CN101238683A - 基于vlan的接入网络中的服务质量 - Google Patents

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Abstract

在宽带接入网络中，被连接到接入节点(201)的多个最终用户(10)被链接到多个服务供应商(30)，所述多个服务供应商(30)被连接到边缘节点(202)。跨过网络所发送的分组包含服务质量标识符，用于指定相对QoS或优先级或绝对QoS，用于定义为处理所述分组所要求的最小服务质量参数。接入网络优选被划分成用于向各个最终用户提供独立的广播域的独立虚拟局域网(VLAN)。利用在此标签中所包含的QoS标识符对在接入网络上所发送的每个分组进行VLAN标记。当接入节点或边缘节点接收用于指定绝对服务质量的输入数据单元时，所述节点在接受所述服务并且发送所述分组之前通过带宽代理(203)直接或间接地询问网络中的其它节点来确定经由所述接入网络到目的节点是否有足够带宽。

Description

基于VLAN的接入网络中的服务质量
技术领域
本发明涉及经由基于VLAN的接入网络来支持多服务通信业务并且与基于宽带以太网VLAN的接入网络具有特殊相关性。
背景技术
目前存在向连接到宽带接入网络的最终用户提供所谓的三杀(triple-play)服务(语音、视频和数据)的提议。然而，这种接入网络中的带宽从来不是无限的并且新出现的服务比常规的最消耗的服务(诸如因特网冲浪)要求更高的带宽。例如，对于满意的结果而言，单个网际协议电视(Internet protocol television IPTV)信道平均要求5Mbps。高清晰度电视(High definition television HDTV)还有更高的带宽要求。在这种带宽要求下，甚至基于以太网的接入网络也可能会带宽不足，更不用说大规模部署的xDSL基础结构了。由于在接入网络中带宽可能还是相对稀少的资源，所以有效的服务质量机制是必需的。
进一步因素是目前趋向于经由相同的宽带接入网络提供多操作者、多供应商和多服务。在这种网络中，明确定义的服务质量机制不仅对向最终用户提供他们所付费的服务来说是必须的，而且是操作者和供应商跟踪客户并且产生收入的重要方式。
用于经由相同的物理宽带网络支持多供应商、多服务模型的一个方案涉及以太网接入网络使用虚拟局域网(Virtual local areanetwork VLAN)技术来确保通信业务独立。向接入网络内的以太网帧提供VLAN标签。使用此标签内的3比特字段来指定服务与其它服务相比的相对用户优先级。然后依照IEEE802.1D依照其所指定的优先级来处理通信业务。然而，此类处理并不向经由接入网络可用的所有服务保证足够的带宽。
从而需要提供一种方案，其可以向一些服务提供必须的带宽以便经由相同的物理接入网络支持真正的多服务操作。
发明内容
从而本发明的目的是提供一种用于使宽带接入网络能够在大范围服务的情况下支持多服务操作的方法和设备，所述大范围服务包括那些具有大带宽要求的服务。
依照在所附权利要求中所定义的本发明实现了这点和进一步的目的。
实质上本发明包含用于把多个最终用户与多个服务供应商连接的宽带接入网络。最终用户经由接入节点被连接到接入网络。服务供应商借助边缘节点被连接到接入网络。跨过接入网络所发送的每个分组包含用于指定多个相对服务质量中的至少一个或多个绝对服务质量中的至少一个的服务质量标识符，其中所述相对服务质量用于暗示数据单元的相对优先级，所述绝对服务质量用于定义为处理所述分组所要求的最小服务质量参数。接入网络优选被划成用于向各个最终用户提供独立的广播域的独立虚拟局域网(VLAN)。在接入网络上所发送的每个分组被进行VLAN标记，即包括用于标识VLAN的信息和相关的控制信息。在此控制信息中所包括的比特字段中包含服务质量标识符。当接入节点或边缘节点接收用于指定绝对服务质量的输入数据单元时，所述节点在接受用于形成此服务一部分的通信业务并且发送所述分组之前确定通过所述接入网络到目的节点有足够的带宽。
为了确定跨过网络或特殊VLAN的带宽限制，节点检查外向链路上的带宽继而请求关于在接入网络内其它节点之间链路的信息，优选是那些在由VLAN内的生成树协议(spanning tree protocol)STP所产生的接入边缘节点和接入节点之间段内的链路。此信息优选由可以从接入网络内的所有节点访问并获得信息的集中带宽代理(borker)来提供。
由于绝对和相对服务质量标识符都包含在分组中并且由接入节点提取，所以这些节点能够把具有严格服务质量参数的那些服务与其它服务区分开来且从而提供有保证的服务质量。特别是对于基于以太网的接入网络来说，其实质上如在服务供应商的IP网络一样是无连接的，必须向客户提供真正的三杀多服务。所要求的解决方案还使多个服务供应商能够共存于相同的接入网络中，每个服务供应商向他们的客户提供他们自己的具体QoS。由于可以标识具有绝对服务质量的服务，所以可以向所提供的其它服务应用不同的记帐方法。
当使用VLAN标签中的控制字段来标识QoS参数时，这避免了引入额外的通信业务开销。层2聚合网络中的所有设备可以使用标准的现成交换机。此外，由于在单个VLAN中的接入节点和接入端节点之间的链路段由生成树协议STP产生，所以不需要额外的路径寻找机制。如果为绝对服务质量服务保留带宽，那么不需要跳到跳的资源保留。从而此解决方案可以对接入网络所能够支持的那么多服务起作用。
附图说明
根据参考附图以举例形式所给出的以下具体实施方式的描述，本发明的进一步目的和优点将变得更加清楚。在附图中：
图1依照本发明示意地描绘了宽带接入网络。
图2描绘了VLAN标记的以太网帧的结构，和
图3是用于图示对由接入网络中的节点所实施的服务进行许可控制的流程图。
具体实施方式
图1示意地描绘了用于把多个最终用户与多个服务供应商连接的宽带接入网络的结构。依照本发明的优选实施例，接入网络是基于以太网的网络。最终用户EU 10可以包括单个设备或设备的本地网。每个最终用户10经由接入节点201的用户端口被连接到接入网络20。多个服务供应商SP 30还经由供应商端口301被连接到接入网络20。服务供应商可以是用于经由其它专用或公共网络提供对大量不同服务进行访问的网络服务供应商或应用服务供应商，所述网络包括因特网。服务供应商SP 30经由至少一个接入边缘节点AEN 202被连接到接入网络AN 20。接入边缘节点AEN 202或一组接入边缘节点AEN 202表示用于主控被称作服务代理SA 212的多个逻辑实体的复合体，所述服务代理SA 212由服务供应商SP 30来建立。每个服务代理SA 212把由服务供应商所提供的网络或应用上下文的服务原语映射到宽带接入网络朝向最终用户的传输原语。
在接入网络20中，在最终用户设备EU 10和服务供应商SP 30之间的连接由图1中虚线所表示的服务绑定给出。每个服务绑定由服务代理SA 212来维护。服务供应商SP 30在接入网络中可以只有一个服务代理SA 212，如在图1的下半部分的单个服务绑定所图示。作为选择，一些服务供应商SP 30可以使用一个以上服务代理SA 212，产生多个服务绑定，如图1的上半部分所示。然而，不同的服务供应商并不使用相同的服务代理SA 212。
接入网络也被划分成几个虚拟局域网VLAN，一个服务代理SA 212对应于单个VLAN。把通信业务划分成不同的VLAN要求利用VLAN标识符和控制信息来标记以太网帧。VLAN标签用来标识到特定VLAN的帧成员，使其能够在相关联的VLAN内进一步发送或被属于不同VLAN的那些网络节点阻挡。在图2中图示了所标记的以太网帧。标准字段是目的地址、源地址、长度/类型字段、数据和FCS字节。VLAN标签由2字节的VLAN标签协议标识符(protocol identifier PID)和2字节的标签控制信息组成。标签控制信息被划分为3比特字段的优先级信息，单比特的标志规范格式指示符(canonical format indicator)CFI和12比特的VLAN标识符，其中所述CFI对于以太网交换机来说始终被设置为零。这些字段的目的和用途在本领域中是公知的并且也由IEEE 802.1P、IEEE802.1D和IEEE 802.1Q规范定义，因此这里不再进一步详细描述。
依照本发明，修改在IEEE 802.1D规范中所定义的3比特优先级字段(p比特)以便允许服务除限定相对QoS或相对优先级之外还限定绝对服务质量QoS。绝对QoS定义了一组参数，诸如所要求的带宽和网络所必须支持的最大容许分组延迟。据此，如果网络可以提供所指定的参数，那么将接受属于此服务的分组。相反地，如果网络或网络段不能提供所指定的资源和处理，那么会拒绝所述服务。相比之下，相对QoS只借助优先级指定了服务的相对重要性。具有较高优先级的服务会比具有较低优先级的服务更顺利地得到处理，然而并未给这些服务保证最小资源。据此，质量可能根据网络状态而改变。
三个p比特中的第一个用来区分绝对和相对QoS类。特别地是，如果要求绝对QoS支持，那么第一比特被设置为1，得到比特模式1xx，而如果只要求相对优先级，那么第一比特被设置为零，产生比特模式0xx。p比特字段中的其余两个比特分别允许具有不同定义的带宽、分组时延值等的四个独立的绝对QoS类和具有不同优先级的四个相对QoS类。
任何特定服务所要求的服务质量可以是在最终用户EU 10和服务供应商SP 30之间协商的内容，可能根据不同的记帐率来协商。作为选择，其可以由第三方设备来指定。如果所产生的服务质量是绝对QoS，那么属于此服务的分组或帧接收最接近规范的1xx比特值。类似地，如果所产生的服务质量是相对优先级，那么帧会包括最适当的0xx p比特值。填入p比特字段在接入边缘节点AEN 202执行以用于下游通信业务并且借助驻留网关或在最终用户EU 10的类似设备执行以用于上游通信业务。
为了支持具有绝对QoS的服务，接入节点AN 201和接入边缘节点AEN202必须确定是否允许服务进入接入网络。这意味着一收到用于指定绝对带宽和分组延迟要求的新服务的帧，所述节点就必须确定在接入网络中是否存在足够的带宽来支持此服务。这借助于接入网络20中的带宽代理来部分地实现。如图1所示，带宽代理BBr 203是独立的集中实体，其具有接入网络拓扑的资料并且可由接入网络20中的所有节点访问。带宽代理BBr 203可以是接入网络20中的专用节点或位于或接近接入网络的服务器，所述服务器具有到所有节点的直接或间接链路。带宽代理BBr 203可以包括或可以访问数据库，所述数据库包含当前的网络拓扑并且特别是在接入节点201和接入边缘节点202之间的STP段。尽管利用在带宽代理BBr 203和接入节点AN 201以及接入边缘节点AEN 202之间的虚线只图示了两个连接，然而应当理解所述带宽代理BBr 203能够与接入网络20中的所有节点通信。参考图3中的流程图将描述在控制许可要求绝对服务质量的服务进入网络20中各个接入节点AN 201和接入边缘节点AEN 202的操作。
在图3中，由完整线所围绕的算法步骤由接入节点AN 201执行以用于上游通信业务，即来自最终用户EU 10到服务供应商SP 30的通信业务，并且由接入边缘节点AEN 202来执行以用于下游通信业务，即来自服务供应商SP 30到最终用户EU 10的通信业务。用虚线所示出的算法部分仅由接入边缘节点AEN 202执行以用于下游通信业务。所述算法在步骤400开始，接入节点AN或接入端节点AEN收到具有正确的VLAN标识和用于指定一个绝对QoS类的p比特模式1xx的数据分组或帧。在步骤401，所述节点确定与所指定QoS类相关联的参数，检查其朝向与VLAN相关联的接入网络的外向链路以便确定可用带宽并且在步骤402把它与所指定的带宽要求相比较。如果可用带宽是不够的，那么所述方法移到步骤407和408：拒绝所述服务并且向最终用户通知所述服务被拒绝。如果外向链路上的带宽足以用于所指定的QoS，那么所述方法移到步骤403并且所述节点向带宽代理BBr 203发送用于要求网络内可用带宽的请求。带宽代理BBr 203询问在从请求节点到处于接入网络边缘的最终节点的树段中所包括的交换机，即朝向接入边缘节点AEN 202以用于上游通信业务并且朝向接入节点AN 201以用于下游通信业务，用于可用带宽，并且随后向请求节点返回用于表明最小可用带宽的消息。在步骤404，所述节点把由带宽代理BBr 203所传送的最小可用带宽与由1xx比特模式所指定的带宽要求相比较，并且如果它是不够的，那么所述方法移到步骤407和408，其中所述节点拒绝所述服务并且向最终用户EU 10通知此事实。然而如果由带宽代理BBr 203所传送的最小带宽足以支持所要求的QoS，那么所述方法移到步骤405并且接受服务且触发记帐。
当此算法由接入边缘节点AEN 202执行以用于下游通信业务时，在步骤407拒绝服务后面是在步骤408接入边缘节点AEN通知最终用户EU并且另外在步骤409所述接入边缘节点AEN通知服务供应商SP以及触发停止记帐。
一旦用于指定绝对QoS的服务已经在网络上接受，那么接入节点AN201和接入边缘节点AEN 202都执行常规的速率，以用于限制并校正与相同服务相关的随后分组或帧。
依照与常规网络相同的方式来处理用于指定相对QoS的通信业务。不需要任何许可控制。接入节点AN和接入边缘节点AEN让尽可能多的通信业务进入并且依照由0xx p比特模式所指定的四个不同的优先级类来处理所述通信业务。
再回到图1应当理解，混合在任何特定VLAN上的通信业务取决于每个服务供应商SP 30可用的服务代理212的数目。当在接入网络20中服务供应商SP 30只有一个服务代理时，VLAN必须携带绝对和相对QoS通信业务的混合。
取决于服务供应商SP 30是否建立一个或几个服务代理SA 212，具有绝对QoS和相对QoS的服务可以进入相同的VLAN或独立的VLAN中。如果单个VLAN携带绝对和相对QoS帧，那么此VLAN内的所有节点或交换机为具有绝对QoS的服务保留确定的绝对带宽量或固定的带宽百分比。由于链路容量在不同的节点上常常是不同的，被所述链路所限制的链路带宽具有最低带宽，节点保留绝对带宽量而不是百分比是优选的。利用正常的维护和排队算法依照常规方式来处理相对QoS通信业务。对于绝对QoS通信业务来说，接入节点AN 201或接入边缘节点AEN 202执行在图3中所图示的许可控制算法。
如果服务供应商SP 30对于它所提供的每个服务具有独立的服务代理SA 212，那么在不同的VLAN中不存在通信业务的混合。然而，在处理绝对QoS通信业务的那些VLAN中，实现图3的许可控制算法。
另一可能性是服务供应商SP 30使用一个VLAN来用于不同服务类型的相对QoS通信业务并且使用另一VLAN来用于绝对QoS通信业务。这里必须再由相关VLAN中的接入和接入边缘节点来执行对绝对QoS通信业务的许可控制。
在上述优选实施例中，带宽代理BBr 203是接入网络中的集中实体。然而，作为选择可以在接入网络中的节点之间分布带宽确定功能。在这种情况下，接入网络中的每个节点可能会依照分布式方式来广播其可用资源。

Claims (15)

1.一种在用于把多个最终用户(10)连接到多个服务供应商(30)的分组交换宽带接入网络(20)中的接入节点(201；202)，所述节点(201；202)适于标识在所接收分组中的服务质量标识符，所述分组属于被指定给最终用户(10)或服务供应商(30)的特定服务，
其特征在于所述节点进一步适于
查明所述服务质量标识符指定绝对服务质量参数，
确定跨过所述网络(20)朝向目的地最终用户或服务供应商的可用带宽，并且
只有所述可用带宽足以提供在所述服务质量标识符中所指定的服务质量参数，才接受所述服务并且在所述接入网络上发送所述分组。
2.如权利要求1所述的接入节点，其特征在于所述接入节点被布置在所述接入网络中的虚拟局域网中，并且其中所述节点适于从并入到所述分组中的虚拟局域网标签提取所述服务质量标识符并且确定在所述虚拟局域网内的生成树协议段中所包含的节点之间朝向所述目的地最终用户(10)或服务供应商(30)的带宽。
3.如权利要求2所述的接入节点，其特征在于所述节点适于确定在与所述虚拟局域网相关联的外向链路上可用的最小带宽并且从所述虚拟局域网内的生成树协议段中的其它节点请求带宽信息以便确定朝向所述目的地最终用户(10)或服务供应商(30)的最小可用带宽。
4.如权利要求3所述的接入节点，其特征进一步在于所述接入节点适于经由可访问所述接入网络(20)中的节点的独立带宽代理(203)从所述生成树协议段中的所述其它节点请求信息。
5.如先前权利要求中任何一个所述的接入节点，其中所述节点(202)被连接到至少一个服务供应商(30)并且向所述至少一个服务供应商提供对所述接入网络的访问，其特征在于所述节点(202)进一步适于把虚拟局域网标签内的服务质量标识符插入到属于特定服务的输入分组中。
6.一种用于经由多个交换节点把多个最终用户(10)连接到多个服务供应商(30)的分组交换宽带接入网络(20)，所述接入网络包括多个接入节点(201)和至少一个接入边缘节点(202)，所述多个接入节点(201)被连接到所述最终用户(10)并且适于向所述最终用户(10)提供对所述接入网络(20)的访问，所述至少一个接入边缘节点(202)被连接到所述多个服务供应商(30)并且适于向所述服务供应商(30)提供对所述接入网络(20)的访问，所述接入网络进一步被划分为用于链接一个服务供应商(30)和至少一个最终用户(10)的多个虚拟局域网，其中所述接入节点(201)和接入边缘节点(202)中的每个适于验证在所接收分组中所包含的虚拟局域网标签，其特征在于所述接入节点(201)和接入边缘节点(202)中的每个进一步适于标识在所述所接收分组中的所述虚拟局域网标签中所包含的服务质量标识符是指定了绝对服务质量参数还是相对服务质量，
以便查明所述服务质量标识符指定适用于属于特定服务的分组的绝对服务质量参数，
以便确定经由虚拟局域网内的交换节点朝向目的地最终用户或服务供应商的可用带宽，并且
以便只有所述可用带宽足以提供在所述服务质量标识符中所指定的服务质量参数，才接受所述服务并且在所述接入网络上发送所述分组。
7.如权利要求6所述的接入网络，其特征进一步在于带宽代理(203)适于与所述接入网络(20)中的所有节点通信，从所述节点获得关于外向链路的带宽信息并且向请求接入或接入边缘节点(201；202)传送在生成树协议段上的最小可用带宽。
8.如权利要求6或7所述的接入网络，其特征在于所述接入网络是基于以太网的网络。
9.在用于经由多个交换节点把多个最终用户(10)连接到多个服务供应商(30)的宽带分组交换接入网络中，其中所述接入网络包括被连接到所述最终用户(10)的多个接入节点(201)和被连接到所述多个服务供应商(30)的至少一个接入边缘节点(202)，一种用于控制对接入节点或所述接入边缘节点中的所述接入网络进行访问的方法包括步骤
标识在属于特定服务的接收分组中的服务标识符，所述特定服务被指定给最终用户(10)或服务供应商(30)，查明所述服务质量标识符是指定绝对服务质量参数还是相对服务质量，
确定跨过所述网络(20)朝向目的地最终用户或服务供应商的可用带宽，并且
只有所述可用带宽足以提供在所述服务质量标识符中所指定的服务质量参数，才接受所述服务并且在所述接入网络上发送所述分组。
10.如权利要求9所述的方法，其特征进一步在于用于确定可用带宽的步骤包括步骤：用于确定来自所述接入节点(201)或接入边缘节点(202)的外向链路上的带宽并且从所述节点请求与在所述接入网络(20)内具体段中的节点之间朝向目的地最终用户(10)或服务供应商(30)的可用带宽有关的信息。
11.如权利要求9所述的方法，其特征进一步在于用于确定可用带宽的步骤包括步骤：用于确定来自所述接入节点(201)或接入边缘节点(202)的外向链路上的带宽并且从集中带宽代理(203)请求与在所述接入网络(20)内具体段中的节点之间朝向目的地最终用户(10)或服务供应商(30)的可用带宽有关的信息。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征进一步在于把所述接入网络划分成多个虚拟局域网，每个局域网提供对一个服务供应商和至少一个最终用户(10)的访问，其中从具体段中的节点请求关于可用带宽的信息的步骤包括从在生成树协议段内的节点请求带宽信息，所述生成树协议段包含在所述接收分组中所定义的虚拟局域网中。
13.如权利要求9到12中任何一个所述的方法，进一步包括步骤：当接受所述服务时触发对在最终用户和服务供应商之间的服务记帐。
14.如权利要求9到12中任何一个所述的方法，进一步包括步骤：如果所述可用带宽不足以提供在所述服务质量标识符中所指定的服务质量参数那么拒绝服务，并且至少向源或目的地最终用户通知所述服务拒绝分组。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括步骤：向源服务供应商通知服务拒绝分组并且触发停止对在最终用户和所述服务供应商之间所述服务的记帐。
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