时间间隔中被拒绝的预留请求的数目N_r(j，k)的加权因子来进行。

9.根据权利要求8的设备，其特征在于，所述设备通过网络的控制服务器，通过网络的管理系统的一部分，通过业务控制设备，通过路由器或者通过接入控制单元来实现。