CN101171803A - 数据网中带宽管理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种与带宽管理器BM相关的设备，其用于预留和返回向数据网中的第一实体请求的网络资源。所述设备包括用于限制到BM的预留请求消息的速率的第一消息速率限制器装置(301)，用于限制到BM的资源返回消息的速率的第二消息速率限制器装置(302)，以及至少一个消息速率估算器装置(303)，用于在预留请求信令峰值速率与针对所述资源管理实体与另一个资源管理实体之间的通信所定义的维持速率之间，调节消息速率限制器。

Description

数据网中带宽管理的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于改进数据网中批量资源(bulk resources)的预留的设备和方法。本发明尤其涉及用于控制与批量资源的预留相关的消息的信令速率的设备和方法。

背景技术

当前网络趋势是提供″自始至终的网际协议(IP)″给基于IP的数据网中的有线和无线单元。目标包括简化基础设施、支持各类应用，以及满足不同用户对通信服务的需要。满足这些目标需要规模可变的和可靠的解决方案，需要其在IP网络内提供服务差别以及动态带宽管理服务。

IP来自于被设计成常规通信解决方案的开始。IP技术现在被认为是便宜的，并且适合于支持常规数据应用和延迟敏感的实时数据应用。为提供期望的实时应用服务，利用逻辑上(以及物理上)独立的IP网络。

每个IP网络仅服务于具有完全可预测带宽要求的敏感应用(例如IP电话)的子集。通过限制应用的范围，可预测总带宽要求。这允许网络利用与被用于垂直优化网络相同的业务模型来确定规模。无需IP技术中的动态服务配置的支持，就获得便宜IP设备的好处。

网络运营商现在的目标在于削减维护若干并行网络的开销费用。一个当前趋势是通过在相同逻辑IP网络(即下一代多业务网络)中利用各种网络服务要求运行各种应用，简化基础设施。这意味着IP网络中的应用异构在增加。

在研究和标准化组织中，服务质量(QoS)支持的开发已经从提供解决因特网的信号化解决方案(在某种程度上类似于垂直网络中使用的解决方案)发展到现在的认为更多无状态解决方案是有用的。

在路由器中利用逐传输流QoS管理的解决方案的规模可变性问题产生了由IETF定义的差别服务的体系结构。这些体系结构的目标是在路由器中无需逐传输流状态而提供规模可变的QoS支持。基本构思在于IP分组标题包括用于识别分组应当由路由器提供的处理(每跳行为)的小标签(被称为DiffServ字段)。因此，核心路由器配有少数转发等级和被用于将分组映射到这些等级中的标签。体系结构在网络的边界上依赖于分组标记器和监管功能以保证提供期望的服务。

差别服务的一个优点是模型保存了使因特网成功的有利特性；其支持各种互连物理网络上的规模可变和无状态转发。然而，标准模型局限于路由器中的差别转发，因此挑战在于给终端用户提供可预测服务。

通过仅依赖于路由器中的DiffServ支持，以及半静态准入控制和服务配置的带宽管理机制可提供定性服务(比尽力而为的服务相对更好，但是取决于业务被发送到何处，以及取决于当时由其它导致的负载)。

为提供定量(最小期望)服务，资源必须被带宽管理机制动态管理，并且包括动态准入控制以确保网络中有足够的资源来提供承诺的服务。

执行动态准入控制的实体在该说明书中被称作带宽管理器(BM)。BM实体适合于跟踪可用网络资源，以及对来自客户端的输入资源预留请求执行准入控制。带宽管理器实体的客户端通常是模拟常规电话服务的呼叫服务器，并且是提供诸如视频点播、电视电话和游戏的服务的各种宽带应用框架。这些客户端通常被称作应用框架(AF)，而术语AF也被用于该说明书中来表示BM的客户端。

从应用框架到BM的预留请求通常包括所需的带宽量、期望的转发质量的描述，以及IP地址形式的目标数据流的端点标识符。此类请求还可以包括诸如预留的开始和停止时间的附加参数。

为执行准入控制，BM实体存储先前承认的资源预留的历史。BM实体基于可用资源的总量、通过先前预留而当前预留的数量，以及新资源请求中所请求的资源的数量，决定准许新资源请求。

BM实体应当在接入域和核心域两者中提供准确资源控制。准确的资源控制需要BM实体在网络中的各个冲突点处控制资源。网络中的冲突点是那些多数据流在该处共享转发容量的点。实例包括输出网络接口、MPLS网络中的隧道头部(tunnel heads)，以及ATM网中的VC/CP入口。

当在可以包含多个网络域的较大数据网中部署时，BM系统需要针对性能、规模可变性和可靠性理由来分布。这意味着BM实例可在一组硬件平台上分布。这些实例必须通知用被BM系统覆盖的不同网域中的资源预留服务来服务AF。描述了关于一组BM实例如何可以在分布式BM系统中布置的实例。图1示出了包括多个AF 100a-f的BM部署。AF100a，b被连接到顶层BM实体102a，AF100c，d被连接到顶层102b，以及AF100e，f被连接到顶层102c。顶层BM实体进一步被连接到子网BM实体104a-c。图1中所示的实例包括接入106，108，110、回程112、核心116以及互连120域时的带宽管理。接入网络包括用户驻地设备(CPE)和末端终端。回程网络112和核心网络116经由IP边界114被连接，如同经由表示为118的IP边界连接核心网络116与互连网络120一样。

BM(实例)可以按如图1中所示的分层方式按比例缩放，由此，层次结构中每层的BM实体利用接口IF-5预留来自较低层BM实体的资源。较低层BM实体负责网络的不同子域。此类BM实体被称为子网BM实体，其被表示为S-BM实体。顶层BM实体负责识别会话穿过的子网以及因此针对资源必须查询的子网BM实体。图2图解了如图1中的BM部署，不同之处在于BM实体还可以向相邻对等域(用箭头202和204表明)中的其它BM实体请求资源。

在分布式BM系统中，针对在层次结构中以及在对等域之间的层上自动寻找正确的BM实体提供了机制。因此，AF不需要理解基本的网络拓扑。寻找适当BM实体通过利用″源寻找″BM实体来实现。此类BM实体从启动BM实体接受请求，并且将它们转发给负责执行预留的BM实体。

对于分层模型，多个顶层BM实体与AF相互作用。每个AF可以具有提供高层路由和分布功能的指定顶层BM实体，以识别数据流必须遍历的子网跳。然后，顶层BM实体将请求传送给负责预留各个网络中的资源的子网BM实体。

由于拓扑模型和顶层BM的路由功能，预留、始发接入、核心、终接接入的所有跳都可来源于顶层BM。在任何基础设施中，由于没有单个顶层BM需要理解其它的预留的状态，所以可以有多个顶层BM。

在顶层BM下面，提供了将预留请求映射到底层网络资源的多个子网带宽管理器。这些BM从多个顶层BM接受预留请求，并且基于网络资源的占有率执行呼叫准入控制(CAC)。

层次分布的BM基础设施在二维空间中按比例缩放：

预留请求负载的缩放通过采用多个顶层BM获得。从顶层BM请求各个会话/呼叫的带宽，其通过与请求(预分配)带宽汇集的低层BM相互作用，共享这些域中的总资源。

通过在域内负责不同拓扑子域的底层部署若干BM实体获得缩放成任意大的拓扑。

BM实体可被配置成在相邻(对等)子域中利用BM实体分配(汇集)资源，从而实现缩放的附加维数。通过利用图2所示的对等组合分层模型，每个顶层BM不必与子域的每个BM相互作用。这实际导致给层次结构增加更多层。

在对等模型中，由于会话的正确的″源″BM负责向对等BM发起任何请求，所以其必须被识别。为了将带宽管理层的网络拓扑隐藏到AF层，AF不必知道每个预留的源BM具体位于何处。AF只需向任何BM发起请求，以及经由寻找BM进程的源将请求传送给源BM，以便可启动针对资源的请求的正常过程。

批量地预留资源

由给定的BM实体实现的批量资源的预留是为由BM实体维持的预留的汇集而分配的资源量。此类批量预留可以由BM实体在为将来预留请求到达做准备之前进行，或紧接在BM实体中请求预留时进行。例如，假设带宽的10个单元专供给定网络资源之用，而且一个附加单元的请求到达该资源的BM实体。BM实体利用所需的附加一个单元可能试图更新其带宽的10个单元的当前批量预留，或利用多于一个附加单元试图更新批量预留，以便为可能到达的将来的请求做准备。

因此，批量预留是支持一个或多个预留或应用数据流(汇集)的预留，并且可能被事先完成，但是不需要如此。

以下进一步说明批量分配资源。由AF发出的单个预留请求可导致多个资源需要在准入控制进程中被评估。例如，假设此类请求的路径跨越两个接入域和一个核心域。通过接入域的子路径包括争夺业务的两个独立网络接口。穿过核心网络的路径包括三个此类冲突点。

对于前一段落所述的路径需要评估7种资源。如果没有批量分配，则该路径上的资源的请求会产生7个请求给较低层BM。当所有冲突点在顶层BM中出现时，每个此类请求都会发生这种情况。

利用资源批量分配，顶层BM可以在来自较低层BM每个请求中分配比批准来自AF的最初预留请求所需要的资源更多的资源。因此，AF请求会导致带宽BM之间的较少请求。例如，平均而言，尽管每个AF请求可包括多个独立资源，1000个AF请求能够利用批量分配产生BM之间的100个请求。

在前面部分所述的实例中，顶层BM需要与其它BM实体直接或间接通信，以分配可被提供给AF的汇集批量资源。批量资源可能还需要在被布置成图1所示的层次结构的BM实体之间，或在图2所示的对等BM实体之间分配。自然，BM也需要返回将来不需要的批量资源。注意到，涉及分配批量资源的BM实体链可以包括以层次结构或如对等布置的两个或更多BM实体。

批量资源可在各个冲突点、穿过网域的各个路径、或网域的BM实体之间分配。冲突点、路径以及网络全部能够表示成可以对其分配资源的对象。以该说明书中此类对象被称为资源对象。

批量分配汇集资源的概念包括各个冲突点的存储知识、穿过网域的各个路径、或顶层BM中的网域、中间BM以及底层BM。每个此类网络资源的知识可被表示为资源对象或用于存储网络资源的知识的任何其他载体的同等物。

对于AF预留请求的路径上的所有潜在网域，网络资源的知识可由顶层BM维持，而对于部分AF预留请求，中间BM可维持网域的知识。底层BM通常仅保存直接由其责任的网域的知识。

利用各个冲突点、路径、或网络的知识，批量概念还包含从BM系统中的其它BM批量分配和返回汇集资源。

通过针对汇集的预留批量分配资源，顶层BM可以立即批准由应用框架提出的预留请求。由于其允许系统对于此类请求提供短响应时间，所以这一点具有吸引力。

除了由应用框架发出的预留请求的短响应时间，批量分配资源时的另一个重要问题在于，在BM实体之间分配批量资源所需的消息的速率必须是可控制的，以便能够防止服务器的过载，以及能够确定网络的规模，该网络在BM于其上执行的节点之间提供连接。如果消息速率，即信令速率不受限，取决于过载服务器，以及由于过满的缓存器所丢弃的预留请求，可能出现故障。

本发明的目的是提供控制实体之间分配批量资源所需的消息的速率的设备和方法。

发明内容

本发明的目的通过如权利要求1所述的设备、以及通过如权利要求7所述的方法来实现。

优选实施例由从属权利要求限定。

根据本发明的设备与诸如带宽管理器的资源管理实体相关，其用于预留以及返回从数据网中的第一实体请求的网络资源。所述设备包括用于限制到资源管理实体(the resource managing capable entity)的预留请求消息的速率的第一消息速率限制器装置，用于限制到资源管理实体的资源返回消息的速率的第二消息速率限制器装置，以及至少一个消息速率估算器装置，用于在预留请求信令峰值速率与针对在资源管理实体与诸如另一个BM的另一个资源管理实体之间通信所定义的维持速率之间，调节消息速率限制器，该设备使控制实体之间分配批量资源所需的消息的速率成为可能。

根据优选实施例的设备包括用于将所述预留请求消息和所述资源返回消息进行排队的缓存装置。

根据另一个实施例的设备包括用于汇集预留请求的汇集装置。

根据本发明的方法使控制实体之间分配批量资源所需的消息的速率成为可能，所述方法包括步骤：限制到资源管理实体的预留请求消息的速率的，限制到资源管理实体的资源返回消息的速率，以及在预留请求信令峰值速率与针对在资源管理实体与诸如另一个BM的另一个资源管理实体之间通信所定义的维持速率之间，调节消息速率。

本发明的一个优点是涉及资源批量分配的实体之间的信令速率可被约束，同时解决了与这种批量资源分配相关的特定需要，其中所述批量资源分配包括请求消息汇集、以及请求和返回信令速率中的控制关系。由于网络和服务器度量的原因，所述实体之间的信令速率需要被约束。

附图说明

图1示出了带宽管理器部署层次结构。

图2示出了具有对等设备的带宽管理器部署层次结构。

图3示出了根据本发明的示意性设备。

图4示出了图解根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图将更加全面地描述本发明，其中示出了本发明的优选实施例。然而本发明可以通过许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于这里提出的实施例；相反，提供这些实施例以便这里的公开变得彻底和完全，并且完全地向本领域技术人员表达本发明的范围。

本发明的目的由图3中所示的设备来实现。该设备与此处通过带宽管理器(BM)示例的资源管理实体相关。然而，应该注意到，资源管理实体可以是另一种资源管理实体。该设备包括适合于限制预留请求消息的速率的第一消息速率限制器301，以及适合于限制资源返回消息的速率的第二消息限制器302。预留请求消息是请求从第一实体向BM发送资源的消息，其中所述第一实体可以是AF或另一个BM。资源返回消息是将资源从BM返回到所述第一实体的消息。因此，每个消息速率限制器控制被发送到资源管理实体的消息的速率。消息限制器适合于及时限制任何已知点的最大速率。

根据本发明的设备还包括适合于估计预留请求的速率的第一消息速率估算器303，以及适合于估计返回消息的速率的第二消息速率估算器303。应注意到，第一和第二消息速率估算器可以是图3中所示的组合消息估算器或两个独立消息速率估算器。消息速率估算器适合于在预留请求信令峰值速率与针对BM与第二实体之间通信所定义的维持速率之间，连续地调节消息速率限制器。第二实体可以是另一个BM或另一个资源管理实体。

用于请求以及返回信息的消息速率估算器例如可以是令牌桶、移动平均、或存储传输间隔的历史的表。消息速率限制器与消息速率估算器相结合，提供用于控制BM之间分配批量资源所需的消息的速率的装置。

根据本发明的一个实施例所述的设备还包括用于进行排队与第一消息限制器相关的预留请求的缓存装置304。由于请求被异步产生，并且通常必须在被传送之前存储，所以缓存空间改进了性能。与第二消息限制器相关的资源返回消息通常当发送此类消息时按需产生。然而，其也可能提前被产生，并且存储在独立的返回信息缓存器中。

此外，根据一个实施例所述的设备包括用于针对每个单独资源对象汇集连续资源请求的装置。

汇集资源意味着将与相同资源对象相关的多个资源请求组合成一个请求消息。当针对特定资源对象提出请求，并且针对该对象生成预留请求消息然而并未被传送，即其被进行排队时，这种情况发生。新请求消息于是将被与现有请求消息汇集，而不是产生新消息。

通过将两种请求资源数量组合成一个单独数量，汇集预留请求。对于带宽请求，这意味着简单地相加两个带宽。汇集预留请求的一种优点是其减少资源预留请求的响应时间。

通过将资源请求信令速率设定成明显比资源返回信令速率高，提供了用于向其客户带宽管理器实例提供在稀缺资源的分配中的某种程度公平的装置。

然后资源经过比请求资源的时间标度更长的时间标度返回。预留请求消息的速率和所请求带宽的数量可在BM之间有所不同。具有较高需求的BM在给定时间段上会发出比具有较低需求的BM更频繁的请求，并且需要更大带宽。由于具有对资源有较高需求的BM比具有较低需求的其它BM可使预留请求处于较高速率以及较大数量资源，这对于某种程度公平提供支持。于是将根据不同需求，分布预留和返回资源。

因此，根据本发明的每个设备都与一个BM相关，并且优选地定位于BM中，所述BM例如通过利用软件单元在诸如PC的计算机中优选地实现。

因此，其中通过BM示例的资源管理实体的本发明的方法包括步骤：

401.限制从第一实体接收的、被发送到BM的预留请求消息的速率。

402.限制往/返BM的资源返回消息的速率。

403.在预留请求信令峰值速率与针对BM与第二实体之间通信所定义的维持速率之间调节消息速率。

本发明的方法优选地可通过计算机程序产品实现。因此，本发明涉及一种可直接加载到数据网中的处理装置中的计算机程序产品，包括用于执行所述方法的步骤的软件代码单元。

本发明还涉及一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，包括用于使数据网中的处理装置控制所述方法的步骤的执行的可读程序。

在附图说明和说明书中，揭示了本发明的典型优选实施例，以及，尽管采用特定术语，但是其仅仅是在一般和描述的意义上使用，而非用于限制的目的，本发明范围由以下权利要求书所提出。

Claims (14)

1.一种与资源管理实体相关的设备，所述资源管理实体用于预留和返回从数据网中的第一实体请求的网络资源，其特征在于，所述设备包括：

用于限制到所述资源管理实体的预留请求消息的速率的第一消息速率限制器装置(301)，

用于限制到所述资源管理实体的资源返回消息的速率的第二消息速率限制器装置(302)，以及

至少一个消息速率估算器装置(303)，用于在预留请求信令峰值速率与针对所述资源管理实体与另一个资源管理实体之间的通信所定义的维持速率之间，调节消息速率限制器。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其包括用于将所述预留请求消息和所述资源返回消息进行排队的缓存装置(304)。

3.根据前面权利要求中的任何一个所述的设备，其特征在于，其包括用于汇集所述预留请求的汇集装置。

4.根据权利要求1-3中任何一个所述的设备，其特征在于，所述消息速率估算器是令牌桶。

5.根据权利要求1-3中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述消息速率估算器是移动平均的。

6.根据权利要求1-3中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述消息速率估算器是用于存储传输间隔的历史的表。

7.一种用于数据网中的方法，所述数据网包括至少一个资源管理实体，所述资源管理实体用于预留和返回从第一实体请求的网络资源，其特征在于，所述方法包括步骤：

-限制到资源管理实体的预留请求消息的速率，

-限制到资源管理实体的资源返回消息的速率，以及

-在预留请求信令峰值速率与针对所述资源管理实体与另一个资源管理实体之间的通信所定义的维持速率之间，调节消息速率。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其包括步骤：

-将所述预留请求消息和所述资源返回消息进行排队。

9.根据权利要求7-8中的任何一个所述的方法，其特征在于，其包括步骤：

-汇集所述预留请求。

10.根据权利要求7-9中的任何一个所述的方法，其特征在于，利用令牌桶估计所述消息速率。

11.根据权利要求7-9中的任何一个所述的方法，其特征在于，利用移动平均估计所述消息速率。

12.根据权利要求7-9中的任何一个所述的方法，其特征在于，利用用于存储传输间隔的历史的表，估计消息速率。

13.一种可直接加载到数据网中的处理单元中的计算机程序产品，包括用于执行根据权利要求7-12中的任何一个所述的步骤的软件代码单元。

14.一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，包括用于使数据网中的处理单元控制执行根据权利要求7-12中的任何一个所述的步骤的可读程序。

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