CN101297524A - 数据流的汇聚式资源预留 - Google Patents

Abstract

提供了一种网络节点，用于在通信网络中为数据流预留资源。所述节点检测新数据流的资源预留的请求，并基于新数据流的多个描述符和预留计数来计算接纳测试计数，所述预留计数表示已被接纳的数据流的多个描述符的预留函数并指定所接纳的数据流的资源。如果接纳测试计数小于多个业务量描述符的最大接纳计数，则接纳新数据流，并基于新数据流的描述符更新预留计数。多个接纳公式因此可以被用于维持数据流的所汇聚的预留计数，其中计数的数目与流的数目无关。

Description

数据流的汇聚式资源预留

技术领域

本发明涉及通信网络中的数据流的预留资源。

背景技术

如今的商业和个人环境中的通信应用无处不在，并提供广泛的多种不同服务，诸如提供电子邮件服务、web浏览、电话和视频会议。随着不同的通信应用，显现不同的资源要求。例如，电子邮件应用要求数据从发送方传输到接收方，但通常对数据传输并没有强加严格的时间约束。然而，语音或视频通信应用要求一定的最小数据吞吐量，并且对时间很敏感，即，信息传输的延迟例如导致语音或视频丢失，并引起相应的麻烦。

此外，虽然传统的电路交换网通常为某个应用提供专用连接，诸如为电话交谈或视频会议提供专用连接，但是分组交换的或无连接的网络并不提供这种专用通信线路，而是可以例如可能通过变化的路径将数据分组序列从源路由选择到目的地。这些分组中的一个或多个分组在传输期间的延迟将在目的地产生问题，因为这种应用在继续进行服务之前必须等待被延迟的数据分组。

显然，网络的这种特性是不受欢迎的，从而产生了对在这种网络中保证通信的某些最低质量的机制的需求。服务质量(QoS)是表示通信应用的所要求的特征的术语。例如，表征视频会议的服务质量能由某一最小数据吞吐量和数据传输的某个最大延迟组成。为了满足服务质量要求，通信应用可以在通信实体之间建立通信链路之前用信号通知对应的信息。如有可能，网络响应于此来建立维持所指定的要求的对应通信链路。

一初始化与应用相关联的通信或数据流，就可以为该通信应用预留通信资源。此预留可以致力于通信应用所提出的服务质量要求。这些资源可以由给通信链路或数据流分配所要求的资源的中央管理机构预留一次，或者在分布式的基础上，在通信网络中的传输或中继通信链路或数据流的每个网络节点处，可以将这些通信资源动态地分配给通信。如果有足够的通信资源可用，则只可以接纳(admit)新数据流。

因此，在这种情况下要求每个网络节点维持有关先前分配的通信资源的信息。

然而，由于潜在有大量的不同数据流，所以每个节点必须针对每个流的要求存储对应大量的数据。

发明内容

本发明的目标在于规定，在通信网络中以针对多个不同服务要求的降低的计算要求为数据流预留资源。

本发明的目标通过独立权利要求的主题来解决。有利实施例公开于从属权利要求中。

根据实例，在通信网络中为数据流预留资源的方法包括：检测新数据流的资源预留的请求，所述资源预留的请求包括指定所请求的资源的多个描述符；基于新数据流的多个描述符和预留计数，计算接纳测试计数，所述预留计数表示多个所接纳的数据流中的指定所接纳的数据流的资源的多个描述符的预留函数；如果接纳测试计数小于多个业务量描述符的最大接纳计数，则接纳新数据流；以及，如果新数据流被接纳，则基于新数据流的描述符更新预留计数。

因此，由于预留计数相对于多个描述符(诸如，服务质量要求)来表示多个所接纳的数据流的资源，所以节点可以处理潜在大量的流，而不用单独存储每个流的描述符。如果流被接纳，则只有预留计数需要进行更新，以便还反映新流的资源。

根据实例，预留函数由求和函数或乘积函数构成，其中，求和函数由将数据流的描述符作为变量的函数总和构成，并且乘积函数由将数据流的描述符作为变量的函数乘积构成。因此，通过现有预留计数与新流的描述符的函数的加法运算或乘积运算，预留计数可以基于新流的描述符进行更新。

根据另一实例，更新接纳测试计数包括给预留计数加上新数据流的描述符的求和函数，或者包括用新流的描述符的乘积函数乘以预留计数。对应的被更新的预留计数于是有利地反映包括新流的所有被接纳的数据流。

根据另一实例，如果接收到针对所接纳的流之一的释放指令，则可以基于对应的描述符更新每个预留计数。释放流可以包括：从预留计数中减去所释放的流的描述符的求和函数，或者将预留计数除以所释放的数据流的描述符的乘积函数。因此，可以通过减法运算或除法运算在预留计数中反映被释放的流，从而避免了需要维持所有可能被释放的流的描述符。

更进一步，根据另一实例，计算每个预留计数基于在具有预定持续时间的刷新窗口期间被接纳或被刷新的流。除非在刷新窗口期间接收到与流相关联的刷新请求，或者如果接收到明确的释放指令，才可以释放该流。因此，通过利用刷新窗口以及通过释放在刷新窗口内未被刷新的或明确被释放的所有流，预留计数能够记住(keeps track of)在刷新窗口的持续时间期间被接纳的和未被释放的所有流。

根据有利实施例，每个预留计数可以包括多个子计数，每个子计数基于在刷新窗口的相邻子部分期间被接纳或被刷新的流，其中子部分对应于推进(advance)刷新窗口的时间单位。刷新窗口一被推进了一个时间单位，就生成新的子计数，并去除子计数中最旧的子计数。因此，在滑动窗口(sliding window)每次推进一个时间单位时，就可以去除最旧的子计数，并基于所有被接纳的新流、被刷新的和被释放的流来计算新的子计数。新的预留子计数于是反映了所有新的、被刷新的和被释放的流，使得最旧的预留计数被废弃。因此，维持多个预留子计数就足够了，一个预留子计数是针对刷新窗口的每个子部分或时间单位的每个预留计数，从而进一步降低了计算的复杂性。

根据另一实例，基于所测量的带宽、新流的峰值速率以及所接纳的流中的新流降级(degrade)总和之和，计算接纳测试矢量。

可以提供一种程序，其具有适于执行上述操作的指令，而计算机可读介质可以包括该程序。一种计算机程序产品可以包括所述计算机可读介质。

根据另一实例，可以提供一种用于在通信网络中为数据流预留资源的网络节点，该网络节点包括：资源管理器，用于检测新数据流的资源预留的请求，所述资源预留的请求包括指定所请求的资源的多个描述符，以及用于基于新流的多个描述符和预留计数来计算接纳测试计数，所述预留计数表示多个所接纳的数据流的多个描述符的预留函数并指定为所接纳的数据流而分配的资源；流控制单元，用于如果接纳测试计数小于多个业务量描述符的最大接纳计数，则接纳所述新数据流；并且其中，资源管理器适于，如果新流被接纳，则基于所述新流的描述符来更新接纳测试计数。

附图说明

图1图解说明了根据本发明实施例的用于资源预留的通信系统的元件；

图2图解说明了根据本发明实施例的用于在通信网络中为数据流预留资源的方法的预留；

图3图解说明了根据本发明另一实施例的用于资源预留的方法的操作，尤其是图解说明了释放数据流；

图4图解说明了根据本发明另一实施例的用于资源预留的方法的操作，尤其是图解说明了更新预留计数；以及

图5图解说明了根据本发明另一实施例的用于通信网络中的资源预留的方法的操作，尤其是结合滑动窗口算法来图解说明维持预留子计数。

具体实施方式

图1图解说明了根据本发明实施例的用于为数据流预留资源的通信网络的元件。

图1图解说明了用于在通信实体之间中继或传输数据流的网络的通信节点。该网络节点(通常用100表示)被配备有资源管理器110和流控制单元120。流控制单元为数据流提供了通信资源，并且可以接纳或拒绝新数据流。资源管理器记住在用于中继或传输数据流的网络节点处可用的资源。网络节点100经由通信链路150与用130表示的相邻网络节点相连接。每个网络节点130可以具有类似于网络节点100的构造，即，每个节点可以被授权来记住可用资源以及接纳或拒绝新数据流。网络节点100、130可以形成较大网络的部分，该较大网络由大量的网络节点和通信实体组成。

如果接收到资源请求，如以151示意性示出的那样，则网络节点100处的资源预留机制成为活动的。资源请求可以由通信实体发布，诸如由计算装置、电话、视频会议设备等的实体来发布，并且要么从通信实体直接接收，要么经由网络节点130且通过连接网络节点130和网络节点100的通信链路150来接收。

资源管理器110被设置用于检测要求在网络节点100被接纳的新数据流的资源预留的资源请求151。资源请求至少包括指定所请求的资源的多个描述符，所请求的资源诸如是最小带宽要求、平均带宽要求、数据传输的最大时间延迟、峰值速率、平均速率或任何其他服务质量要求。除此之外，资源请求还可以包括请求实体和数据流的身份、用于请求某些资源的授权码、保密码等等。

当资源请求被检测到时，基于新流的多个描述符和恒定数目的预留计数(例如，先前计算出并被维持在存储单元中)，资源管理器110计算接纳测试计数。预留计数表示计算预留函数的结果，这些预留函数将多个所接纳的数据流的多个描述符作为变量并且指定所接纳的数据流的资源。因此，预留计数以汇聚的方式反映各个流的资源描述符，即不用明确地表示各个流的资源描述符。由于不用单独针对所有流存储资源描述符，所以变量(即预留计数)的数目变为与流的数目无关，并且系统成为可轻易扩展的。

更确切地说，一检测到资源请求，资源管理器就从资源请求中提取请求被接纳的流的描述符，并且计算或(诸如从存储单元中)获得预留计数，所述预留计数表示已被接纳的数据流的对应描述符的预留函数并指定所分配的资源。

可以存在要在所接纳的数据流的资源描述符或确切地说描述符值上执行的多个预留函数，每个预留函数与预留计数相关联并指定数学运算，诸如求和运算、乘积运算、平方根运算等。

除此之外，还利用新数据流的描述符作为变量来执行预留函数，并且然后基于对新数据流的描述符值计算预留函数的结果以及预留计数，获得对应的接纳测试计数。接纳测试计数可以是矢量中的单值或者是不同值的集合，并且如果新流被接纳，则接纳测试计数表示总的所要求的资源。

根据实例，预留计数可以表示所有被接纳的流的所要求的带宽、所有被接纳的流的估计峰值速率、传输数据的最大保证时间延迟等等。该接纳测试计数于是会反映包括新数据流的总带宽、包括新数据流的最大峰值速率和包括新数据流的数据传输的最大保证时间延迟。

在计算接纳测试计数之后，资源管理器决定，如果接纳测试计数并未超过多个业务量描述符的最大接纳计数，则要接纳新数据流，其中，最大接纳计数例如组成最大预留计数的接纳函数。

例如，基于网络节点所提供的各个资源的阈值极限，诸如基于最大可用带宽、最大可允许的峰值速率等，可以计算最大接纳计数。

根据实例，最大接纳计数表示单值，诸如表示基于每个最大可允许的描述符的加权计算，并且类似地，接纳测试计数可以由例如反映基于多个预留计数和新流的描述符的加权计算的单值构成。在这种情况下，如果接纳测试计数的值并未超过最大接纳计数，则流将被接纳。

可替换地，最大接纳计数包括对应于各个最大资源描述符的多个值，并且可以执行与接纳测试计数的对应元素的各个比较。如果接纳测试计数的元素中没有一个超过最大接纳计数的对应最大预留计数，则流可以被接纳。如果接纳测试计数和最大接纳计数由多个值组成，则新流的接纳还可以根据某些规则进行，这些规则诸如是允许组成部分(component)之一超过对应的最大组成部分等。

如果新数据流被接纳，则基于新数据流的描述符来更新预留计数，以致在更新操作之后，预留计数反映所有被接纳的数据流(包括新数据流)的所有已预留的资源。如果新流未被接纳，则资源管理器并不更新预留计数，在该情况下，预留计数保持反映先前被接纳的数据流。

流控制单元120在接纳检查之后执行接纳或拒绝数据流的步骤，从而包括预留对应的资源和随后传输与所接纳的数据流有关的数据。

网络节点100是通信网络(诸如，无线通信网络或有线绑定的或混合的通信网络)的多个节点中的一个节点。网络节点可以例如是网络的路由器(诸如，基于因特网的网络中的路由器)、基站，或连接相邻通信网络的任何网络节点。以150图解说明了网络中的通信链路，并且这些通信链路可以是专用通信链路、无连接的通信链路或无线链路。根据一个实例，通信网络至少部分地由分组交换网组成，诸如由基于IP的网络(例如因特网)组成，其中，分组序列组成所接纳的或被检查来接纳的数据流。

在操作中，每个网络节点可以负责管理其自己的资源，即，负责接纳数据流或拒绝数据流。因此，如果路径沿线的所有网络节点都接纳数据流，则该数据流只可以从源被路由选择到目的地。接纳流的程序可以动态地执行，诸如当通信应用着手进行设置通信会话和请求路由选择对应的数据流时执行。

根据实例，资源管理器110和流控制单元120由网络节点的处理元件组成，诸如由对应的硬件和/或软件组成。可替换地或除此之外，可以利用外部部件，诸如利用用于存储预留计数的外部存储器、用于计算接纳测试计数的外部处理元件等。资源管理器和流控制单元可以由彼此经由内部总线等进行通信的分开的专用元件组成。可替换地，资源管理器和流控制单元可以由至少部分地通过在处理单元上执行的对应软件例行程序实现的逻辑实体组成。

根据上述实施例，由于恒定数目的预留计数相对于多个描述符(诸如服务质量要求，诸如峰值带宽速率、平均速率、突发尺寸等)汇聚了多个所接纳的数据流的资源，所以节点可以处理潜在大量的流，而不用单独存储每个流的描述符。如果流被接纳，则只有预留计数需要被更新，以便还反映新流的资源。因此，接纳控制公式可以在约化态(reduced state)环境中被维持，其中，预留计数汇聚了被接纳的资源。

在下面，将参照图2描述本发明的另一实施例。图2图解说明了用于通信网络中的资源预留的方法的操作。

在第一操作201，检测到新数据流的资源预留的请求，所述资源预留的请求包括指定网络节点处的被请求的通信资源的多个资源描述符。在一个实例中，该请求在沿着两个通信实体之间的路径的每个网络节点处被接收到。资源预留的请求可以根据用于在通信网络中交换消息的通信协议进行传输，并且例如沿着从通信源到通信目的地的期望的或适当的通信路径，该资源预留的请求可以从一个网络节点被转发到随后的网络节点。资源预留的请求在该网络节点请求接纳新数据流。

数据流可以是任何形式的从通信源向通信目的地传输的数据。例如，数据流可以是承载通信数据的连续数据流或数据分组序列。

资源预留的请求可以单向地请求接纳新数据流，即从通信源到通信目的地请求，或者可以双向地请求接纳数据流，即从通信源到通信目的地以及在从通信目的地到通信源的返回路径上请求。

随着数据流传输的应用数据或有效载荷信息可以来自任何种类的通信，即可以包括电子邮件数据、语音数据、视频会议数据、与计算装置之间的交换有关的数据等。

优选地，指定所请求的资源的描述符规定了所要求的最小资源，用于满足下层应用的要求。例如，描述符可以指定所要求的带宽、所要求的中等带宽、峰值速率、平均速率和最大可允许的传输延迟等等。此外，描述符可以指定漏桶(leaky bucket)和令牌桶(token bucket)。

在操作202，在网络节点处，接纳测试计数基于随着资源预留的请求一起接收到的新流的多个描述符以及多个预留计数进行计算。预留计数表示多个所接纳的数据流的多个描述符的预留函数，并且指定所有被接纳的数据流的汇聚资源。预留函数可以例如由求和函数、乘积函数或求和与乘积函数的集合组成。求和函数由分别将每个数据流的描述符作为变量的预留函数的总和组成，而乘积函数由将数据流的描述符作为变量的函数的乘积组成。

一般而言，求和函数具有下列形式：

$S_n=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f}_n\left({\stackrel{\‾}{p}}_i\right),---\left(1\right)$

而乘积函数具有下列形式：

$P_m=\underset{i}{\mathrm{\Π}}{g}_m\left({\stackrel{\‾}{p}}_i\right)---\left(2\right)$

其中：

S_n和P_m组成预留计数，

p_i表示流i的描述符的矢量；

f_j表示求和型预留计数j的预留求和函数；

g_k表示乘积型预留计数k的预留乘积函数；

根据实例，基于所测量的带宽、新数据流的峰值速率以及新数据流的峰值速率和所接纳的流的峰值速率总和之和，计算接纳测试矢量。

在此实例中，Hoeffding-Bounds(HB)被用来进行接纳决策。这里，如果下式成立，则第(n+1)个流被接纳：

$M+p_{\mathrm{new}}+\sqrt{\frac{\ln (1/\∈)({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n+1}{\left(p_i\right)}^2+{\left(p_{\mathrm{new}}\right)}^2)}{2}}\≤C,$

其中，M是所测量的带宽，p_i是第i个流的用信号通知的峰值速率，∈(epsilon)是控制接纳控制程序的风险程度的参数，而C是链路容量。该公式可以被变换成适合约化态环境的形式：

$G(S_1,M,p_{\mathrm{new}})=M+p_{\mathrm{new}}+\sqrt{\frac{\ln (1/\∈)(S_1+p_{\mathrm{new}}^2)}{2}}\≤C---\left(4\right)$

此实例的接纳控制公式要求将 $S_l=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{p}_i^2$ 维持为所汇聚的变量。

通过用所接纳的数据流的描述符的求和函数或乘积函数表示预留计数，可以记住所接纳的资源，而不用维持有关每个所接纳的数据流本身的描述符的信息。相反地，所有被接纳的流的描述符的求和或乘积函数计算的所汇聚的结果被维持为预留计数。因此，每个预留计数可以对应于在网络节点处所使用的资源的数量或程度，其对应于所有被接纳的数据流的描述符。

计算接纳测试计数包括将新数据流的描述符结合到预留计数中。例如，如果用于计算预留计数的预留函数是求和函数，则可以给预留流加上新流的描述符的预留函数，并且如果预留函数是乘积函数，则可以用对应的预留计数乘以新流的描述符的乘积函数。

然后，接纳测试计数是所有预留计数的函数，其包括新数据流的描述符。

一般而言，接纳测试计数为下列形式：

$F(\underset{1}{\mathrm{\Σ}}{f}_1\left({\stackrel{\‾}{p}}_i\right);....;\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{f}_j\left({\stackrel{\‾}{p}}_i\right);\underset{i}{\mathrm{\Π}}{g}_i\left({\stackrel{\‾}{p}}_i\right);.....;\underset{i}{\mathrm{\Π}}{g}_k\left({\stackrel{\‾}{p}}_i\right);{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{new}};\stackrel{\‾}{C})---\left(5\right)$

其中：

p_i表示流i的描述符的矢量；

f_j表示求和型预留计数j的预留求和函数；

g_k表示乘积型预留计数k的预留乘积函数；

p_new表示数据新数据流的描述符的矢量；

C表示接纳测试计数的预先配置的参数的矢量；以及

F表示任意函数。

在计算接纳测试计数之后，在操作203确定，接纳测试计数是否并没有超过最大接纳计数。最大接纳计数代表最大可允许的资源预留，并且基于在网络节点可用的资源的最大值，所述资源用所接纳的数据流和新数据流的描述符来描述。优选地，最大接纳计数基于最大预留计数的接纳函数。

一般而言，最大接纳计数被表示为：

F′(S₁；S₂；...；S_f；P₁；P₂；...；P_k；p_new；C)        (6)

其中：

S_j表示用于求和函数的最大预留计数；

P_k表示求和函数的最大预留计数；以及

F′表示接纳函数。

确定操作203可以包括两个值的比较，或者可以包括比较表示接纳计数的多个值与表示最大计数的对应值。比较运算可以被看作是两个矢量的比较，即接纳计数矢量和最大计数矢量的比较。如果接纳测试计数的元素中没有一个超过最大接纳计数的对应值，则会认为接纳计数未超过最大接纳计数。可替换地，能够比较接纳测试计数矢量的长度和最大接纳计数矢量的长度。

如果在操作203判断是“否”，即如果接纳测试计数超过最大接纳计数，则在操作206拒绝新数据流。

如果在操作203判断是“是”，即当接纳计数并未超过最大接纳计数时，则在操作204接纳新数据流。接纳新数据流优选地包括根据资源请求分配路由选择新数据流所要求的资源。操作204还可以包括通知请求实体和接纳数据流的通信路径沿线上的所有通信节点。

此外，在操作205，预留计数基于新流的描述符进行更新。此操作用于将针对新数据流的现在所分配的资源反映到预留计数中。更新预留计数可以包括存储接纳测试计数的元素，即，预留计数包括新流的描述符作为新的预留计数。如果预留函数是求和函数，则对应的被更新的预留计数是先前的预留计数和新流的描述符的预留求和函数之和。如果预留函数是乘积函数，则被更新的预留计数对应于先前的预留计数与新流的描述符的预留乘积函数的乘积。更新操作可以包括重写先前的预留计数，以从现在开始例如反映在另一新数据流的接纳操作中的被更新的预留计数。

如果新数据流被拒绝，则不执行这种更新操作，并且先前被存储的或被计算出的预留计数照现在的样子被维持。

在下面，将描述接纳控制公式的另一实例。

此实例示出了如例如在H.G.Perros和K.M.Elsayed的“Calladmission controls chemes：A review”(IEEE CommunicationsMagazine，第34卷，第11册，第82～91页，1996年11月)中所述的重业务近似(HTA，heavy traffic approximation)理论的约化态实现方案。

根据重业务近似理论，如果下式成立，则在节点处接纳新流。

$\mathrm{In}\left[\mathrm{\&gamma;}\frac{1}{K_z}\right]<\mathrm{In\&epsiv;}---\left(7\right)$

其中

$z\&ap;1+\frac{1-({\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{r}_i{R}_i+r_{\mathrm{new}}{R}_{\mathrm{new}})}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{r}_i{R}_i{(1-r_i)}^2{b}_i+r_{\mathrm{new}}{R}_{\mathrm{new}}{(1-r_{\mathrm{new}})}^2{b}_{\mathrm{new}}}---\left(8\right)$

其中，下列为预先配置的参数，即取决于环境(诸如节点)而不是取决于流本身的参数：

·γ：常量参数

·K：是节点处的缓冲容量

·ε：是目标损耗概率

并且其中，下列为每流(per-flow)用信号通知的描述符，即与流联合传输的描述符。

·R_i：是流i的峰值速率

·r_i：是流i的活动因子

·b_i：流i的活动周期的平均持续时间

如果定义了下列预留计数，则上述接纳控制函数(8)可以被变换成约化态环境：

$S_1={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{r}_i{R}_i---\left(9\right)$

$S_2={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{r}_i{R}_i{(1-r_i)}^2{b}_i---\left(10\right)$

将预留计数(9)和(10)带入接纳控制函数(8)产生约化态接纳控制函数：

$z=1+\frac{1-S_1-r_{\mathrm{new}}{R}_{\mathrm{new}}}{S_2+r_{\mathrm{new}}{R}_{\mathrm{new}}{(1-r_{\mathrm{new}})}^2{b}_{\mathrm{new}}}---\left(11\right)$

如果现在想要接纳新流，则基于预留计数(9)和(10)以及新流的描述符的矢量p_new计算下列接纳测试计数。

$\mathrm{In}\left[\mathrm{\&gamma;}\frac{1}{{\{1+\frac{1-S_1-r_{\mathrm{new}}{R}_{\mathrm{new}}}{S_2+r_{\mathrm{new}}{R}_{\mathrm{new}}{(1-r_{\mathrm{new}})}^2{b}_{\mathrm{new}}}\}}^K}\right]<\mathrm{In\&epsiv;}---\left(12\right)$

将接纳测试计数与前述的最大接纳计数相比较，并且如果决定接纳该流，则预留计数(9)和(10)被更新如下：

S₁←S₁+r_newR_new                    (13)

S₂←S₂+r_newR_new(1-r_new)²b_new       (14)

如果流未被接纳，即如果预留测试计数超过前述的最大接纳计数，则预留计数(9)和(10)不进行更新。

另一方面，如果通过对应描述符的明确信令来释放流，则预留计数(9)和(10)被更新如下：

S₁←S₁-r_newR_new                       (15)

S₂←S₂-r_newR_new(1-r_new)²b_new          (16)

图2图解说明了本发明方法的优点，即避免存储每个所接纳的数据流和新数据流的描述符，而是维持表示所有流的描述符的更多乘积函数的恒定数目的预留计数，并且如果新流被接纳，则适当地更新这些预留计数。

在下面，将参照图3描述本发明的另一实施例。

图3示出了用于资源预留的方法的操作，尤其是图解说明了与释放先前被接纳的流的资源有关的操作。

操作开始于入口点A，该入口点A例如跟随图2的操作205。

如关于先前实施例所注释的那样，预留计数被维持，这些预留计数以汇聚的方式反映所有被接纳的流的资源，即，并没有相对于每个被接纳的流存储信息，而是以汇聚的方式共同反映所有流。因此，必须进行特别规定，以便不仅终止数据流，而且针对不再被维持的特定流从预留计数中去除已分配的资源或更确切地说是所请求的资源的资源描述符。

在第一操作301，确定是否接收到与特定流相关联的释放指令。类似于资源请求，释放指令可以从通信源沿着所接纳的数据流的路径被传输，以便通知每个通信节点不再需要该通信链路和相关联的数据流。优选地，释放指令包括要被释放的流或通信链路的指示，并还包括针对该数据流所接纳的资源的描述符。如下面将进一步描述的那样，所接纳的资源(即，先前在为接纳数据流而传输资源请求时所请求的资源)的描述符可以被用来对应地调整预留计数。

如果在操作301判断是“是”，从而指示接收到释放指令，则在操作303释放对应的数据流，从而使得对应被分配的资源可用于其他的数据流。释放数据流可以包括终止相关联的通信链路，诸如通过图1中所示的流控制单元120来终止。

如果在操作301判断是“否”，从而指示未接收到释放指令，则在操作302确定是否在某一预定时间周期内接收到刷新请求。例如，通信网络被设计来使得要求维持所接纳的流的每个通信实体周期性地传输刷新请求，以便通知每个中继通信节点，仍要求该通信链路或数据流。例如，依据终止事件(诸如取消应用或关闭运行该应用的计算装置)，通信实体(诸如通信应用)可以不处于发送明确释放指令的地位，而是可以简单地被终止。如果流会依据明确的释放指令只是被释放，则在这种情况下可以不确定地维持通信链路或数据流。

因此，例如一终止对应的通信应用就不再要求数据流的信息还可以通过捆绑(seizing)来传送，以便传输周期的刷新请求。类似于释放指令，刷新请求优选地包括要被维持的数据流的指示，并且还可以包括要被维持的流的资源的描述符，诸如针对该流所发布的先前资源请求的描述符。如下面将进一步描述的那样，把要被维持的数据流的描述符包括到刷新请求中能够维持预留计数被更新。

如果在操作302判断是“否”，从而指示未接收到某一预定时间周期或刷新周期内的刷新请求，则如前所述，在操作303释放该数据流。

此后，在操作304，预留计数基于所释放的流的描述符进行更新。如果接收到明确的释放指令，则释放数据流包括将新流的描述符包括到预留计数中的反向过程，即，包括从预留计数中减去所释放的数据流的描述符的所有求和函数，以及包括将所有乘积函数的预留计数除以所释放的数据流的描述符的乘积函数。因此，依据明确的释放指令，通过基于所释放的流的描述符来从所汇聚的计数中去除所释放的流的资源可以更新预留计数。

如果在操作303一缺少所要求的时间周期内的刷新请求就释放数据流，则通信节点可以主动查询该流的描述符，例如通过询问正式请求接纳该数据流的实体来查询。基于此询问，网络节点获得未被刷新的流的描述符，并且如之前关于明确被释放的流所描述的那样，可以对应地从预留计数中去除这些描述符。

因此，可以始终使预留计数保持最新，并且这些预留计数反映持续使用中的所有流。

如果通信节点不能获得未被刷新的流的描述符，则可以使用基于时间的算法，该算法将参照图5进行更详细的描述。简言之，此算法涉及将每个已刷新的流作为被接纳的新流来对待，即，每个已刷新的流的描述符被包括在预留计数中。为了避免在预留计数中过多表示(over-represent)描述符并且因此过多表示已刷新的流的资源，由于预留计数针对每次刷新被增加，所以预留计数被配备有时间标签，从而允许去除预留计数的到期部分或子计数。如果预留子计数的时间标签比刷新周期旧，在该刷新周期中，刷新请求必须被发布，则例如可以去除预留计数的子计数，因为在这种情况下，所有被刷新的流在计数中被重新考虑，并且已经反映了所刷新的流的最旧的计数应当被去除。在较新的预留计数中，将不重新表示所有未被刷新的流，并且将随着最旧的计数而去除这些未被刷新的流。

下面将参照图4描述本发明的另一实施例。图4图解说明了用于资源预留的方法的操作，尤其是图解说明了用于计算接纳测试计数以及如果流被接纳则更新预留计数的操作。

在第一操作401，如参照先前实施例所描述的那样，确定是否应该接纳新流。

在操作402，从存储器中检索预留计数，该预留计数是先前基于预留函数针对多个所接纳的流中的每个流而计算的。如前所述的那样，在预留求和函数的情况下，预留计数通过汇总已被接纳的流的描述符的所有求和函数而获得。

如果预留函数是乘积函数，则预留计数由已经被接纳的流的描述符的所有乘积函数的乘积组成。

随后在操作403，针对请求被接纳的新流的描述符来计算预留函数。

然后在操作404，利用操作402所获得的预留计数以及操作403的结果根据函数类型进行组合。如果预留函数是求和函数，则给预留计数加上操作403的结果，并且如果预留函数是乘积函数，则将操作403的结果与在操作402所获得的预留计数相乘。然后，在操作405，确定是否定义了另一预留函数。

要注意的是，预留函数能够是可以预先确定或在需要时(例如，由网络操作员)动态确定的任意求和或乘积函数。因此，通过能够定义专有的预留函数，本发明的用于预留资源和维持汇聚式预留状态的框架适于各个需求。

如果在操作405确定定义了另一预留函数，则重复操作402-404。

如果在操作405确定了还未确定另一预留，则在操作406基于由此获得的预留计数来计算接纳测试计数。计算接纳测试计数可以包括对各个预留计数的任何数学运算，诸如，预留计数的加权求和、预留计数的加权乘积或者任何其他运算。

可替换地，根据另一实例，操作404被省略，并且操作406包括：基于预留计数和来自操作403的针对新流的描述符的所计算出的预留函数，计算接纳测试计数。

根据另一实例，预留计数被维持在组成接纳测试计数的矢量中。

然后，在操作407，将由此获得的接纳测试计数与最大接纳计数进行比较。最大接纳计数(如例如参照图2所描述的那样)可以由对应于接纳测试计数的预留计数的预定最大预留计数的接纳函数组成。

如果接纳函数(即最大接纳计数)是单值，则操作407是简单的比较操作，以便确定接纳测试计数是否小于最大接纳计数。如果接纳测试计数并且对应地最大接纳计数用预留计数的矢量来表示，则比较矢量的各个元素，诸如比较各个预留计数和对应的最大预留计数。在这种情况下，根据实例，如果接纳测试矢量的所有元素小于对应的最大接纳计数，则确定接纳测试计数小于最大接纳计数。

如果在操作407判断是“是”，从而指示接纳测试计数小于最大接纳计数，则在操作408，将包括新流的描述符的预留计数存储在更新过的预留计数处。因此，现在所存储的预留计数反映所有被接纳的数据流，从而包括新接纳的数据流。存储或更新预留计数可以包括重写对应的先前存储的预留计数(在检测新数据流的资源请求之前存储的)。

如果在操作407判断是“否”，从而指示接纳测试计数并不小于最大接纳计数，则在操作409，丢弃所计算出的、包括新流的描述符的预留计数，并维持先前计算出的预留计数，即，在检测到新数据流的资源请求之前可用的预留计数。

因此，预留计数始终反映当前被接纳的数据流，或更确切地说，始终反映针对当前被接纳的流所要求的资源。

在下面，将参照图5描述本发明的另一实施例。图5图解说明了用于资源预留的方法的操作，尤其是描述了用于释放数据流的步骤。

参照图3，描述了关于释放数据流以及对应地更新预留计数的实施例。在图3的操作304，假设，在某一刷新时间周期内未接收到刷新请求的情况下，获得未被刷新的流的描述符来对应地更新预留计数。然而，如果这种信息不可得，即，如果不能获得未被刷新的流的描述符，则不能执行对应的更新操作。如前所述，预留状态未被单独维持，即该网络节点并未存储各个所接纳的流的各个描述符，而是仅仅维持所汇聚的预留计数。

图5的实施例解决了通过使用滑动窗口技术从预留计数中去除未被刷新的数据流的上述问题。

如上所述，这涉及将每个被刷新的流作为被接纳的新流来对待，即每个被刷新的流的描述符再次被包括到预留计数中。为了避免在预留计数中过多表示描述符并且因此过多表示已刷新的流的资源，由于预留计数针对每次刷新被增加，所以预留计数被配备有时间标签，并定义了滑动窗口，从而允许去除预留计数的到期部分或子计数。如果预留子计数的时间标签比刷新周期旧，在该刷新周期中，刷新请求必须被发布，则例如可以去除预留计数的子计数，因为在这种情况下，所有被刷新的流在计数中被重新考虑，并且已经反映了已刷新的流的最旧的子计数应当使用滑动窗口来去除。在较新的预留计数中，将不重新表示所有未被刷新的流，并将随着最旧的计数而去除这些未被刷新的流。

通常，基于所有新接纳的流和被刷新的流，滑动窗口被用于计算某一时间周期中的每个预留函数的预留计数，并且用于在推进滑动窗口时丢弃预留计数。因此，预留计数可以在某一时间间隔(如前所述的用于刷新数据流的刷新周期)之后被丢弃，因为众所周知，每个未被刷新的流在此时间间隔之后可以被释放。

在第一操作501，定义了具有预定长度的滑动窗口，该滑动窗口被再分成对应于用于推进滑动窗口的时间单位的多个子部分。换言之，一经过对应的时间周期，滑动窗口就被推进子部分或单位。优选地，滑动窗口具有对应于刷新周期的预定长度，在该刷新周期中，刷新请求必须通过应用来发布，以便避免释放该数据流。

在操作502，预留子计数被维持，每个子计数对应于在滑动窗口的子部分中被接纳或被释放的数据流。因此，每个预留计数由多个预留子计数组成，预留子计数的数目对应于滑动窗口子部分的数目。

在操作503，一经过推进滑动窗口的每个时间单位，就确定滑动窗口是否要被推进。如果在操作503确定滑动窗口被推进，则在操作504，基于网络节点处的资源预留情况的所有动态变化，针对每个预留计数来计算滑动窗口的新子部分的新子计数。新预留子计数因此包括计算所有新数据流的描述符的预留函数，从预留计数中去除被释放的数据流的资源，以及还包括对已刷新的数据流的描述符所计算的预留函数。如参照图3的操作302所注释的那样，刷新请求可以包括要进一步被维持的对应流的描述符，并且因此，新预留子计数还表示被刷新的数据流的资源。因此，随着滑动窗口的推进，新的预留子计数被计算出，用于以汇聚的方式针对所有新接纳的(根据参照先前实施例描述的程序而接纳的)数据流、被刷新的数据流以及明确释放的数据流反映资源，如前所描述的那样。

为了避免在预留计数中双重表示已刷新的数据流的资源，在计算新时间单位的新预留子计数的同时，丢弃最旧的预留子计数。最旧的预留子计数(即滑动窗口一被推进一个时间单位就不再形成滑动窗口的部分的预留计数)表示经过一个以上刷新周期或滑动窗口持续时间而为流所预留的所有资源。在此期间已被刷新的任何流将被表示在滑动窗口的预留子计数之一中，并且因此去除最旧的预留子计数将有效地导致从预留计数中去除与所有未被刷新的数据流有关的预留状态。

因此，即使预留状态以汇聚的方式被维持，而无需关于每个流的描述符的显式信息，仍可以从预留计数中去除未被刷新的流。

上述的实施例引入了在滑动窗口技术中使用一般的接纳控制公式框架的系统。上述的实施例通过利用所汇聚的变量来实现预留计数而提供对数据流的资源的有效利用。由于变量或预留计数的数目与流的数目无关，所以所引入的技术可任意扩展。

根据另一实例，网络节点是IP(网际协议)路由器，该IP路由器至少包括资源管理器和流控制单元，诸如参照图1所描述的那样。流控制单元可以包括实现上述接纳控制公式的接纳控制单元，这些接纳控制公式被表示为流描述符的多个总和与乘积结构。可以在资源管理器中处理进入的资源请求，而接纳控制单元可以执行接纳控制决策。如果决策是肯定的，则在资源管理器中给对应的所汇聚的资源添加所请求的资源，并通过流控制单元接纳对应的流。上述实例公开了以汇聚的方式维持流描述符、其函数、总和与乘积结构的方法，以便避免存储各个流的流描述符。

如前所述，本发明尤其适用于对下层运输网络有着严格要求的流媒体应用。因此，对接纳新流进行决策的任务必须避免中断先前所接纳的流。例如，考虑到因特网的分布式知识原理，即没有集中式控制，优选逐跳(hop-by-hop)地在每个通信节点处进行接纳决策，如上所公开的那样。此外，由于对新流的请求可以在任何时间到达任何地方的通信节点，所以基于源请求，必须按需进行决策。

上述实施例尤其可用于差异化的服务网络，其中，网络元件被分类为边缘节点和核心节点。允许对每个流状态使用边缘节点，即，存储与每个所接纳的流有关的描述符，而只允许核心节点存储所汇聚的变量，如上利用预留计数所描述的那样。因此，参照上述实施例描述的网络节点可以组成差异化的服务网络中的核心节点。

要被接纳的流的描述符(像峰值速率、平均速率、活动因子等)利用在网络中可得到的资源预留信令协议来用信号通知。

利用作为汇聚式软状态来处理的预留状态，在某一刷新周期期间未被刷新的预留在经过某一时间周期之后自动地从所汇聚的预留状态中被去除，如参照图5所描述的那样。

Claims (23)

1.在通信网络中为数据流预留资源的方法，该方法包括：

检测新数据流的资源预留的请求，所述资源预留的请求包括指定所请求的资源的多个描述符；

基于新数据流的多个描述符和预留计数，计算接纳测试计数，所述预留计数表示多个所接纳的数据流中的指定所接纳的数据流的资源的多个描述符的预留函数；

如果接纳测试计数小于多个业务量描述符的最大接纳计数，则接纳新数据流；以及

如果新数据流被接纳，则基于新数据流的描述符更新预留计数。

2.根据前述权利要求中的至少一项权利要求所述的方法，其中，预留函数由求和函数或乘积函数构成，求和函数由将数据流的描述符作为变量的函数总和构成，而乘积函数由将数据流的描述符作为变量的函数乘积构成。

3.根据前述权利要求中的至少一项权利要求所述的方法，其中，预留计数的更新包括给预留计数加上新数据流的描述符的求和函数，或者包括用新数据流的描述符的乘积函数乘以预留计数。

4.根据前述权利要求中的至少一项权利要求所述的方法，包括：如果接收到针对所接纳的数据流之一的释放指令，则基于对应的描述符更新每个预留计数。

5.根据前述权利要求中的至少一项权利要求所述的方法，其中，释放数据流包括从预留计数中减去所释放的数据流的描述符的求和函数，或者包括将预留计数除以所释放的数据流的描述符的乘积函数。

6.根据前述权利要求中的至少一项权利要求所述的方法，包括：基于在具有预定持续时间的刷新窗口期间被接纳或被刷新的数据流，计算每个预留计数。

7.根据权利要求6所述的方法，包括：除非在刷新窗口期间接收到与数据流相关联的刷新请求，或者如果接收到明确的释放指令，才释放该数据流。

8.根据权利要求6或7中的至少一项权利要求所述的方法，其中，每个预留计数包括多个子计数，每个子计数基于在刷新窗口的相邻子部分期间被接纳或被刷新的数据流，子部分对应于推进刷新窗口的时间单位。

9.根据权利要求6至8中的至少一项权利要求所述的方法，其中，刷新窗口一被推进了一个时间单元，就生成新的子计数，并去除子计数中的最旧的子计数。

10.根据前述权利要求中的至少一项权利要求所述的方法，包括：基于所测量的带宽、新数据流的峰值速率以及新数据流的峰值速率与所接纳的数据流的峰值速率总和之和，计算接纳测试矢量。

11.一种程序，其具有适于执行根据权利要求1-10中的任一权利要求所述的方法的指令。

12.一种计算机可读介质，在该计算机可读介质中包含程序，其中，所述程序要使包括中央服务器和至少一个内容服务器的计算机系统执行根据权利要求1-10中的任一权利要求所述的方法。

13.一种计算机程序产品，其包括根据权利要求12所述的计算机可读介质。

14.用于在通信网络中为数据流预留资源的网络节点，该网络节点包括：

资源管理器，用于检测新数据流的资源预留的请求，所述资源预留的请求包括指定所请求的资源的多个描述符，以及用于基于新数据流的多个描述符和预留计数来计算接纳测试计数，所述预留计数表示多个所接纳的数据流的多个描述符的预留函数并指定针对所接纳的数据流所分配的资源；

数据流控制单元，用于如果接纳测试计数小于多个业务量描述符的最大接纳计数，则接纳新数据流，所述最大接纳计数组成最大预留计数的接纳函数；以及

其中，资源管理器适于，如果新数据流被接纳，则基于新数据流的描述符更新接纳测试计数。

15.根据权利要求14所述的网络节点，其中，预留函数由求和函数或乘积函数构成，求和函数由将数据流的描述符作为变量的函数总和构成，而乘积函数由将数据流的描述符作为变量的函数乘积构成。

16.根据权利要求14和15中的至少一项权利要求所述的网络节点，其中，资源管理器适于，通过给预留计数加上新数据流的描述符的求和函数，或者通过用新数据流的描述符的乘积函数乘以预留计数，来更新预留计数。

17.根据权利要求14-16中的至少一项权利要求所述的网络节点，其中，资源管理器适于，如果接收到针对所接纳的数据流之一的释放指令，则基于对应的描述符更新每个预留计数。

18.根据权利要求14-17中的至少一项权利要求所述的网络节点，其中，数据流控制单元适于，通过从预留计数中减去所释放的数据流的描述符的求和函数，或者通过将预留计数除以所释放的数据流的描述符的乘积函数，来释放该数据流。

19.根据权利要求14-18中的至少一项权利要求所述的网络节点，其中，资源管理器适于，基于在具有预定持续时间的刷新窗口期间被接纳或被刷新的数据流，来计算每个预留计数。

20.根据权利要求19所述的网络节点，其中，每个预留计数包括多个子计数，每个子计数基于在刷新窗口的相邻子部分期间被接纳或被刷新的数据流，子部分对应于推进刷新窗口的时间单位。

21.根据权利要求19和20中的至少一项权利要求所述的网络节点，其中，资源管理器适于，除非在刷新窗口期间接收到与数据流相关联的刷新请求，或者如果接收到明确的释放指令，才释放该数据流。

22.根据权利要求19-21中的至少一项权利要求所述的网络节点，其中，资源管理器适于，刷新窗口一被推进了一个时间单位，就生成新的子计数，并适于丢弃子计数中的最旧的子计数。

23.根据权利要求14-22中的至少一项权利要求所述的网络节点，其中，资源管理器适于，基于所测量的带宽、新数据流的峰值速率以及新数据流的峰值速率和所接纳的数据流的峰值速率总和之和，来计算接纳测试矢量。

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