CN101193428A - 一种实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,包括呼叫控制模块、路由选择模块、存储模块,所述呼叫控制模块接受入局侧网关的呼叫,并根据承载链路信息控制承载路径上的MGW建立承载;所述路由选择模块根据资源配置总数和已经占用的资源总数计算各路径的紧张程度参数,选择承载路径,将该信息传送给呼叫控制模块;所述存储模块存储的路由资源的配置参数。本发明克服了多网关模型中因为网关间资源分配不公平而容易导致拥塞,使整个网络可控、稳定、公平地运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种通讯领域中3GWCDMA-R4核心网的移动业务交换中心服务器,尤其涉及实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器。
背景技术
3GWCDMA-R4(3G指第三代移动通信技术,WCDMA为宽带码分多址,R4为版本号)网络的基本架构是承载和控制分离,呼叫的控制部分都集中在MSC Server(移动业务交换中心服务器)上,而呼叫的承载接续部分则集中在MGW(媒体网关)上,典型的网络架构是,一个MSC Server控制一个MGW,多套这样的设备之间互联,进而组成了一个网络。但是这样的组网模式缺点是每一个MGW都需要一个MSC Server来对其进行控制,这将导致MSC Server的重复投资。
3G网络在发展过程中出于节约成本的考虑,演进出一种网络构架模型就是两个、三个或者更多个MGW同时注册到一个MSC Server上,这种网络模型就称为多网关模型;由于这种网络模型实用、经济,因此很快就得到了应用,随着这种模型的大规模应用,就会出现越来越多的大区内采用多网关模型来组网,而在大区间采用MSC Server间的局间互联。这种应用达到一定程度以后,同一个MSC Server下管辖的网关会越来越多,这些网关间的话务量也会越来越大,而多网关间的资源数目却是有限的,因此就有可能有些网关间比较繁忙,而有些网关间不太繁忙。如何让这些话务量平均的负荷分担到其他网关上去,并且如何有效的在话务量突然增大的情况下避免某些网关间的资源耗尽,而其他的网关间却十分空闲,是需要解决的问题。
目前多网关模型由于应用还刚刚开始,因此各个网关间的话务量还都不是很大,网关间的资源分配是按照路由最短的原则进行按需分配。但是这种选路的方法很单一,而且不能够较好的利用网关间的资源。假设有两个网关,它们之间有两条路径,一条比较短,另一条比较长,当这两个网关间的话务量很多的情况下,这两个网关间的最短路径将会很繁忙。在话务量增大到一定程度,最短路径上的资源将被耗尽,其它的希望经过这条路径的呼叫将被拒绝;而这个时候比较长的那条路径上因为没有话务而空闲,这时就在较短的路径上出现拥塞。
如果能在最短路径上的资源耗尽之前,分担出一部分话务来走较长的那个路径,那么就不会出现较长的路由上没有话务,而较短的路径上却资源耗尽的情况。因此就出现了另一种选路的方式,按照负荷分担的方式进行选路,这种方式简单的按照资源的比例作为权值来给两条不同的路径分配话务量,资源配置比较多的分配的话务量大一些,资源配置比较少的分配的话务量少一些,但是这种方式没有考虑用户的通话时间,有些用户打通电话以后可能很快就挂掉了,而一些用户可能会通话很长时间,承载资源也会一直被占用。另一方面,目前的通话的路径上可能不仅仅有这两个网关间的话务存在,可能还会有其它网关间的话务存在,而这两个网关又不把条路径的话务繁忙程度的变化作为选路的依据,因此最终的结果将是无序和难以控制的,同样容易出现资源耗尽的情况,只是这种情况的几率降低了一些。
由此可见,目前在实际应用中采用的技术和选路策略,实际上是不公平的,也不能较好的协调多网关模型中的网关间的资源利用和分配。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,克服多网关模型中因为网关间资源分配不公平而容易导致拥塞和呼损,从而使整个网络可控、稳定、公平地运行。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,该服务器MSC Server管辖多个媒体网关MGW,其特征在于:包括呼叫控制模块、路由选择模块、存储模块,
其中所述呼叫控制模块用于接受入局侧网关Ni的呼叫,将入局侧网关Ni和出局侧网关Nj的信息传给路由控制模块,并接受路由控制模块传回的承载路径信息,根据该信息控制承载路径上的MGW建立承载;
所述路由选择模块用于根据网络拓扑配置,将入局侧网关Ni和出局侧网关Nj之间的路径选择出来,把每条路径用线路集的形式记录下来,根据网管配置的参数和存储模块中存储的线路集中各线路资源配置总数和已经占用的资源总数计算各路径的紧张程度参数,选择紧张程度最低的路径作为承载路径,将该信息传送给呼叫控制模块;
所述存储模块用于存储的路由资源的配置参数和占用情况参数,以及网管配置的参数。
进一步地,所述路由控制模块记录的线路集为跳数小于等于指定的公平跳数hop的线路集。
进一步地,所述路由控制模块分别计算每条路径上的线路集中每一个线路的修正线路紧张程度因子=f(线路紧张程度因子),其中线路紧张程度因子=已占用资源数/资源配置总数,函数f(x)的定义域为:0<=x<=1;并且f(x)是一个f(0)=0,f(1)=无穷大的平滑函数;再分别计算每条路径的修正平均线路紧张程度,修正平均线路紧张程度为线路集中每个线路的修正线路紧张程度因子之和,再除以该路径的跳数,在所有的路径中选取修正平均线路紧张程度最小的路径为承载路径。
进一步地,所述路由控制模块分别计算每条路径上的线路集中每一个线路的线路紧张程度因子,当最短路径的每一个线路的紧张程度因子都小于指定的负荷启动门限,就选用最短路径作为当前呼叫的承载路径;否则根据网管配置的参数和存储模块中存储的资源配置总数和已经占用的资源总数在多网关间选择承载路径。
进一步地,所述负荷分担修正函数f(x)=1/(1-x)-1。
进一步地,路由选择模块还包括负荷分担控制子模块,用于根据网管的负荷分担修正函数,计算负荷分担效果,进而把各网关之间的承载链路的负荷控制结果和目前的资源占用情况参数动态统计上报给网管或者存储模块。
本发明有如下有益效果:
1、与均匀的或者加权的按照话务量负荷分担的选路方式相比,均匀的或者加权的按照话务量负荷分担的方法,只考虑到了当前话务的到达率,没有考虑到不同的话务通话时间长短的差异,因此容易出现公平性上存在较大的波动。而本发明则不是以到达的话务量作为负荷控制的对象,而是把目前的资源配置总数和已经占用的资源总数作为评价不同路由好坏的一个重要的因素,它利用了所有的MGW都处于同一MSC Server的管辖范围之内,而且MSC Server在存储模块中很容易动态观测到所有节点间的繁忙程度的优点,来控制在不同的路径上均匀的负荷分担。
2、目前的没有负荷分担的选路功能的3GWCDMA-R4核心网多网关模型是选择最短路径作为当前路径的,这样当某两个网关间的话务流量比较大的时候,就会出现跳数较少的最短路径上的话务异常繁忙,甚至资源耗尽,出现呼损,而跳数较长的路径上却没有任何话务,实际上只要一条路径的跳数在可以容忍的范围内,就应该把一部分话务分担到这些路径上去,以缓解跳数较少的较短路径的压力。因此本发明把选路的范围限制在一个网管可以配置的公平跳数以内,这样既可以做到把话务分担到较长的路径上去,又可以让用户对这些较长路径做出限制,以免路径太长开销太大。
3、将一条路径上所有的线路的繁忙程度因子加起来再求平均值,利用这样的方法当这条路径上的一段线路很繁忙而另一段线路很空闲的时候,求平均值会掩盖了线路繁忙的那一段资源紧张的事实,而这个时候这条路径再作为被选择的路径可能会加重线路紧张的那一段的线路紧张程度,进而造成拥塞。而采用函数f(x)进行修正以后,最终的修正平均线路紧张程度就会变得对对拥塞很敏感,能在拥塞即将发生的时候立即反映在修正平均线路紧张程度会变成一个很大的值,进而这条路径被选中的可能性就会迅速降低,这样就起到了避免拥塞的作用。当即将拥塞的线路上的呼叫释放掉了一部分以后,这条路径可能被选中了机会就会增大。因此该发明可以有效地避免拥塞。
4、本发明通过设定一个负荷启动门限,将路由最短和拥塞避免两种因素都考虑在内,当最短路径上的每一段线路的线路紧张程度因子都小于负荷控制启动门限的时候,说明用户认为这个时候不会发生拥塞,因此应该选用最短路径作为当前呼叫的承载所走的路径。当最短路径上的任何一段线路的线路紧张程度因子大于拥塞控制门限的时候就需要启动负荷分担的机制,来由其他路径帮助最短路径来分担话务。因此本发明兼顾了路由最短和拥塞避免两个方面的优点。
附图说明
图1是本发明MSC Server与MGW连接示意图;
图2是本发明MSC Server的结构以及网管、MSC Server、MGW之间通讯框图;
图3是本发明实现路由选择功能方法的流程图;
图4是本发明实现路由选择功能方法的另一流程图;
图5是本发明图1中的网关间资源占用/配置的示例图;
图6是本发明实现多网关模型下的路由选择功能的系统中,在1->6->5和1->7->5两条路径上的资源占用/配置情况。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示,图中节点8是MSC Server,节点从1到7是隶属于节点8管理的MGW。节点8与节点从1到7之间的虚线是信令链路;节点1到7相互之间的实线则是承载链路。一个MSC Server至少管辖四个MGW,MGW之间组成网状连接,两个不相邻的MGW之间有一条以上的路径。
如图2所示,网管用于管理MSC Server和MGW,进行参数配置并存储配置参数,接受并动态显示MSC Server传输的当前网关间的资源配置参数和资源占用情况参数。
本发明MSC Server包括呼叫控制模块、路由选择模块、存储模块;其中:
所述呼叫控制模块用于接受MGW(该MGW称为入局侧网关)的呼叫,根据网管的配置确定需要将入局侧网关的数据传输给哪个MGW(该MGW称为出局侧网关),将该信息传给路由控制模块,并接受路由控制模块传回的承载路径信息,根据该承载路径信息,来控制在该路径上的所有MGW建立承载;
所述路由选择模块用于根据网络拓扑配置,将入局侧网关和出局侧网关之间的路径选择出来。先把每条路径用线路集的形式记录下来,根据网管配置的参数和存储模块中存储的资源配置总数和已经占用的资源总数在多网关间选择承载路径,并将该信息传送给呼叫控制模块;
所述存储模块用于存储路由资源的配置参数和占用情况参数,以及网管配置的参数;
网管的配置参数包括公平跳数、负荷分担修正函数,网管可以根据当前网关间的资源配置情况和资源占用情况,动态的修改和配置公平跳数。所述网管的配置参数还可以包括启动负荷控制门限,用于选择承载路径。
MSC Server还可以包括负荷分担控制子模块(图中未示),该模块可作为路由选择模块的子模块,实体上可以作为一个单独的模块或者设备存在于MSC Server之内或之外。负荷分担控制子模块可以根据网管的负荷分担修正函数,计算负荷分担效果,进而把各网关之间的承载链路的负荷控制结果和目前的资源占用情况参数动态统计上报给网管或者存储模块,作为用户评价这种负荷控制效果的依据。
MSC Server对各网关内的不同路径上的承载链路进行负荷控制不会影响到与该MSC Server进行互联的其他MSC Server到该局向的话务和流量。
如图3所示,本发明实现路由选择功能的方法,包括如下步骤:
步骤301,开始;
步骤302,呼叫控制模块接收到一个入局侧网关呼叫,根据网管配置的信息确定出局侧网关;
步骤303,呼叫控制模块把入局侧网关(Ni)和出局侧网关(Nj)作为参数传给路由控制模块;
步骤304,路由控制模块根据网络拓扑配置和公平跳数配置(hop)在Ni和Nj之间将跳数小于等于hop的所有路径选择出来;
每个路径可能是由一条或者多条线路所组成的,将每条路径用线路集的形式记录下来,假设Ni和Nj之间某一条路径只经过一个节点Nk,那么这条路径的线路集为{(Ni,Nk),(Nk,Nj)};
步骤305,路由控制模块根据步骤304中各路径的线路集来读取存储模块中关于这些线路的资源配置总数(T(Ni,Nk),T(Nk,Nj))和已占用资源数(A(Ni,Nk),A(Nk,Nj)),对于网关间是TDM承载的情况,T(Ni,Nk)表示网关间配置的可用的CIC(TDM电路识别码)的数目,A(Ni,Nk)表示已经占用的CIC的数目;对于IP承载T(Ni,Nk)表示网关间可用的承载总带宽,A(Ni,Nk)表示已经使用掉的带宽;
步骤306,按照公式A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk)来计算路径(Ni,Nk)的线路紧张程度因子,由于当前被占用的资源A(Ni,Nk)总是少于配置的资源T(Ni,Nk),因此A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk)<=1;按照该公式分别计算步骤304中每条路径上的线路集中每一个线路的线路紧张程度因子;
步骤307,分别计算每条路径的工程修正平均线路紧张程度:
{A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk)+...+A(Nk,Nj)/T(Nk,Nj)}/h=平均线路紧张程度(公式1)
{f(A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk))+...+f(A(Nk,Nj)/T(Nk,Nj))}/h=修正平均线路紧张程度(公式2)
其中((Ni,Nk),...(Nk,Nj))∈线路集,h为该线路集的跳数;
其中函数f(x)应具备以下特性:
f(x)的定义域为:0<=x<=1;并且f(x)如果是一个f(0)=0,f(1)=无穷大的平滑函数,那么就可使f(A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk))接近于1的最繁忙,使f(A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk))接近于0的最不繁忙。f(x)=1/(1-x)-1具备上述条件,将f(x)代入公式2,得到公式3。
{A(Ni,Nk)/(T(Ni,Nk)-A(Ni,Nk))+...+A(Nk,Nj)/(T(Nk,Nj)-A(Nk,Nj))}/h=工程修正平均线路紧张程度(公式3)
步骤308:利用步骤307中计算出来的各条路径的工程修正平均线路紧张程度来在所有的路径中选取工程修正平均线路紧张程度最小的那个路径作为当前呼叫的路径。
步骤309,路由控制模块将该路径信息发送给呼叫控制模块,呼叫控制模块根据该信息来控制在该路径上的所有MGW建立承载;
步骤310,结束。
公式3中所指出的工程修正算法,是把函数f(x)=1/(1-x)-1代入公式2所得到的,而符合f(x)特征的平滑函数有很多,如1/(1-sin((π/2)*x))-1等高等数学中常用到的函数,都符合f(x)的特征,这些平滑函数不应该仅仅局限于f(x)=1/(1-x)-1,因此该函数应该是可以配置的,并且用户可以根据路由控制模块上报给网管的资源占用情况参数,来衡量不同的f(x)对负荷控制效果的影响,进而可以修正f(x)。
如图4所示,本发明实现路由选择功能的另一方法,包括如下步骤:
步骤401,开始;
步骤402,呼叫控制模块接收到一个入局侧网关呼叫,根据网管配置的信息确定出局侧网关;
步骤403,呼叫控制模块把入局侧网关(Ni)和出局侧网关(Nj)作为参数传给路由控制模块;
步骤404,路由控制模块根据网络拓扑配置和公平跳数配置(hop)在Ni和Nj之间将跳数小于等于hop的所有路径选择出来;每个路径可能是由一条或者多条线路所组成的,将每条路径用线路集的形式记录下来,假设Ni和Nj之间某一条路径只经过一个节点Nk,那么这条路径的线路集为{(Ni,Nk),(Nk,Nj)};
步骤405,路由控制模块根据步骤404中各路径的线路集来读取存储模块中关于这些线路的资源配置总数(T(Ni,Nk),T(Nk,Nj))和已占用资源数(A(Ni,Nk),A(Nk,Nj));
步骤406,按照公式A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk)来计算线路(Ni,Nk)的线路紧张程度因子,由于当前被占用的资源A(Ni,Nk)总是少于配置的资源T(Ni,Nk),因此A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk)<=1;按照该公式分别计算步骤404中每条路径上的线路集中每一个线路的线路紧张程度因子;
步骤407,将最短路径线路的紧张程度因子与网管设定的启动负荷控制门限相比较,如果最短路径的每一个线路的紧张程度因子都小于负荷启动门限,那么就选用最短路径作为当前呼叫的承载路径;
步骤408,路由控制模块将该路径信息发送给呼叫控制模块,呼叫控制模块根据该信息来控制在该路径上的所有MGW建立承载;
步骤409,结束。
步骤410,如果步骤407中最短路径的每一个线路的紧张程度因子有大于负荷启动门限的,这就说明目前的最短路径比较拥塞,因此就应该启动负荷分担机制,分别计算每条路径的工程修正平均线路紧张程度;
步骤411,利用步骤410中计算出来的各条路径的工程修正平均线路紧张程度在所有的路径中选取修正平均线路紧张程度最小的那个路径作为当前呼叫的路径;
步骤412,路由控制模块将该路径信息发送给呼叫控制模块,呼叫控制模块将该信息发送给入局侧网关,然后进入步骤409,结束过程。
同样,本例中,工程修正平均线路紧张程度使用的函数f(x)=1/(1-x)-1,符合f(x)特征的平滑函数有很多,这些平滑函数不应该仅仅局限于f(x)=1/(1-x)-1,因此该函数应该是可以配置的,并且用户可以根据路由控制模块上报给网管的资源占用情况参数,来衡量不同的f(x)对负荷控制效果的影响,进而可以修正f(x)。
图5是本发明网关间资源占用/配置例图。图中所有节点间的分数,分子表示的是节点间已经被占用的资源总数A(Ni,Nk),而分母表示的是节点间配置的资源总数T(Ni,Nk)。而这个分数表示的则是两个节点(Ni,Nk)间的线路紧张程度因子A(Ni,Nk)/T(Ni,Nk)。
图6是一个例图,说明的是在1->6->5和1->7->5两条路径上的资源占用/配置情况。
如果按照公式1来在这两条路径之间选择一个空闲的路径,则路径1->6->5的平均线路紧张程度为:(0.53+0.97)/2=0.75,路经1->7->5的平均线路紧张程度为:(0.85+0.85)/2=0.85。如果直接选择平均线路紧张程度较小的路径为当前路径,则应该选择1->6->5为当前的路径,但是很明显,这个时候路径1-->6->5之间的线路6->5的线路利用率已经达到了97%,这个时候如果仍然在1->6->5这条路径上面选路,马上会在线路6->5之间产生拥塞,因此实际上应该选择1->7->5为当前路径。
如果按照公式3来计算在这两条路径之间选择一个空闲的路径,则路径1->6->5的修正平均线路紧张程度为:(53/(100-53)+97/(100-97))/2=33.427,路经1->7->5的平均线路紧张程度为:(85/(100-85)+85(100-85))/2=5.56。选择修正平均线路紧张程度较小的路径为当前路径,则应该选择1->7->5为当前的路径,这个时候就避开了那条即将拥塞的路径,这就说明经过修正以后的公式3当一条路径中的任何一段线路即将发生拥塞的时候修正平均线路紧张程度马上会变得很大,从而减小了话务选择到这条路径上的可能,从而达到了拥塞避免的目的。
本发明通过计算修正平均线路紧张程度、设置负荷分担启动门限、设置负荷分担公平跳数的方法来使3GWCDMA-R4核心网在多网关模型下的MSC Server具备的路由选择功能。该功能兼顾了路由最短和拥塞避免两个方面的优点,有效地协调同一个MSC Server下多网关间的话务负荷,使整个网络人工可控的、稳定的、公平的运行。
Claims (6)
1.一种实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,该服务器MSCServer管辖多个媒体网关MGW,其特征在于:包括呼叫控制模块、路由选择模块、存储模块,
其中所述呼叫控制模块用于接受入局侧网关Ni的呼叫,将入局侧网关Ni和出局侧网关Nj的信息传给路由控制模块,并接受路由控制模块传回的承载路径信息,根据该信息控制承载路径上的MGW建立承载;
所述路由选择模块用于根据网络拓扑配置,将入局侧网关Ni和出局侧网关Nj之间的路径选择出来,把每条路径用线路集的形式记录下来,根据网管配置的参数和存储模块中存储的线路集中各线路资源配置总数和已经占用的资源总数计算各路径的紧张程度参数,选择紧张程度最低的路径作为承载路径,将该信息传送给呼叫控制模块;
所述存储模块用于存储的路由资源的配置参数和占用情况参数,以及网管配置的参数。
2.根据权利要求1所述的实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,其特征在于:所述路由控制模块记录的线路集为跳数小于等于指定的公平跳数hop的线路集。
3.根据权利要求2所述的实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,其特征在于:所述路由控制模块分别计算每条路径上的线路集中每一个线路的修正线路紧张程度因子=f(线路紧张程度因子),其中线路紧张程度因子=已占用资源数/资源配置总数,函数f(x)的定义域为:0<=x<=1;并且f(x)是一个f(0)=0,f(1)=无穷大的平滑函数;再分别计算每条路径的修正平均线路紧张程度,修正平均线路紧张程度为线路集中每个线路的修正线路紧张程度因子之和,再除以该路径的跳数,在所有的路径中选取修正平均线路紧张程度最小的路径为承载路径。
4.根据权利要求2所述的实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,其特征在于:所述路由控制模块分别计算每条路径上的线路集中每一个线路的线路紧张程度因子,当最短路径的每一个线路的紧张程度因子都小于指定的负荷启动门限,就选用最短路径作为当前呼叫的承载路径;否则根据网管配置的参数和存储模块中存储的资源配置总数和已经占用的资源总数在多网关间选择承载路径。
5.根据权利要求3或4所述的实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,其特征在于:所述负荷分担修正函数f(x)=1/(1-x)-1。
6.根据权利要求3或4所述的实现路由选择功能的移动业务交换中心服务器,其特征在于:路由选择模块还包括负荷分担控制子模块,用于根据网管的负荷分担修正函数,计算负荷分担效果,进而把各网关之间的承载链路的负荷控制结果和目前的资源占用情况参数动态统计上报给网管或者存储模块。
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PB01 | Publication | ||
C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |