CN101188509B - 一种为网络服务提供服务质量保证的方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种为网络服务提供服务质量保证的方法、系统、程序及可读存储介质，本发明包括：存储网络服务质量的历史记录；输入可接受的网络服务的最大服务时延；输入所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率；根据所述的历史记录、最大服务时延和服务质量与用户数量之间的折中率得到为各个服务节点所能提供的服务质量保证；根据所述的服务质量保证实时监测对应服务节点上的服务质量；如果服务节点上的服务质量发生劣化，则对该服务节点上的网络服务进行控制。本发明可以在提供质量保证的前提下更有效的利用网络资源，更重要的是，这种技术可以将不同网络服务提供商的不同运营策略集成到质量管理中。

Description

一种为网络服务提供服务质量保证的方法、系统

技术领域

本发明涉及网络通讯中的服务质量管理，特别涉及根据网络服务提供商的经营策略而为其服务提供服务质量保证的技术，具体的讲是一种为网络服务提供服务质量保证的方法、系统、程序及可读存储介质。

背景技术

目前，在包交换网络中出现了越来越多的新业务；而许多新业务都对服务质量很敏感，如IP电话，网络视频会议和IP电视等。如何有效的保证这类业务的服务质量是在大规模部署该类业务时遇到的首要问题。现有的服务质量保证的技术和手段主要有以下三类：

1)过度配置：这种方法通过提供远远超过需要的网络资源来保证所有网络服务的质量.

2)多协议标记交换(MPLS)和服务质量(QoS)：这类方法基于”分级服务”框架和多协议标记包交换技术来调度网络资源从而保证高优先级业务的服务质量。

3)业务流限制：这类方法预先设置网络中某些路径上允许的活动业务流的个数的上限，一旦这些路径上的活动业务流的个数达到该上限，新到达的业务流将被拒绝。

上述的第一类方法在现有的网络中应用最为广泛。这是因为它配置方法简单并且不需要网络设备提供额外的功能支持。但是，它的缺点也是显而易见的。“过度配置”本身就意味着对网络资源的浪费，更为重要的是，一旦网络流量发生巨大变化，“过度配置”所提供的保证也就失效了。

上述的第二类方法是目前研究的热点，但是大规模应用这类方法要求所 有的网络节点都必须支持MPLS和QoS的功能，并且在这些功能方面具有极好的互操作性，这对目前绝大多数网络而言都是不可能的。

上述的第三类方法需要大量细致的手工配置，并且要求所有的业务请求都由其控制装置处理，这就使得这类方法不可能在网络中得到大规模的应用。

同时，上述三类方法还有一个共同的缺点，那就是网络服务提供商们不能根据他们各自的运营策略来管理或控制服务质量的保证。而对网络服务提供商而言，运营策略恰恰是他们细分市场和增强竞争力的关键。

现有技术中，涉及网络通讯的服务质量管理的技术一般包括测量技术、检测技术和控制技术。其中，

现有的测量技术仅测量一个时间段内的平均网络性能或者测量在一个业务流开始前的网络性能，而这样的测量技术根本无法实时的测量网络服务的质量。

在检测服务质量时，最重要的是如何确定服务质量的底线来判定服务质量的劣化和恢复。在现有的检测技术中，服务质量的底线通常由以下两种方式之一来确定：1)历史服务质量，2)固定的参数值。第一种方式将服务质量的变化限制在历史变化之内，一旦其变化超过了历史变化，就认定劣化发生，而实际上此时的服务质量可能还是很好的。在实际网络中，服务质量的变化是很频繁的，这种方式所造成的“过度控制”不但极大的增加了额外的控制负荷同时还影响了网络的吞吐能力。而第二种方式则是另一个极端，只有当服务质量差于预先设定的参数值时，它才认为劣化发生。这种方式忽略了这样一个事实：同一网络服务的质量在不同服务节点对之间或同一对节点的不同时间段内都可能是不同的。举例而言，时延增加10ms对一对服务时延通常在50ms～60ms的节点而言是很正常的，但是同样的变化对一对服务时延通常在5ms～10ms的节点来说，则可能是服务质量严重劣化的先兆。正因为这种预先设定参数值的方式忽略了网络服务质量的地域性和时间性差异，它本质上是一种“后反应”系统，也就是说它只能在服务质量发生严重劣化后 发出报警，这也就无法实现对服务质量的保证。

在现有的控制技术中，中央管理(QM)服务器需要主动的测量服务质量并对服务质量的变化进行分析才能决定如何调整控制方案，这加重了QM服务器的负担并且降低了控制方案的调整效率。

欧洲专利申请00114780.0提供了一种用于控制网络通信质量的系统、装置和方法，该专利申请的技术方案具有前述的现有技术的特征。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种为网络服务提供服务质量保证的方法及系统，用以能够在提供服务质量保证的前提下更有效的利用网络资源，更重要的是，这种技术可以将不同网络服务提供商的不同运营策略集成到质量管理中。

本发明的目的之一是，提供一种网络服务中提供服务质量保证的方法，所述方法包括以下步骤：存储网络服务质量的历史记录；输入可接受的网络服务的最大服务时延；输入所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率；根据所述的历史记录、最大服务时延和服务质量与用户数量之间的折中率得到为各个服务节点所能提供的服务质量保证；根据所述的服务质量保证实时监测对应服务节点上的服务质量；如果服务节点上的服务质量发生劣化，则对该服务节点上的网络服务进行控制。

对各个服务节点的详细质量保证进行查询，并对服务节点中特定服务节点的服务质量保证进行单独修改。

所述的实时监测对应服务节点上的服务质量包括：检测对应服务节点上是否有服务质量劣化发生以及服务质量劣化程度；当有服务质量劣化发生时，确定对该服务节点的网络服务的控制方案，当服务质量劣化程度发生变化时，调整对该服务节点的网络服务的控制方案。

向所述的各个服务节点发送模拟业务流，用以实时监测对应服务节点上的服务质量。

所述的存储网络服务质量的历史记录包括：对网络中各个服务节点对的网络服务质量的历史记录进行存储。

所述的服务节点对是指：两个城市节点、两个局域网节点或两座建筑物节点。

向所述的各个服务节点发送模拟业务流，所述的服务节点对的网络服务质量根据为该服务节点对配置的模拟业务流的质量得出。

当所述的服务节点对的网络服务质量的历史记录发生变化时，为该服务节点对提供的服务质量保证也会根据可接受的网络服务的最大服务时延、所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率和变化后的网络服务质量的历史记录进行相应的调整。

所述的实时监测对应服务节点上的服务质量进一步包括：为服务质量设定一个安全区，并根据假设检测理论对服务节点中某一服务节点对的服务质量是否离开或回归所述的安全区进行判断，如果服务节点中某一服务节点对的服务质量离开所述的安全区，则判断该服务节点对的服务质量发生了劣化。

在检测到服务质量的劣化后，服务质量的变化被表示为劣化程度的值的变化并上报，以调整对该服务节点的网络服务的控制方案。

将服务质量劣化程度的变化分为：服务质量劣化的加深、减弱和完全恢复；在服务质量劣化被检测到后，服务质量的变化以所述服务质量劣化程度的变化表示并上报。

所述的调整对该服务节点的网络服务的控制方案包括：当劣化程度加剧时，采取更强硬的方案来避免超过可接受的网络服务的最大服务时延的劣化；而当劣化程度减轻时，采取更宽松的方案来减小对终端用户的影响。

所述的调整对该服务节点的网络服务的控制方案包括：调整控制机制的参数，调整应用控制方案的控制装置的类别、位置和个数，调整所调用的控制机制。

本发明的另一目的是，提供一种为网络服务提供服务质量保证的系统，所述系统包括：管理装置、监测装置和控制装置，所述的管理装置分别与所述的监测装置和控制装置相联接；其中，所述的管理装置具有：存储单元，用于存储网络服务质量的历史记录；输入单元，用于输入可接受的网络服务的最大服务时延以及所期望的服务质量与用户数量之间的折中率；服务质量保证生成单元，用于根据所述的历史记录、最大服务时延和服务质量与用户数量之间的折中率得到为各个服务节点所能提供的服务质量保证；交互单元，用于与所述的监测装置和控制装置进行信息交互；所述的监测装置，用于根据所述的服务质量保证实时监测对应服务节点上的服务质量，如果服务节点上的服务质量发生劣化则上报给所述的管理装置；所述的控制装置，用于接受管理装置的控制指令，对服务节点上的网络服务进行控制。

本发明的又一目的是，提供一种网络服务中提供服务质量保证的程序，所述程序包括：存储网络服务质量的历史记录；输入可接受的网络服务的最大服务时延；输入所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率；根据所述的历史记录、最大服务时延和服务质量与用户数量之间的折中率得到为各个服务节点对所能提供的服务质量保证；根据所述的服务质量保证实时监测对应服务节点对的服务质量；如果服务节点对的服务质量发生劣化，则对该服务节点上的网络服务进行控制。

本发明的再一目的是，提供一种存储有为网络服务提供服务质量保证的程序的可读存储介质，所述可读存储介质存储有以下程序：存储网络服务质量的历史记录；输入能够接受的网络服务的最大服务时延；输入所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率；根据所述的历史记录、最大服务时延和服务质量与用户数量之间的折中率得到对各个服务节点对之间的网络服务所能提供的服务质量保证；根据所述的服务质量保证实时监测对应服务节点对之间的服务质量；如果服务节点对之间的服务质量发生劣化，则对该服务节点对之间的网络服务进行控制。

本发明的有益效果在于，本发明的管理装置只负责制定和调整控制方案所以适用于大规模网络。服务提供商可以根据自己的运营策略灵活的配置质量管理，使得控制效率更高，配置更灵活。而在控制过程中，控制方案根据网络状态的变化而动态调整，控制的效率更高。

本系统只通过业务流级别的准入控制来提供实时的服务质量保证。它不需要网络设备，如路由器，提供任何的支持。所以本系统可以简单的添加到现有的网络中，而不需要对现有网络中的设备作任何的升级或改动。

附图说明

图1、为本发明装置的结构框图；

图2、为本发明具体实施方式的结构框图；

图3、为本发明监测装置的结构框图；

图4、为本发明服务质量变化检测的示意图；

图5、为本发明管理装置的结构框图；

图6a、为本发明第一输入单元的图形用户界面图；

图6b、为本发明第二输入单元的图形用户界面图；

图6c、为本发明第三输入单元的详细质量保证部分图形用户界面图；

图6d、为本发明第三输入单元的改变质量保证部分图形用户界面图；

图7、为本发明管理装置的工作流程图；

图8、为本发明存储单元的数据结构图；

图9、为本发明服务质量劣化检测的结构框图；

图10、为本发明监测装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种为网络服务提供服务质量保证的方法及程序，其中包括根据运营策略确定保证的服务质量的部分，监测质量劣化的部分和根据劣化程度动态调整控制方案的部分。同时本发明还提供了一个为网络服务提供 服务质量保证的系统，该系统包括一个中央管理服务器，一系列监测装置和一系列控制装置。中央管理服务器负责根据运营策略和各个服务节点对的历史服务质量制定为它们提供的服务质量保证。监测装置主动的测量其所负责的服务节点对之间的服务质量并且在发现服务质量劣化时向中央管理服务器发出报警。在中央管理服务器接到报警后，它负责制定控制方案来阻止服务质量的进一步劣化并将控制方案传递给控制装置。根据控制方案，控制装置实现对网络服务的控制。在控制过程中，监测装置将服务质量的变化报告给中央管理服务器，而中央管理服务器根据报告的变化动态的调整控制方案。

如图1所示，描述了本发明中提出的服务质量管理系统100和其中各装置的功能。本系统主要包括三种装置：管理装置，监测装置和控制装置。其中：

管理装置可以通过如图2中所示的中央管理(QM)服务器220来实现。管理装置负责以下的功能：存储和更新网络服务质量的历史记录；根据历史记录和服务提供商的运营策略确定提供的质量保证；当质量劣化发生时确定控制方案；当质量劣化程度发生变化时相应的调整控制方案。

监测装置可以通过PC或网络设备中内嵌的软硬件实现。监测装置在本发明中称为监测代理230，如图2所示，这些监测代理分布在网络边缘，每个代理与一个网络节点，如路由器，相连接。每个代理向其他的代理发送模拟业务流，这些模拟业务流模拟处于质量管理下的网络服务，这样在两个网络节点之间的网络服务的质量就可以用与这两个节点相连的代理之间的模拟业务流的质量来表示。根据模拟业务流的质量和提供的质量保证，监测代理检测是否有质量劣化以及质量劣化的程度，并报告QM服务器。

控制装置是那些为了支撑网络服务已经部署在网络中的设备，如为支撑VoIP而部署的SIP代理服务器210等。在本发明所提出的系统中，这些设备负责执行QM服务器传来的控制方案。

管理装置存储处于管理下的网络服务的质量的历史记录并且按图6a至图 6d所示的输入步骤接受该服务的提供商根据其运营策略所做的配置。在网络服务质量管理中，最核心的问题是如何在服务质量和该服务的用户数量之间做出折中。因为网络资源是固定的，提高对某一网络服务的用户数量会因为对资源竞争的加剧而带来该服务的质量的下降。另一方面，提高用户数量对服务提供商而言又有利的，因为提升用户数量意味着营业额的提高。所以，在服务质量和用户数量之间的折中应该由服务提供商根据自己的运营策略来决定。在本发明中，管理装置提供了三个级别的配置来方便服务提供商根据自己的运营策略来管理服务质量。第一个级别是如图6a中的主要图形用户界面(GUI)上的最大时延(Maximal Delay)，在这里服务提供商输入可以接受的最大服务时延，这个值是质量管理的底线，在整个网络中，无论任何情况下，服务时延都会被控制在这个值以内。第二个级别是方便服务提供商输入他所期望的服务质量和用户数量之间的折中，该折中通过图6a中名为控制级别(Control Level)的滑动条来输入。如果服务提供商更注重用户的数量，可以把滑动条向吞吐量(Throughput)端移动，这样，本系统会在保证上一级所指定的最大服务时延的前提下，尽量允许更多的用户进入网络。这种配制有利于服务提供商提供廉价的网络服务并通过利用同样的网络资源服务更多的用户来提高赢利。另一方面，如果服务提供商的市场定位是那些更注重服务质量的高端用户，也可以通过简单的移动滑动条使质量管理更侧重于保持良好的服务质量。通过这两个级别的设置，服务提供商已经设定了服务质量的底线和折中策略，而这两点正是服务提供商的运营策略的主要内容。但是，在某些情况下，服务提供商还可能与某些重要客户签定了服务质量保证的协议，这就要求必须把这些客户享受的服务质量严格的控制在这些客户要求的范围内。为了处理这种情况，本发明提供了第三级别的配置使得服务提供商可以如图6c中的“详细质量保证GUI”和图6d中的“改变质量保证GUI”所示的那样查看和更改针对各个服务节点对的服务质量保证。通过上述的三个级别的配置，服务提供商可以根据自己的运营策略灵活的配置服务管理， 下面通过一个具体的配置例子进一步对图6进行解释。

主要GUI，服务提供商在这里指定所能接受的最大服务时延和所期望的折中。在这个例子中，所能接受的最大服务时延(Maximal Delay)为100ms而所期望的折中率(Control Level)为0.2。

图6b中的服务质量保证GUI，根据主要GUI的配置和服务质量的历史记录，计算得出各个服务节点所能提供的服务质量保证，并在服务质量保证GUI中以全网统计值的方式显示。在本例中，系统能为网络中服务质量最差的节点对所提供的保证是60ms，而对所有节点对提供的平均质量保证是30ms。这样的统计数据宏观的展现了在目前的配置下为网络服务提供的质量保证情况。如果服务提供商对这样的质量保证情况不满意，可以退回到主要GUI来修改配置。

图6c中的详细质量保证GUI，服务提供商在这里查看各个服务节点对的详细质量保证情况。在本例中，从区域A到区域B的服务时延被保证在45ms之内。如果这样的保证不能满足用户的要求，譬如服务提供商已与这两区域的用户签署协议保证他们之间的服务时延小于30ms，就要求服务提供商单独修改对这个服务节点对的质量保证。

图6d中的改变质量保证GUI，在这里服务提供商单独的修改对特定服务节点对的质量保证。此处，待修改的节点对的历史服务质量也被显示来帮助服务提供商设定合理的质量保证。在本例中，对区域A到区域B的质量保证被按照用户的要求设置为30ms。

根据运营策略确定服务质量保证的流程如图7所示，而图7中的“数据库”的结构在图8中展示。在图8中，每一行表示了一个服务节点对，根据服务提供商需要的检测粒度(监测装置的位置)该节点对可以是两个城市，两个局域网，甚至是两个建筑物。在每一行中，“节点信息”项包括了服务节点的信息如位置，IP地址/掩码等，“历史记录”项包括以往的服务质量信息如服务时延的平均值和标准差，“服务质量保证”项和“监测敏感度”项 的内容是根据服务提供商的运营策略和历史服务质量确定的，其确定方法将在下一节详细介绍。“协议”项是表示为该服务节点对提供的质量保证是否为用户所指定的。

下面将基于图7所示的流程图详细介绍管理装置如何根据输入的运营策略来确定对各个服务节点对的质量保证的。在本发明中，把运营策略溶入质量管理的关键是定义“监测敏感度”(sensitivity)的值。各个服务节点对的“监测敏感度“的值的计算方法如下

$\mathrm{sensitivity}=\mathrm{Control}\_\mathrm{Level}\×\frac{\mathrm{Delay}\_\mathrm{Max}}{\max \left\{\mathrm{\σ}\right\}}\×\frac{\mathrm{Delay}\_\mathrm{Max}-\mathrm{\μ}-\mathrm{\σ}}{\mathrm{Delay}\_\mathrm{Max}}---\left(1\right)$

在上式中，Delay_Max和Control_Level是服务提供商在“Maximal Delay”和“Control Level”指定的数值，而μ和σ分别表示该服务节点对的历史服务时延的平均值和标准差，这两个值存贮在图8所示的数据库中。根据计算所得的“监测敏感度”，对该节点对的服务质量保证(guaranteed_delay)由下式计算

guarateed_delay＝μ+sensitivity×σ      (2)

而计算所得的“监测敏感度”和服务质量保证被存入在数据库。这时服务提供商可以选择以宏观或微观的方式查看全网质量保证的统计值或各个服务节点对的质量保证。服务提供商还可以为某一特定的服务节点对指定特定的质量保证(Delay_SLA)，当该保证优于上式计算所得的保证时，“监测敏感度”会根据指定的保证重新计算如下

$\mathrm{sensitivity}=\frac{\mathrm{Delay}\_\mathrm{SLA}-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\σ}}---\left(3\right)$

从上述描述可以看出，服务提供商所作的配置被反映到了“监测敏感度”中。“监测敏感度”的另一个特性是在对同一个配置(同样的Delay_Max和Control_Level)，历史服务质量越好(服务时延的平均值μ和标准差σ越小)的服务节点对的“监测灵敏度”越大。这样历史服务质量在质量管理中也得到了考虑。这一点会在监测设备部分进一步详细解释。

在配置结束后，各个服务节点对的“监测敏感度”会被通过图5中的与监测装置的交互模块传递给相应的监测装置。

下面介绍管理装置如何根据监测装置的报告制定和调整控制方案来实现所提供的质量保证。监测装置的报告包含以下部分：“节点信息”表明了何处的服务质量发生了变化；“劣化程度“是一个表明服务质量劣化严重程度的数值；“报告类别”表明了报告的种类。报告有以下三类：

1类.报警报告：当报警报告到达时，管理装置根据报告中“节点信息”得知何处发生了质量劣化并根据“劣化程度”得知质量劣化的严重程度，从而制定控制方案。

2类.更新报告：当更新报告到达时，管理装置从报告中得知何处的服务质量的劣化更严重或减轻，从而调整控制方案。

3类.报警清除报告：当报警清除报告到达时，管理装置从报告中得知何处的服务质量已经恢复，从而调整控制方案。

如上所述，管理装置根据服务质量的变化相应的制定和调整控制方案。而这些控制方案通过图5中“与控制装置的交互模块”传递给控制装置。

作为本发明的一种应用，图9展示了服务管理系统管理VoIP业务的一个简单例子。在图9所示的网络中，从区域A到区域C和从区域A到区域B的历史服务质量如下表

服务节点	时延平均值	时延标准差
			从A到C	8ms	2ms
从A到B	20ms	5ms

在本例中，该VoIP服务提供商指定最大可接受的时延为100ms而折中程度为0.3。根据前面所描述的计算方法，得到节点对A到C和节点对A到B的“监测灵敏度”分别为5.4和4.5，相应的，为节点对A到C和节点对A到B提供的服务质量保证分别为18.8ms和42.5ms。在这一步，对管理系统 的配置已完成，“监测灵敏度”被传递给在区域B和区域C的监测装置。假设在时刻t0，在区域C的监测装置报告发现了从区域A到区域C的VoIP服务质量劣化而劣化的程度为1，同时负责处理这些VoIP服务的SIP代理服务器为P1。在接到这样的报告后，管理装置决定拒绝一部分从区域A到区域C的新呼叫从而减轻网络的阻塞来恢复服务的质量，而拒绝的呼叫的比率为 

这里灵敏度级别(severity_level)是监测装置报告的劣化程度而R是一个大于1的常数，其具体的数值由服务提供商决定。这里假设R是1.8，那么从A到C的新呼叫中会有44％的呼叫被拒绝。这个控制方案被翻译成对SIP代理服务器的配置命令并下发给P1服务器。假设在时刻t1(t1＞t0)，在区域C的监测装置上报了一条更新报告，报告从A到C的VoIP服务质量劣化的程度增加到2。根据这条更新报告，管理装置得知现有的控制方案无法控制服务质量的进一步劣化，所以将拒绝比率提升到 

假设在时刻t2(t2＞t1)，管理装置又收到另一条更新报告，报告从A到C的VoIP服务质量劣化程度减小到1，管理装置相应的将拒绝比率下调到44％。最后，在时刻t3(t3＞t2)，管理装置收到了关于该服务的报警清除报告，管理装置停止了对新呼叫的拒绝。

图3是一个本发明中典型的监测装置，该装置包括四个模块：

发送模块：本模块负责向其它监测装置发送模拟业务流。这些业务流模拟了处于质量管理之下的网络服务。譬如，当所管理的服务是VoIP时，监测模块发送的就是VoIP业务流。

接收模块：本模块负责接收到达的模拟业务流，并计算模拟业务流所经历的服务时延，然后将计算得到的服务时延和发送者/接收者的信息一起传递给检测模块。

检测模块：该模块负责检测服务质量的劣化并发送报警、更新和报警清除报告。该检测模块基于本发明中的“质量变化检测”技术，该技术在下一 节会详细的解释。该检测模块还控制是否将得到的服务时延和发送者/接收者的信息进一步传递给记录模块；而传递与否的标准是当这些信息到达时是否有对该发送者/接收者的活跃报警，如果没有就传递。

记录模块：该模块负责维护和更新服务质量的历史记录，如一段时间内的时延平均值和标准差等。管理装置可以从记录模块提取这些记录，也可以利用这些记录去更新检测模块中使用的历史记录。

在上述四个模块中，最重要的是检测模块。该模块的核心是本发明中“质量变化检测”技术。

该技术为监测下的服务质量划定了一个“安全区”。该“安全区”的上限是为该服务提供的质量保证。当某一节点对的服务质量离开它的“安全区”时，我们认为该节点对的服务质量发生了劣化。在劣化发生后，服务质量的变化被归纳为劣化程度的变化。图4是一个用来说明该技术的例子。在时刻t1之前，尽管服务质量不断变化，这样的变化都在“安全区”之内，所以，该技术认为并未发生质量劣化。在时刻t1，该技术检测到服务质量离开了“安全区”，然后在时刻t2，该技术检测到服务质量进一步劣化而在时刻t3，该技术检测到服务质量得到了一定程度的恢复，最后在时刻t4，该技术检测到服务质量已经回到了安全区，所以它认为服务质量已完全恢复。下面对该技术的实现细节作进一步的说明。

离开和回归“安全区”的检测，网络服务的质量经常因为受到突发性因素的影响而呈现瞬时性的变化。而对网络服务质量管理而言，只有稳定的服务质量变化才是有意义的，因为只有稳定的质量劣化才代表网络中出现了问题。这就要求我们能够区分稳定的变化和瞬时性的变化。现有的技术通常使用计时器或计数器来达到这个目的：当质量劣化的时间长于计时器或计数器所指定的阀值时，就认为该劣化是稳定的，否则就是瞬时性的。这种方法有一个显而易见的缺点，那就是我们很难依据不同的网络或不同的服务的情况，为其制定各自适当的阀值。所以，在本发明中，我们提出了一种新的区 分瞬时性服务质量变化和稳定的质量变化的方法。该方法是基于假设检测理论，而对离开和回归“安全区”的检测规则如下：

检测规则1.在N个测试样本中，如果超过百分比P_U的样本的值超过了“安全区”的上限，我们就认为所监测的服务质量离开了“安全区”。

检测规则2.在N个测试样本中，如果超过百分比P_D的样本的值低于“安全区”的上限，我们就认为服务质量已经回到了“安全区”

根据切比雪夫(Chebyshev)定理，对任意的随机数x，有不等式 

)(μ和σ分别是x的平均值和标准差，而k是任意的正数)。因为“安全区”的上限是μ+Sensitivity*σ，(μ和σ分别是时延记录中的平均值和标准差)，我们可以定义P_U和P_D的值如下：

$P\_U=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{{\mathrm{sensitivity}}^2},(\mathrm{sensitivity}>2)\\ \frac{1}{{(10+\mathrm{sensitivity})}^2},(\mathrm{sensitivity}\≤2)\end{array}\right.,P\_D=\left\{\begin{array}{c}1-\frac{1}{{\mathrm{sensitivity}}^2},(\mathrm{sensitivity}>2)\\ 1-\frac{1}{{(10+\mathrm{sensitivity})}^2},(\mathrm{sensitivity}\≤2)\end{array}\right.---\left(4\right)$

在这系统中，“检测敏感度”小于和等于2是一个很特殊的情况，只有当历史服务记录劣于保证的服务质量时才会发生，而在这种情况下，检测被设置为极敏感的(P_U＜1％)，来确保要求的服务质量。

质量劣化的变化的检测，如上文中所提到的，在检测到服务质量的劣化后，服务质量的变化被表示为劣化程度(severity_level)的值的变化来报告给管理装置作为其调整控制方案的依据。为了检测劣化程度的变化，对各个劣化程度i(i是整数且i大于0)定义了一个服务质量的上限如下

Upper_boudary_{severity_level＝i}＝Upper_boundary×(1+Adjust_level)ⁱ  (5)

在上式中，Upper_boundary是“安全区”的上限而Adjust_Level是一个控制向管理装置发送报告的粒度的控制参数。如果监测的服务时延处于劣化程度i的上限和劣化程度i-1的上限所划出的区域内，我们就认为服务质量的劣化程度为i。而对离开和回归该区域的检测也是基于假设检测理论的，而检测规则如下：

检测规则1.当劣化程度为i(i≥0)，时，在N个检测样本中，如果超过百分比P_U_Lseverity_level＝i的时延超过了上限Upper_boundary×(1+Adjust_level)ⁱ，我们就认为服务质量发生了进一步的劣化，相应的劣化程度被表示为i+1；

检测规则2.当劣化程度为i(i≥1)，时，在N个检测样本中，如果超过百分比P_D_Lseverity_level＝i的时延低于上限Upper_boundary×(1+Adjust_level)^(i-1)，我们就认为服务质量的劣化减轻，相应的劣化程度被表示为i-1；

根据数据包传输网络中的服务时延的特性，对各个劣化程度i，P_U_Lseverity_level＝i和P_D_Lseverity_level＝i的定义如下：

$P\_U\_L_{\mathrm{severity}\_\mathrm{level}=i}=\frac{P\_U}{{(1+\mathrm{Adjust}\_\mathrm{Level})}^i},(i>1)$

$P\_D\_L_{\mathrm{severity}\_\mathrm{level}=i}=\frac{P\_D}{{(1+\mathrm{Adjust}\_\mathrm{Level})}^{i-1}},(i\≥1)$

上面对检测装置的核心技术，“质量变化检测”技术作了详细的介绍。而整个监测装置的工作流程如图10所示。

如图1所示，控制装置的责任是执行来自管理装置的命令。控制装置是那些为了支撑网络服务而已经部署在网络中的设备，如支撑VoIP服务的SIP代理服务器等。这些控制装置的特性是他们可以对所支撑的网络服务提供某种控制，如SIP代理服务器可以控制VoIP的呼叫准入等。而本发明中的管理装置正是根据控制装置所能提供的控制机能制定控制方案从而实现质量管理的。从发展的角度，如果网络全面的支持MPLS/QoS技术，控制装置也可以是控制MPLS/QoS的控制服务器。在这种情况下，管理装置根据MPLS/QoS控制服务器所能提供的控制功能，如流量分级，显式路由等，制定控制方案并应用到该服务器上来实现质量管理的目标。

本发明提供了一套解决质量管理的方法、系统、程序和可读存储介质。本发明主动的监测网络服务质量，并根据服务提供商的运营策略和历史服务质量为网络服务提供质量保证。本发明所提出的方案包括：测量，检测和控制三个环节。和现有技术相比，本发明的每个环节都具有其独特的特点和优 势：

测量技术：现有技术或者测量一个时间段内的平均网络性能或者测量在一个业务流开始前的网络性能。这样的测量技术无法实时的测量网络服务的质量。而本发明中的测量技术通过不间断的发送模拟业务流来实时的测量监测点之间的服务质量。所以，本发明中的测量技术可以更快速更准确的发现服务质量的变化。

检测技术：在检测服务质量时，最重要的是如何确定服务质量的底线来判定服务质量的劣化和恢复。在现有的技术中，服务质量的底线通常由以下两种方式之一来确定：1)历史服务质量，2)固定的参数值。第一种方式将服务质量的变化限制在历史变化之内，一旦其变化超过了历史变化，就认定劣化发生，而实际上此时的服务质量可能还是很好的。在实际网络中，服务质量的变化是很频繁的，这种方式所造成的“过度控制”不但极大的增加了额外的控制负荷同时还影响了网络的吞吐能力。而第二种方式则是另一个极端，只有当服务质量差于预先设定的参数值时，它才认为劣化发生。这种方式忽略了这样一个事实：同一网络服务的质量在不同服务节点或同一对节点的不同时间段内都可能是不同的。举例而言，时延增加10ms对一对服务时延通常在50ms～60ms的节点而言是很正常的，但是同样的变化对一对服务时延通常在5ms～10ms的节点来说，则可能是服务质量严重劣化的先兆。正因为这种预先设定参数值的方式忽略了网络服务质量的地域性和时间性差异，它本质上是一种“后反应”系统，也就是说它只能在服务质量发生严重劣化后发出报警，这也就无法实现对服务质量的保证。本发明中的检测技术根据不同的服务节点对的历史服务质量和服务提供商的经营策略自动的为不同的节点对设置不同的质量底线，并且根据服务质量的变化对设置的底线进行动态的调整。所以，本发明中的检测技术集合了现有的检测技术的优点，它不但可以预测严重的服务质量劣化并且给予了服务提供商根据自己的期望管理服各质量的可能。

控制技术：在本发明提出的控制过程中，只有当服务质量的变化达到需要调整控制方案的程度时，中央管理服务器才会得到通告，而该通告直接的指出该如何对控制方案进行调整。而现有技术中，中央管理服务器需要主动的测量服务质量并对服务质量的变化进行分析才能决定如何调整控制方案。所以，和现有技术相比，本发明中的控制技术极大的减轻了中央服务器的负担并且对控制方案的调整也更加有效。

本发明中的方法、系统和程序有以下的优势：

适用于大规模网络：中央管理服务器只负责制定和调整控制方案。而现有系统，如CISCO的CALLMANAGER等，因为中央管理服务器要处理各个业务流，所以受处理能力的限制只可小规模的使用。

控制效率更高，配置更灵活：服务提供商可以根据自己的运营策略灵活的配置质量管理。而在控制过程中，控制方案根据网络状态的变化而动态调整，控制的效率更高。

实现更简单：本系统只通过业务流级别的准入控制来提供实时的服务质量保证。它不需要网络设备，如路由器，提供任何的支持。所以本系统可以简单的添加到现有的网络中，而不需要对现有网络中的设备作任何的升级或改动。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (19)

1.一种为网络服务提供服务质量保证的方法，所述方法包括以下步骤：

存储网络服务质量的历史记录；

输入能够接受的网络服务的最大服务时延；

输入所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率；

根据所述的历史记录、最大服务时延和服务质量与用户数量之间的折中率得到对各个服务节点对之间的网络服务所能提供的服务质量保证；

根据所述的服务质量保证实时监测对应服务节点对之间的服务质量；

如果服务节点对之间的服务质量发生劣化，则对该服务节点对之间的网络服务进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括对网络中的各个服务节点对的详细质量保证进行查询，并对服务节点对中特定服务节点对的服务质量保证进行单独修改的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的实时监测对应服务节点对之间的服务质量包括：检测对应服务节点对之间是否有服务质量劣化发生以及服务质量劣化程度；

当有服务质量劣化发生时，确定对该服务节点对之间的网络服务的控制方案，当服务质量劣化程度发生变化时，调整对该服务节点对之间的网络服务的控制方案。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，向所述的各个服务节点发送模拟业务流，用以实时监测对应服务节点对之间的服务质量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的存储网络服务质量的历史记录包括：对网络中各个服务节点对之间的网络服务质量的历史记录进行存储。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的服务节点对是指：两个城市节点、两个局域网节点或两座建筑物节点。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，向所述的各个服务节点发送模拟业务流，所述的服务节点对之间的网络服务质量根据为该服务节点对配置的模拟业务流的质量得出。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，当所述的服务节点对之间的网络服务质量的历史记录发生变化时，为该服务节点对提供的服务质量保证也会根据可接受的网络服务的最大服务时延、所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率和变化后的网络服务质量的历史记录进行相应的调整。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的实时监测对应服务节点对之间的服务质量进一步包括：为服务质量设定一个安全区，并根据假设检测理论对服务节点对中某一服务节点对之间的服务质量是否离开或回归所述的安全区进行判断，如果服务节点对中某一服务节点对之间的服务质量离开所述的安全区，则该服务节点对之间的服务质量发生了劣化。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，在检测到服务质量的劣化后，服务质量的变化被表示为劣化程度的值的变化并上报，以调整对该服务节点对之间的网络服务的控制方案。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征是，将服务质量劣化程度的变化分为：服务质量劣化的加深、减弱和完全恢复；在服务质量劣化被检测到后，服务质量的变化以所述服务质量劣化程度的变化表示并上报。

12.根据权利要求3或11所述的方法，其特征是，所述的调整对该服务节点对之间的网络服务的控制方案包括：当劣化程度加剧时，提高拒绝比率来避免超过可接受的网络服务的最大服务时延的劣化；而当劣化程度减轻时，下调拒绝比率来减小对终端用户的影响。

13.根据权利要求3或11所述的方法，其特征是，所述的调整对该服务节点对之间的网络服务的控制方案包括：调整控制机制的参数，调整应用控制方案的控制装置的类别、位置和个数，调整所调用的控制机制。

14.一种为网络服务提供服务质量保证的系统，其特征是，所述系统包括：管理装置、监测装置和控制装置，所述的管理装置分别与所述的监测装置和控制装置通过网络相联接；其中，

所述的管理装置具有：

存储单元，用于存储网络服务质量的历史记录；

输入单元，用于输入能够接受的网络服务的最大服务时延以及所期望的服务质量与用户数量之间的折中率；

服务质量保证生成单元，用于根据所述的历史记录、最大服务时延和服务质量与用户数量之间的折中率得到对各个服务节点对之间的网络服务所能提供的服务质量保证；

交互单元，用于与所述的监测装置和控制装置进行信息交互；

所述的监测装置，用于根据所述的服务质量保证实时监测对应服务节点对之间的网络服务的质量，如果服务节点对之间的服务质量发生劣化则上报给所述的管理装置；

所述的控制装置，用于接受管理装置的控制指令，对服务节点对之间的网络服务进行控制。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征是，所述的输入单元进一步包括：

第一输入单元，用于输入可接受的网络服务的最大服务时延；

第二输入单元，用于输入所期望的网络服务的服务质量与用户数量之间的折中率；

第三输入单元，用于对各个服务节点对之间的网络服务的详细质量保证进行显示，并对服务节点对中的特定服务节点对的服务质量保证进行单独修改。

16.根据权利要求14所述的系统，其特征是，所述的监测装置是指多个监测装置，每个监测装置与对应的服务节点相联接；所述的监测装置包括：

发送单元，用于向其它监测装置发送模拟业务流，该模拟业务流模拟了网络服务；

接收单元，用于接收到达的模拟业务流，并计算模拟业务流所经历的服务时延，然后将计算得到的服务时延和发送者/接收者的信息一起传递给检测单元；

检测单元，用于检测服务质量的劣化并发送报警、更新和报警清除报告；

记录单元，用于维护和更新服务质量的历史记录。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征是，所述的检测单元进一步包括：质量变化检测模块，用于为服务质量设定一个安全区，并根据假设检测理论对服务节点对中某一服务节点对的服务质量是否离开或回归所述的安全区进行判断，如果服务节点对中某一服务节点对的服务质量离开所述的安全区，则该服务节点对的服务质量发生了劣化。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征是，所述的质量变化检测模块，在检测到服务质量的劣化后，服务质量的变化被表示为劣化程度的值的变化来报告给管理装置，以使管理装置调整对该服务节点对之间的网络服务的控制方案。

19.根据权利要求14所述的系统，其特征是，所述的监测装置实时的检测是否发生服务质量的劣化，并在服务质量劣化发生时报告所述的管理装置；

所述的管理装置在接到服务质量劣化的报警后，根据控制装置的控制机能制定控制方案并将制定的控制方案通知所述的控制装置；

所述的监测装置发出质量劣化报警后，监测装置实时测量服务质量的变化，并将质量劣化程度的变化以更新报告的形式通知管理装置；

所述的管理装置在接收到更新报告后，根据质量劣化程度的变化，相应的调整控制方案并将所作的调整通知控制装置。

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