CN101594296B - 基于公平算法的ip电信网边缘关口设备资源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法。边缘关口设备根据数据平面ID和业务类别为出端口的每一个数据平面中的虚链路或虚电路配置所要求的资源；在数据平面上传送数据包时，按数据包上标识的优先级放入出端口的数据平面中的虚链路优先级子队列中，分情况分别进行处理：(1)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包没有超过虚链路的配置值时，对不同优先级的数据包分别按不同优先级发送；(2)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包超过虚链路的配置值时，根据数据包的优先级和公平算法确定要丢弃的数据包。本方法可以为IP电信网技术的产业化应用奠定技术基础。

Description

基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法

技术领域

本发明涉及一种IP电信网的边缘关口设备进行资源管理的方法，尤其涉及一种利用IP电信网系统的边缘关口设备实施、基于公平算法的网络资源管理方法，属于电信技术领域。

背景技术

IP电信网系统是本发明人在专利号为ZL 200410037641.0的发明专利中提出的新概念。它采用独特的内外双层结构和双地址寻址方式，由位于内层的至少一个复址无连接数据网(简称为PTDN网)和位于外层的多个IP网组成，还包括多个边缘关口设备。IP网通过边缘关口设备与该复址无连接数据网相连接。每个复址无连接数据网中还包括至少一个地址映射设备；边缘关口设备通过地址映射设备完成双地址间的映射。复址无连接数据网中的所有设备与边缘关口设备都分配有一个复址无连接数据网地址，IP网中的所有设备和上述边缘关口设备都分配有IP地址，IP地址和复址无连接数据网地址之间的映射关系保存在地址映射设备内的地址映射表之中，边缘关口设备经认证后与地址映射设备之间建立连接。在复址无连接数据网内部还具有网络管理设备，该网络管理设备同时管理复址无连接数据网内的接入层设备、汇聚层设备和核心层设备。

在IP电信网系统中，从源端发向目的端的IP包通过如下方式进行传送：首先，位于源端的边缘关口设备(简称为ED设备)接收来自IP网的IP分组，并将IP分组中的IP目的地址送到地址映射设备(简称为ADT设备)；地址映射设备进行IP网的IP目的地址与复址无连接数据网地址之间的地址解析和映射，将获得的目的端边缘关口设备的数据网地址回送给源端边缘关口设备；源端边缘关口设备根据复址无连接数据网地址发送报文到目的端边缘关口设备；目的端边缘关口设备接收到报文，根据目的IP地址向IP网转发报文，从而使IP分组最终到达目的端。

在本发明人就IP电信网技术提出的一系列专利申请中，已经就如何在IP电信网系统内进行资源管理的方法进行了详细的说明(具体请参见在先申请“IP电信网系统中基于链路告警机制的资源管理方法”，公开号：CN1829175和“IP电信网系统中基于信令机制的资源管理方法”，公开号：CN1829176)。但是，就IP电信网系统中用于处理输入/输出的数据分组，并进行外网地址与内网地址之间转换的核心设备-边缘关口设备而言，现有技术并没有公开与之相适应的网络资源管理和控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于公平算法的IP电信网设备资源管理方法。该资源管理方法通过IP电信网系统中的边缘关口设备予以实施。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法，用在不面向连接的工作方式下，其特征在于：

边缘关口设备根据数据平面ID和业务类别为出端口的每一个数据平面的虚链路配置所要求的资源；

在数据平面的虚链路上传送数据包时，按数据包上标识的优先级放入出端口的数据平面中的虚链路优先级子队列中，分情况分别进行处理：

(1)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包没有超过虚链路的配置值时，对不同优先级的数据包分别按不同优先级发送；

(2)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包超过虚链路的配置值时，根据数据包的优先级和公平算法确定要丢弃的数据包。

在所述边缘关口设备的出端口存储队列池中，为每一个数据平面的虚链路设置出队列存储器，在所述出队列存储器中再分出优先级子队列。

一种基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法，用在面向连接的工作方式下，其特征在于：

边缘关口设备根据数据平面ID和业务类别为出端口的每一个数据平面的虚链路中的虚电路配置所要求的资源；

在数据平面的虚电路上传送数据包时，按数据包上标识的优先级放入出端口的数据平面中的虚链路优先级子队列中，分情况分别进行处理：

(1)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包没有超过虚链路的配置值时，对不同优先级的数据包分别按不同优先级发送；

(2)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包超过虚链路的配置值时，根据数据包的优先级和公平算法确定要丢弃的数据包。

在所述边缘关口设备的出端口存储队列池中，为每一个数据平面的虚电路设置出队列存储器，在所述出队列存储器中再分出优先级子队列。

在所述边缘关口设备中，通过赋予进程值的方式将业务连接ID和数据平面ID进行关联并作日志。

本发明所提供的IP电信网设备资源管理方法可以有效满足组建大规模网络的要求，为IP电信网技术的产业化应用奠定技术基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为用于实施本资源管理方法的边缘关口设备的内部组成结构示意图。

具体实施方式

下面，首先介绍用于实施本发明所述资源管理方法的边缘关口设备。该边缘关口设备简称ED设备，安置在IP电信网系统的内网(即复址无连接数据网)的边缘，用于处理输入/输出的数据分组，进行数据分组报头部分的外网地址与内网地址之间的转换；对所管辖的IP地址进行聚类，将IP地址与复址无连接数据网地址的关系对上载到ADT设备中；根据业务授权来配置数据平面。

参见图1所示，该边缘关口设备由中央处理模块、通信资源配置模块、通信资源管理和控制模块、数据包接收/发送模块、数据包报头处理模块、网管接口模块、电源模块、数据库模块等组成，其中中央处理模块是对整个ED设备进行管理和控制的关键性功能模块，该中央处理模块分别与其余的通信资源配置模块、通信资源管理和控制模块、数据包接收/发送模块、数据包报头处理模块、网管接口模块、电源模块和数据库模块相连接。数据包接收/发送模块作为与外部电信网的接口，负责接收和发送数据包。网管接口模块则负责与IP电信网系统中网络管理设备的接口。数据包报头处理模块与数据包接收/发送模块相连接，用于实现对数据包报头的处理。通信资源管理和控制模块是用于实施资源管理和控制的功能模块。该模块与数据包接收/发送模块相连接，以通过对数据包接收/发送的控制实现对通信资源的管理。边缘关口设备利用通信资源管理和控制模块实现对本设备网络资源的管理和控制。该功能是边缘关口设备的主要功能之一。边缘关口设备掌握本设备的全部资源及其配置，对本身的资源有完备的控制和管理能力。通信资源配置模块与通信资源管理和控制模块相连接，以便实现对网络通信资源的预先配置。

边缘关口设备可以在面向连接的工作方式下工作，也可以在不面向连接的工作方式下工作。面向连接的工作方式和不面向连接的工作方式各有其用途。对于面向连接的工作方式而言，数据包的前转依靠的是数据帧中的逻辑信道号，不需要完整的目的地址、源地址和一系列相关参数，所有这一切均在虚电路建立时已经协商好了，因此数据包的报头开销小，传输效率高。但它的缺点在于网络中的每一个节点都要维护一个数据库，网络越大数据库越复杂，导致网络的可扩展性差，很难用于建设大规模的网络。对于不面向连接的工作方式而言，数据包的前转依靠的是数据包中的目的地址。数据包中需要完整的目的地址、源地址和一系列相关的参数，因此报头的开销大，但其优点在于网络的可扩展性好。

边缘关口设备的资源管理和控制均是针对数据平面的虚链路进行的。在基于IP电信网系统实现的IP承载网中，使用数据平面ID作为唯一的标识来标识、管理和控制一个特定的数据平面资源。因此，当采用不面向连接的工作方式时，边缘关口设备通过数据平面ID(VPN-ID)和组播ID来管理和控制本设备所有端口上的虚链路资源；当采用面向连接的工作方式时，边缘关口设备通过数据平面ID(VPN-ID)和虚电路(VC)来管理和控制本设备所有端口的资源。

需要说明的是，虚链路和虚电路是不同的概念。对于采用不面向连接的工作方式时，不存在虚电路的概念，虚链路为两点之间由数据平面ID确定的链路；对于采用面向连接的工作方式时，虚链路为两点之间由数据平面ID确定的链路，虚链路是该链路上同一个数据平面ID下的虚电路的集合。虚链路资源与虚电路资源的关系与业务类别直接相关。在最高级的业务类别中，虚链路资源为该链路上同一个数据平面ID下的全部虚电路资源之和。在非最高级的业务类别中，虚链路资源为该链路上同一个数据平面ID下的全部虚电路资源之和乘以一个小于或等于1的系数所得的值。

下面对边缘关口设备基于公平算法的资源管理方法展开详细的说明。该资源管理方法的特点是不设置阈值，当数据包进入数据平面的链路后，采用公平算法来丢弃部分数据包，以保证数据包流量不超过所限定的资源值，并能保证发送的数据包的公平性。因此，这种资源管理方法适用于传送非实时业务的数据平面链路。

在不面向连接的工作方式下，边缘关口设备首先依据VPN-ID和业务类别为出端口的每一个数据平面的虚链路配置所要求的资源(即确定虚链路的配置值)，但不设置资源的阈值上界和阈值下界。在边缘关口设备的相应出端口存储队列池中，为每一个数据平面的虚链路设置一个出队列存储器，在出队列存储器中再分出优先级子队列。

在数据平面的虚链路上传送数据包时，按照数据包上所标识的优先级，依据VPN-ID和业务类别放入出端口的相应的数据平面的虚链路优先级子队列中。当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包没有超过该设备出端口的虚链路的配置值时，不同优先级的数据包将以不同优先级发送，从而可以导致不同的时延，数据包不会发生丢弃；当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包超过该设备出端口的虚链路的配置值时，不同优先级的数据包将分别以不同优先级发送，从而可以导致不同的时延。在这种情况下，根据数据包的优先级和具体所采用的公平算法来丢弃无力传送的数据包。

当要建立一个新的业务连接(session)时，用户请求先要经过业务鉴权，在确定该用户为合法用户并给予业务授权后，从本节点的数据库中查询该业务对应的VPN-ID，由此开始基于公平算法的网络资源管理过程。

在面向连接的工作方式下，边缘关口设备依据VPN-ID和业务类别为出端口的每一个数据平面的虚链路中的虚电路配置所要求的资源，但不设置资源的阈值上界和阈值下界。在边缘关口设备的相应出端口存储队列池中，为每一个数据平面的虚电路设一个出队列存储器，在出队列存储器中再分出优先级子队列。

在数据平面的虚电路上传送数据包时，按数据包上标识的优先级，依据VPN-ID和业务类别放入出端口的相应的数据平面的虚链路优先级子队列中。当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包没有超过该设备出端口的虚链路的配置值时，不同优先级的数据包将以不同优先级分别进行发送，由此可以导致不同的时延，但数据包不会发生丢弃；当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包超过该设备出端口的虚链路的配置值时，不同优先级的数据包将分别以不同优先级发送，从而可以导致不同的时延。在这种情况下，根据数据包的优先级和具体所采用的公平算法来丢弃无力传送的数据包。

当要建立一个新的业务连接(session)时，用户请求先要经过业务鉴权，在确定该用户为合法用户并给予业务授权后，根据该业务的目的地址和源地址从本节点的数据库中查询该业务所对应的VPN-ID中的虚电路号，由此开始基于公平算法的网络资源管理过程。

与基于阈值控制的资源管理方法不同的是，在基于公平算法的资源管理方法中，边缘关口设备不会从路由/交换设备中得到任何节点资源的信息。边缘关口设备只是根据本节点的资源，采用公平算法来控制与管理资源。

在边缘关口设备中，可以赋一个进程值，将业务连接ID(session ID)、VPN-ID进行关联并作日志，以解决业务的服务质量和溯源问题。同时，也可以将目的IP地址、目的PTDN地址和进程值作关联，以便尽量减少ADT设备的处理量，快速处理边缘关口设备进入的数据包。

需要说明的是，公平算法的主要目标是网络节点的传送能力对用户的公平性，即无论高优先级或低优先级的用户数据都拥有公平传送数据包的权力，只是优先级高的具有高的优先传送概率，优先级低的具有低的优先传送概率。具体可以采用的公平算法有很多，有公平排队算法、加权公平算法等。关于公平算法的进一步介绍，可以参考林闯、单志广和任丰原所著《计算机网络的服务质量(QoS)》(ISBN7-302-08076-3/TP.5843，清华大学出版社2004年4月出版)以及维格斯纳所著《IP服务质量》(人民邮电出版社2001年8月出版)等书籍，在此不再赘述。

上面对本发明所述的基于公平算法的IP电信网设备资源管理方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (5)

1.一种基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法，用在不面向连接的工作方式下，其特征在于：

边缘关口设备根据数据平面ID和业务类别为出端口的每一个数据平面的虚链路配置所要求的资源，并且不设置所述资源的阈值上界和阈值下界；

在数据平面的虚链路上传送数据包时，按数据包上标识的优先级放入出端口的数据平面中的虚链路优先级子队列中，分情况分别进行处理：

(1)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包没有超过虚链路的配置值时，对不同优先级的数据包分别按不同优先级发送；

(2)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包超过虚链路的配置值时，根据数据包的优先级和公平算法丢弃无力传送的数据包。

2.如权利要求1所述的基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法，其特征在于：

在所述边缘关口设备的出端口存储队列池中，为每一个数据平面的虚链路设置出队列存储器，在所述出队列存储器中再分出优先级子队列。

3.一种基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法，用在面向连接的工作方式下，其特征在于：

边缘关口设备根据数据平面ID和业务类别为出端口的每一个数据平面的虚链路中的虚电路配置所要求的资源，并且不设置所述资源的阈值上界和阈值下界；

在数据平面的虚电路上传送数据包时，按数据包上标识的优先级放入出端口的数据平面中的虚链路优先级子队列中，分情况分别进行处理：

(1)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包没有超过虚链路的配置值时，对不同优先级的数据包分别按不同优先级发送；

(2)当在一个数据平面的虚链路上传送的数据包超过虚链路的配置值时，根据数据包的优先级和公平算法丢弃无力传送的数据包。

4.如权利要求3所述的基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法，其特征在于：

在所述边缘关口设备的出端口存储队列池中，为每一个数据平面的虚电路设置出队列存储器，在所述出队列存储器中再分出优先级子队列。

5.如权利要求1或3所述的基于公平算法的IP电信网边缘关口设备资源管理方法，其特征在于：

在所述边缘关口设备中，通过赋予进程值的方式将业务连接ID和数据平面ID进行关联并作日志。

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