CN101185346A - 数据网中资源的预留的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种与带宽管理器BM相关的设备和方法，所述带宽管理器BM用于预留由客户端针对数据网中的资源对象所请求的网络资源。所述设备包括用于除了确定由来自客户端的资源请求定义的所需第一数量之外，还确定将被分配的资源的第二数量的装置，其中所述将被确定的资源的第二数量取决于这样的速率，即所分配资源的第一和第二数量可以通过对于更多资源的被承认请求而被增加的速率。

Description

数据网中资源的预留的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于提高数据网中批量资源(bulk resources)的预留的设备和方法。具体地说，本发明涉及用于确定将被分配的批量资源的数量的设备和方法。
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基准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)带宽汇聚的低层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基准部署若干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。
批量分配汇聚资源的构思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以及基准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。基准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，批量构思还包含从BM系统中的其它BM批量分配和返回汇集资源。
BM之间的分配批量资源的问题可以通过一组需求来定义。此类资源分配的两个主要需求是此类分配必须允许由应用框架或BM发出的预留请求的短响应时间，以及有效资源使用。
另一个需求是资源分配不能严重振荡。当除了使用资源的数量之外，分配的资源的数量也振荡时，可以认为资源分配出现振荡。例如，假设BM中预留带宽的10个单元，接着其从另一个BM分配12个单元。进一步假定，第一BM在分配14个单元和10个单元之间交变(即4个单元被重复地分配以及返回)。接着，该BM的资源分配被认为振荡。振荡会导致较低资源利用，并且因而被第二需求隐含地覆盖。
发明内容
批量构思提供了由应用框架发出的预留请求的较短响应时间，以及更有效的资源利用。本发明的目的是通过获得用于确定将被分配的资源的数量的设备来改进批量构思。
进一步目的是防止资源分配的振荡。
本发明涉及用于确定应当在带宽管理器之间分配的资源的数量的信息。本发明改进分布式带宽管理系统中规模可变的资源控制。
本发明的目的通过根据权利要求1、13和14所述的设备，以及通过根据权利要求7所述的方法来实现。
根据本发明的优选实施例由从属权利要求限定。
所述用于由客户端针对数据网中的资源对象请求预留网络资源的方法包括步骤：除了确定由来自客户端的资源请求定义的所需第一数量之外，还确定将被分配的资源的第二数量，其中所述将被确定的资源的第二数量取决于这样的速率，即所分配资源的第一和第二数量可以通过对于更多资源的被承认请求而被增加的速率，通过确定将被分配的资源的数量改进了批量构思。
根据本发明的设备与带宽管理器BM相关，所述带宽管理器BM用于预留由客户端针对数据网中的资源对象所请求的网络资源。所述设备包括用于除了确定由来自客户端的资源请求定义的所需第一数量之外，还确定将被分配的资源的第二数量的装置，其中所述将被确定的资源的第二数量取决于这样的速率，即所分配资源的第一和第二数量可以通过对于更多资源的被承认请求而被增加的速率，通过确定将被分配的资源的数量改进了批量构思。
在根据优选实施例的设备中，将被确定的资源的第二数量取决于针对每个单独资源对象所请求的资源的平均数量。
在根据优选实施例的设备中，将被确定的资源的第二数量取决于针对每个单独资源对象由BM发出的预留请求的平均速率。
在根据优选实施例的设备中，将被确定的资源的第二数量取决于由于预留请求消息的排队所施加的当前信令延迟。
根据优选实施例的设备包括用于确定所请求资源的总数量的装置，其中
所请求的资源的数量＝σ+θ×(1+ρ)-β，其中
σ＝资源的第一数量，即当前所使用的资源，
θ＝资源的第二数量，即分配跨度(span)，
ρ＝为保持将被设置的参数，以及
β＝从另一个BM预留的资源的数量。
在根据优选实施例的设备中，ρ被设置成大于零。
根据优选实施例的设备包括用于保持将被分配的资源的数量作为独立于由所述资源请求定义的需要数量的基准的装置。
根据另一个方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其在数据网中的路由器或服务器内可直接加载到计算机的内部存储器中，包括用于执行所述方法的软件代码部分。
根据另一个方面，本发明涉及一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，包括用于在数据网中的路由器或服务器内，使计算机控制所述方法的步骤的执行的可读程序。
本发明的一个优点在于，本发明使在其中批量分配资源的分布式带宽管理系统中，规模可变的资源控制能够实现。通过本发明，目标响应时间可被保持较短，同时最小化被预分配的资源的数量以减少这些响应时间。这允许有效资源利用，分布式带宽管理系统的资源请求通过有效资源利用，无需预分配大量资源就可被迅速应答。因为如果请求被拒绝，客户端可必须解释延迟应答，所以对此类请求的快速应答是重要的。这是由于对应用会话(呼叫)处理中限制提出会话启动(拨号)延迟的需要，并且因为未决会话(呼叫)尝试的数量由于高容量应用会话(呼叫)处理平台的容量原因通常必须被限制。
附图说明
图1示出了分层带宽管理器部署。
图2示出了具有同层的分层带宽管理器部署。
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。
通过用于确定资源分配跨度，即除了由资源请求定义的所需数量之外，确定将被分配的资源的数量的设备和方法实现本发明的目的。
在诸如BM的能够管理资源的一对给定实体之间应当被分配的资源的总数量根据汇集批量资源分配算法来决定，以便根据本发明的一个实施例保持分配跨度。
至少，应当由BM分配的资源的数量是当前被客户端预留的资源的数量。这样的客户端可以是其它BM或AF。BM的合乎要求的性质是无需等待一个或多个批量分配预留请求被批准，对来自其客户端的预留请求答复的能力。除了应当分配的资源的最小数量，更多资源需要被分配以获得该属性。因此，BM可为除了应当分配的资源的最低数量之外，通过分配更多资源必须被立即答复的新预留请求做准备。在该说明书中，需要被分配的附加资源的数量在此被称作资源分配跨度。因此，本发明涉及导致减少预留请求的响应时间的、针对每个资源对象确定资源分配跨度。
根据本发明，资源分配跨度取决于(a)被分配资源的第一和第二数量可以通过对更多资源的被承认请求而被增加的速率，例如由信令机制保持的当前请求信令速率。因此，较低速率需要较大的跨度，而较高速率所需较小跨度。
根据本发明的实施例，分配跨度还取决于(b)针对每个单独资源对象所请求的资源的平均数量，(c)针对每个单独资源对象由BM发出的预留请求的平均速率，和/或取决于(d)由预留请求消息的排队所施加的当前信令延迟。
应注意到，(a)和(d)对所有资源对象是一样的，而(b)和(c)对于所有资源对象是单独的。
假定与BM中形成的请求消息的排队所施加的内部延迟相比，由网络连接通信BM所施加的传播和排队延迟较小，则其可被忽略。如果网络延迟接近内部延迟，则网络延迟需要被包含在(d)中定义的信令延迟中。
本发明的另一个实施例涉及针对每个资源对象保持资源分配跨度。针对特定资源对象应当保持的资源的数量是资源的第一数量，即当前使用的资源σ，加上资源的第二数量，即资源分配跨度θ。根据本发明的实施例，当资源需要被请求时，应当请求如下所示的公式1中定义的资源的数量，以便保持分配跨度。在公式1中，σ是当前使用的资源，θ是分配跨度，β是当前从另一个BM预留的资源的数量，以及ρ是为保持分配跨度并且是为防止振荡而设置的参数。当由于针对资源对象由保持资源BM批准资源请求而使公式1变成大于零时，资源被请求。
将被请求的资源的数量＝σ+θ×(1+ρ)-β
公式1
在公式1中，为了保持资源分配跨度θ，结果ρ大于零，其中请求比所需资源更多的附加数量的资源。例如，ρ＝1是指请求两倍于该数量。分配该附加数量的资源降低了针对资源对象发出的预留请求消息的速率。因为预留请求消息的速率被用来计算资源分配跨度，所以将ρ设置成零可使分配跨度θ振荡。当除了使用的资源的数量之外，分配的资源的数量也振荡时，可以认为资源分配振荡。例如，假设BM中预留带宽的10个单元，接着其从另一个BM分配12个单元。进一步假定，第一BM在分配14个单元和10个单元之间交变(即4个单元被重复地分配以及返回)。接着，由该BM进行的资源分配被认为振荡。资源请求增加了分配跨度θ，其触发使得分配跨度θ进一步增加的新资源请求。因此，θ将被增加直到针对这些资源的客户端的需求减少。因此将ρ设置成大于零防止了振荡。
根据另一个实施例，所述设备包括用于可选地保持资源分配基准，即将被分配为独立于由所述资源请求定义的需要数量的基准的资源数量。利用汇集批量资源分配算法，可选的资源分配基准可通过较长时标保持，以减少对较短时标修改资源数量的需要。
由BM为资源分配基准而分配的资源数量例如可以基于资源的平均需要，或在保持资源分配基准期间使用的任何给定的资源数量的百分比来确定。这样的时间段应当比由AF或其它资源请求实体提出的预留的时间段长很多。
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所提出。

Claims (16)

1.一种与带宽管理器BM相关的设备，所述带宽管理器BM用于预留由客户端针对数据网中的资源对象所请求的网络资源，
其特征在于，所述设备包括用于除了确定由来自客户端的资源请求定义的所需第一数量之外，还确定将被分配的资源的第二数量的装置，
其中所述将被确定的资源的第二数量取决于这样的速率，即所分配资源的第一和第二数量可以通过对于更多资源的被承认请求而被增加的速率。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述将被确定的资源的第二数量取决于针对每个单独资源对象所请求的资源的平均数量。
3.根据权利要求1-2中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述将被确定的资源的第二数量取决于针对每个单独资源对象由所述BM发出的预留请求的平均速率。
4.根据权利要求1-3中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述将被确定的资源的第二数量取决于由预留请求消息的排队所施加的当前信令延迟。
5.根据权利要求1-4中的任何一个所述的设备，其特征在于，其包括用于确定所请求资源的总数量的装置，其中
资源的请求数量＝σ+θ×(1+ρ)-β，其中
σ＝资源的第一数量，θ＝资源的第二数量，ρ＝为保持资源的第二数量而将被设置的参数，β＝从另一个BM预留的资源的数量。
6.根据权利要求1-5中的任何一个所述的设备，其特征在于，ρ被设置成大于零。
7.根据权利要求1-6中的任何一个所述的设备，其特征在于，其包括用于保持将被分配的资源的数量作为独立于由所述资源请求定义的所需数量的基准的装置。
8.一种用于由客户端针对数据网中的资源对象请求预留网络资源的方法，其特征在于，包括步骤：
-除了确定由来自客户端的资源请求定义的所需第一数量之外，还确定将被分配的资源的第二数量，其中所述将被确定的资源的第二数量取决于这样的速率，即所分配资源的第一和第二数量可以通过对于更多资源的被承认请求而被增加的速率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将被确定的资源的第二数量取决于针对每个单独资源对象所请求的资源的平均数量。
10.根据权利要求8-9中的任何一个所述的方法，其特征在于，所述将被确定的资源的第二数量取决于针对每个单独资源对象由所述BM发出的预留请求的平均速率。
11.根据权利要求8-10中的任何一个所述的方法，其特征在于，所述将被确定的资源的第二数量取决于由预留请求消息的排队所施加的当前信令延迟。
12.根据权利要求8-10中的任何一个所述的方法，其特征在于，其包括进一步：
-确定所请求资源的总数量，其中
资源的请求数量＝σ+θ×(1+ρ)-β其中
σ＝资源的第一数量，θ＝资源的第二数量，ρ＝为保持资源的第二数量将被设置的参数，β＝从另一个BM预留的资源的数量。
13.根据权利要求8-12的任何一个所述的方法，其特征在于，其包括进一步：
-将ρ设置成大于零。
14.根据权利要求8-13中的任何一个所述的方法，其特征在于，其包括用于保持将被分配的资源的数量作为独立于由所述资源请求定义的需要数量的基准的装置。
15.一种计算机程序产品，可被直接加载到数据网的路由器或服务器内的计算机的内部存储器中，其包括用于执行根据权利要求7-14中的任何一个的步骤的软件代码部分。
16.一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，其包括用于在数据网中的路由器或服务器内，使计算机控制根据权利要求7-14中的任何一个的步骤的执行的可读程序。
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