CN101356784B - 对分组交换通信网络的终端设备之间的用于连接的可用带宽进行管理的方法、网络代理以及带宽代理 - Google Patents

对分组交换通信网络的终端设备之间的用于连接的可用带宽进行管理的方法、网络代理以及带宽代理 Download PDF

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Abstract

通过网络代理(NA)分别管理若干终端设备(E)。当初始化两个终端设备(E)之间的连接(V)时，如果相关终端设备(E)处在同一个带宽不紧张的区域(B)内，网络代理(NA)就对连接(V)进行初始化。如果其中一个终端设备(E)处在带宽紧张的区域内，则网络代理将确定所请求的带宽，然后将资源请求(an)发送给相关的带宽代理(BB)，带宽代理将借助一种拓扑功能(TF)以及现有连接(V)占用带宽的信息，在通信网络(PN)的带宽不紧张区域(B)内检查所请求的带宽的可用性。由于使用了网络代理，并且在通信网络(PN)中不再需要资源请求(an)，可明显减轻带宽代理(BB)或者上级带宽代理(BBN)的动态负荷。

Description

对分组交换通信网络的终端设备之间的用于连接的可用带宽进行管理的方法、网络代理以及带宽代理
技术领域
本发明涉及对分组交换通信网络的终端设备之间的用于连接的可用带宽进行管理的方法、网络代理以及带宽代理。
背景技术
传统的电路交换(circuit switched)电话网络与分组交换(paket switched)数据网络的联合正在呈现日益增长的趋势，其中一个原因就是：将这两种网络合并为一个网络可以节约安装、维护和扩建成本，因为只有一个网络，而不是两个网络的费用。另一个原因在于：越来越多的语音通信均在用户端以分组交换方式进行(Voice over IP，简称为：VoIP)。因此，可在网络层使用这种技术。
在分组交换网络中，用于传输语音的数据明显少得多，因此具有明显的效益。可通过各种压缩方法来实现这一点(例如用于编码器-解码器的Codecs)。可将各式各样的Codecs用来压缩数据。例如，Codec G.711以64kHz的采样速率工作，而Codec G.729的采样速率仅为8kHz。
也可以使用各种不同的协议，例如ITU的H.323协议，该协议又包括针对各种应用的子协议，例如用于视频的H.261、用于音频的G.711、用于数据的T.122以及用于发送信令的H.225。可替代H.323协议使用的还有会话初始化协议(SIP)。
虽然某些网络应用(例如视频点播)对网络没有特殊的实时要求，但是语音传输则有很高的实时要求，因为在通话过程中即使存在片刻的延迟，也会让人觉得不舒服。
特别为了能够实现高质量语音连接，已经开发出了专门解决业务质量(Quality of Service)的各种方法，其中例如有：
-减少数据拥塞或者预先避免出现数据拥塞的方法(CongestionManagement，拥塞管理)，
-根据服务等级处理数据传输，即区别对待各种服务等级之间的数据传输，例如针对相应的服务等级在路由器中设立不同的等候对列(Queues)，并且进行相应的处理(Classification and Queuing Techniques，分类与排队技术)，
-使用包标识符来指定包沿着网络节点通过网络的确定路径(PacketTagging/Label Switching，包标识/标签交换)
-提供所有网络区域内的带宽，既包括带宽紧张的网络区域，也包括带宽不紧张的网络区域(Overprovisioning，过量提供资源)。
迄今为止在分组交换通信网络中还没有一种端到端方法来越过不同的域对带宽进行管理，以便保证所请求的带宽可用于时间要求严格的实时连接。
ETSI(欧洲电信标准协会)开发的TIPHON标准(电信与互联网协议网络协调)过于复杂，迄今为止无法实施。
其它用来解决这一问题的方法均为孤岛解决方案，但这些方法无法应付错综复杂的网络结构，例如具有不同管理域特征的网络结构。每次建立连接时，均必须申请预留带宽。在孤岛解决方案中，始终要向全网范围内的带宽管理请求预留带宽，因此整个网络均必须负担所有请求。即使实际上并不需要预留带宽的请求，也会经过整个网络。
发明内容
本发明的技术问题在于：保证有充分的带宽，并且以此来改善分组交换通信网络中有严格实时要求的通信数据传输的业务质量。该任务可对分组交换通信网络的终端设备之间的用于连接的可用带宽进行管理的方法加以解决。
在所述的方法中，由各网络代理分别管理若干终端设备，这是利用上述被管理的终端设备中的哪些终端设备分别处在带宽不紧张区域内的信息来进行的；当两个终端设备之间存在连接信令时，相关网络代理就会识别有严格实时要求的连接，并且只要相关终端设备处在同一个带宽不紧张的区域，就对所述连接进行初始化，或者由相应的网络代理确定所请求的带宽，并且向带宽代理发送资源请求，该带宽代理利用一种拓扑功能以及现有连接所占用带宽的信息来检查所请求的带宽在通信网络中的可用性。
本发明所述方法的主要优点在于：对虚拟连接进行初始化时把带宽不紧张的区域配属给网络代理，通过网络代理将所请求的带宽显示为可用，不必进行检查，因此不需要在通信网络中申请资源，可明显减轻分组交换通信网络、带宽代理或者上级带宽代理的动态负荷。另一个优点在于：本发明所述的方法具有良好的可伸缩性。
根据本发明所述方法的一种有益实施方式中，将通信网络划分成若干分区，并且使这些分区分别配属一个带宽代理。申请资源时越过对应的分区对将要进行初始化的连接进行管理，将资源申请传送给上级带宽代理。该上级带宽代理利用另一种拓扑功能确定已纳入连接的分区，同时向对应的带宽代理询问所请求的带宽的可用性。
采用这种有针对性的通信方式，可进一步减轻带宽代理和通信网络的动态负荷，且在带宽代理中确定所请求的带宽可用性所需的运算量也可减少。
在具体实施方式部分所阐述的均为本发明所述方法的其它有益改进实施例。
以下将根据附图对本发明所述的方法进行详细解释。
附图说明
附图所示为一个互联网分组网络PN的两个分区TB1、TB2，例如使用SIP协议的内联网，但也可使用另一种多媒体信令协议，例如H.323。
具体实施方式
就本实施例而言，假设：第一分区TB1具有三个带宽不紧张的区域B1....B3，并且在这些区域B1....B3的每一个之中均有终端设备E1..E3，如附图所示，在第一区域B1中有几个终端设备E1，在第二区域B2中有几个终端设备E2，在第三区域中有几个终端设备E3。在带宽不紧张的区域中，至少有充分的带宽可供对应于该区域的终端设备E1..E3请求连接所需的带宽。例如，可通过千兆级以太网来实现这种带宽不紧张的区域，其中可供相应终端设备使用的带宽远远多于终端设备请求连接所需的带宽。
图中所示的第一分区TB 1中有两个网络代理NA1..NA2作为解释本发明的示例，根据设备与拓扑结构边界条件，第一网络代理NA1对第一区域B1进行管理，第二网络代理NA2则对第二和第三区域B2、B3进行管理。所述管理包括那些终端设备E1..E3处在哪一个带宽不紧张区域B 1..B3之中的信息。
就本实施例而言，继续假设：在基于网络拓扑结构的第一和第二区域B1、B2之间有一个带宽紧张的第四区域B4，并且在第二和第三区域B2、B3之间有一个带宽紧张的第五区域B5。例如，通过连接线路在带宽不紧张区域之间实现带宽紧张的区域，其中仅可提供有限的带宽用作终端设备之间请求连接所需的带宽。有一个对应于第一分区TB1的第一带宽代理BB1对带宽紧张区域B4、B5进行管理-在附图中通过附图标记BB1(B4，B5)表示。管理内容包括这些区域内的可用带宽信息，以及终端设备之间现有连接占用带宽的信息。利用一种拓扑功能TF获得带宽紧张区域B4，B5之中的可用带宽信息。拓扑功能TF包括一个网络模型NM，例如可借助通信网络TN将其置于第一带宽代理BB1之中，并且可对其进行更新。可以定期、不定期、根据需要进行更新，或者最好在配置或网络拓扑结构以及带宽有变化时进行更新。
就本实施例而言，假设在第一种变型中：应在带宽不紧张的第一区域B 1中初始化第一终端设备E1之间的第一连接-在附图中通过带有附图标记V1的线段表示。
例如，最好在一个SIP代理服务器中实现网络代理NA1，并且在这里对涉及区域B1终端设备E1的信令数据传输进行跟踪。
在上述的情况下，由所属的网络代理NA1将发送给被呼叫终端设备E1的SIP信令确定为有严格的实时要求-在附图中通过带有附图标记id的虚线箭头表示。
被呼叫终端设备E1的网络代理NA1然后将分析SIP信令的源地址和目标地址。如果发现参与第一连接V1的终端设备E1处在带宽不紧张的第一区域B1之中，就将用于初始化连接V1的SIP信令转发给被呼叫终端设备E1，使得可以继续初始化连接-在附图中通过点划线表示。此时不检查连接V1所需带宽的可用性。
根据实施例的第二种变型，假设：应在第一区域B1的第一终端设备E1和第三区域B3内的第三终端设备E3之间进行连接-在附图中通过带有附图标记V2的线段表示。最好并非由所属的第一网络代理NA1，而是由被呼叫终端设备E3的所属的第二网络代理NA2来处理SIP信令中所包含的连接V2所需的信息，并且将其确定为有严格的实时要求-在附图中通过带有附图标记id的箭头表示。因为当针对被呼叫的终端设备E3进行呼叫转接时，或者当被呼叫的终端设备E3正在移动时，只有第二网络代理NA2才会识别最终连接目标。
第二网络代理NA2并非首先将连接信令转发给被呼叫的终端设备E3，而是首先利用所请求的带宽B形成一个资源请求包an(B)，然后将其与两个终端设备E1、E3的指定网络地址一起发送给对应的第一带宽代理BB1-在附图中通过带有附图标记an(B)的虚线箭头表示。
在第一带宽代理BB1中，将根据两个终端设备E1、E3的指定地址，并且借助网络模型NM或者拓扑功能TF，确定通过哪些带宽紧张的以及带宽不紧张的区域B来完成第一分区TB1中的连接V2。这样就可确定或者算出通过带宽紧张的第四和第五区域B4、B5来进行连接。接着检查在这两个区域B4、B5中还有多少带宽可供使用。此时将考虑这两个区域B4、B5中的全部可用带宽，以及在通信网络PN的其它终端设备之间进行连接所占用的带宽。
如果可用带宽等于请求用于V2的带宽，则第一带宽代理BB1就将指示可用性v的应答包ap发送给网络代理NA2-在附图中通过带有附图标记ap(v)的虚线箭头表示。在收到应答包ap(v)之后，网络代理NA2现在就会将SIP信令转发给终端设备E3-在附图中通过点划线表示。这样就能够继续初始化连接V2。
在第一带宽代理BB1中，现在将已通知的第一终端设备E1的可用带宽B作为第四和第五区域B4、B5中通过连接V2占用的带宽，也就是减少可通过第四和第五区域B4、B5提供给其它连接使用的可用带宽。当再次请求资源时，这样就会使得所请求的带宽B不再可用于带宽紧张的第四和第五区域B4、B5内其它终端设备之间的连接。在这种情况下，将在第一带宽代理BB 1中生成一个应答包ap，并且将其传送给发出请求的终端设备，该终端设备指示所请求的带宽B不可用nv。在这种情况下，因为无法保证所请求的带宽B的可用性，将不允许针对相关终端设备E进行连接初始化，或者转移连接初始化，尤其对于有严格实时要求的信息(如语音)所需的连接而言，这就会导致语音传输障碍。
当用于有待建立的第一分区TB1连接的资源请求an(B)被发送给第一带宽代理BB1时，并且当确定被寻址的目标终端设备位于第二分区TB2内时，则将请求an(B)发送给上级带宽代理BBN。在这一上级带宽代理中，将根据一个包括两个分区TB1、TB2的网络模型NM，并且借助终端设备E的指定地址以及拓扑功能TF，确定通过哪些分区TB1、TB2来转移连接。同时利用终端设备的地址和所请求的带宽B，将资源请求an(BB)发送给相关分区TB1、TB2的带宽代理BB1、BB2-在附图中通过带有附图标记an(BB)的虚线箭头表示。随后将在带宽代理BB1、BB2中检查所请求的带宽B的可用性(如同针对第一和第二连接V1、V2所做的说明一样)，并且将检查结果通知上级带宽代理BBN。根据所确定的可用性，将通过应答包通知对应的网络代理NA-图中并未绘出。
例如，可在发出虚拟连接的信令范围内的SIP信令时，启动连接初始化。其间最好(如前所述)由对应于目标终端设备的网络代理NA将请求发送给带宽代理BB1、BB2或者上级带宽代理BBN，以便保证所请求的带宽的可用性，因为这时可确保不会出现针对目标终端设备E的呼叫转移，或者将该设备登记成其它地点的移动终端设备，并且必须再次启动请求。
在第三个变型中假设要建立从区域B1中某一个终端设备E1到另一个网络N2中某一个终端设备的连接(图中没有绘出)。在区域B1和另一个网络N2之间有一连接线路，包括一个用来适应不同网络PN、N2的网关设备GW-在附图中通过一实线表示。
例如，网络N2可以是一种传统的TDM网络(time division multiplexing，时分复用网络)，或者是另一种公司网络，这种网络并不支持通过网络代理和带宽代理来管理带宽，其中作为Gateway(网关)的是网关设备GW。
但为了能够对网络PN进行带宽管理，至少应给网关设备GW分配一个网关代理
Figure GSB00000581146500061
来应对这些情况。通过该网关代理
Figure GSB00000581146500062
传送涉及网络PN的和涉及到其它网络(例如网络N2)的连接信令。
网关代理
Figure GSB00000581146500063
可识别有严格实时要求的跨网连接信令，并且根据以上实施例变型中所述的原理对其进行处理。该网关代理既可以在不作进一步检查的情况下建立连接，也可以表达资源请求，并且将其发送给带宽代理BB 1。其特别之处仅在于：仅负责涉及网络PN的连接区域B进行带宽管理，但并不负责涉及网络N2的连接区段进行带宽管理。
本发明所述的方法并不局限于上述的实施例，也可将其用于应在进行连接之前检查请求资源可用性的分组交换通信网络。该方法尤其适用于诸如语音信息传输之类有严格实时要求的连接。

Claims (19)

1.对分组交换通信网络的终端设备之间的用于连接的可用带宽进行管理的方法，
-其中，由各网络代理(NA)分别管理若干终端设备(E)，这是利用上述被管理的终端设备(E)中的哪些终端设备分别处在带宽不紧张区域(B1....B3)内的信息来进行的，
-其中当两个终端设备(E)之间存在连接信令时，相关网络代理(NA)就会识别有严格实时要求的连接(V)，并且
--只要相关终端设备(E)处在同一个带宽不紧张的区域(B1....B3)内，就对所述连接(V)进行初始化，或者
--由相应的网络代理(NA)确定所请求的带宽，并且向带宽代理(BB)发送资源请求(an)，该带宽代理利用一种拓扑功能(TF)以及关于现有连接所占用的带宽的信息来检查所请求的带宽(B)在通信网络(PN)中的可用性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将通信网络(PN)划分成分区(TB)，并且使这些分区分别配属于一个带宽代理(BB)，带宽代理(BB)将越过所属分区(TB)的将要初始化的连接(V)的资源请求(an)发送给上级带宽代理(BBN)；该上级带宽代理(BBN)借助另一种拓扑功能(TF)确定被纳入该连接(V)之中的分区(TB)；并且该上级带宽代理(BBN)同时向已确定的分区(TB)的带宽代理(BB)询问连接(V)的所请求的带宽的可用性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把所请求的带宽的可用性(v)或者不可用性(nv)通知给发出请求的终端设备(E)，并且根据该通知对上述连接(V)进行初始化或者不进行初始化。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所请求的带宽可用，就将其纳入现有连接的被管理的带宽范围内。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述连接(V)终止之后，将所纳入的带宽从现有连接的带宽范围中清除。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在带宽代理(BB)中 检查通信网络(PN)的带宽紧张区域(B4....B5)的所请求带宽的可用性。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过通信网络(PN)的区域(B)之间的连接路径，或者通过具有限制带宽范围的区域(B)来表示通信网络(PN)的所述带宽紧张区域(B4..B5)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过以下的区域(B)来表示通信网络(PN)中的带宽不紧张区域(B1....B3)，亦即：在这些区域中，通过所属的终端设备(E)所请求的带宽不必进行检查就可以供使用。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在分析连接初始化包内所含的信息之后，确定用于将要初始化的连接(V)的所请求的带宽。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在使用SIP协议的分组交换通信网络(PN)中，根据SIP信令信息以及嵌入在其中的SIP专用信令信息来确定该所请求的带宽。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过通信网络(PN)的网络模型(NM)来实现带宽代理(BB)以及上级带宽代理(BBN)中的拓扑功能(TF)，同时利用通信网络(PN)以及/或者带宽代理(BB)来更新该网络模型(NM)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，以定期、不定期方式更新网络模型(NM)，或者在需要时进行更新，或者当网络配置有变化时进行更新。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过初始化逻辑连接的信令来表示连接(V)的初始化。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过配属于目标终端设备(E)的网络代理(NA)传送资源请求(an)。
15.根据权利要求1所述的方法，其中
-给网关区域(GW)配属一个网关代理 
Figure FSB00000731535200021
-对涉及网关区域(GW)且有严格实时要求的连接信令进行识别，
-通过相应的网关代理 
Figure FSB00000731535200022
把所述网络(PN)中涉及要建立的连接(V)的区域(B)的资源请求(an)发送给带宽代理(BB)。
16.对分组交换通信网络(PN)的终端设备(E)之间的用于连接(V)的可用带宽进行管理的网络代理(NA)，包括： 
-用于在发出连接信令时在两个终端设备(E)之间识别有严格实时要求的连接(V)的装置，
-用于管理若干终端设备(E)的装置，这是利用所述被管理的终端设备(E)中的哪些终端设备分别处在带宽不紧张区域(B1....B3)内的信息来进行的，
-只要相关终端设备(E)处在同一个带宽不紧张区域(B1....B3)内就继续处理连接信令的装置，或者
-用于确定所请求的带宽、表达资源请求(an)并且将该资源请求(an)发送给带宽代理(BB)的装置，该带宽代理利用一种拓扑功能(TF)以及关于现有连接所占用的带宽的信息，在通信网络(PN)中检查所请求的带宽的可用性。
17.一种分等级的带宽代理的系统，用于对分组交换通信网络(PN)的终端设备(E)之间的用于连接(V)的可用带宽进行管理，包括带宽代理(BB)和上级带宽代理(BBN)，
-其中将通信网络(PN)划分为分区(TB)，并且使这些分区各自配属于一个带宽代理(BB)，
-只要将要初始化的连接(V)越过所属的分区(TB)，带宽代理(BB)就将资源请求(an)发送给上级带宽代理(BBN)，和上级带宽代理(BBN)利用另一种拓扑功能(TF)确定已纳入连接的分区(TB)，以及同时向已确定的分区(TB)的带宽代理(BB)询问所请求的带宽的可用性。
18.根据权利要求17所述的分等级的带宽代理的系统，所述带宽代理(BB)具有：
-当所请求的带宽可用时纳入现有连接的被管理的带宽范围的装置，和
-在所述连接终止之后将已纳入的带宽从现有连接的带宽范围中清除的装置。
19.根据权利要求17所述的分等级的带宽代理的系统，所述带宽代理(BB)具有
-将通信网络(PN)的带宽紧张的区域(B4..B5)映射为通信网络(PN)中区域(B)之间的连接路径或者映射为具有限制带宽范围的区域(B)的装置，和 
-将通信网络(PN)中带宽不紧张的区域(B1….B3)映射为所属终端设备(E)所请求的带宽不需要进行检查就可供使用的区域(B)的装置。 
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Junseok Hwang等.《An implementation study of a dynamic inter-domain bandwidth management platform in diffserv networks》.《An implementation study of a dynamic inter-domain bandwidth management platform in diffserv networks》.2003,第5－7页. *

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