CN101656662B - 网络资源分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络资源分配方法，包括：根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道；将隶属于中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理信道对应的多个区域；对每个资源管理通道所对应的区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速。本发明还涉及一种网络资源分配系统。本发明通过资源管理信道来分别管理各种不同类型、等级以及地理位置等的业务流量，并基于DiffServ QoS技术为资源管理信道进行带宽预留和最大带宽限速，从而使网络具备了一定的自适应调节能力，在突发流量产生拥塞情况下，规避由于中心站点带宽与分支机构带宽相差悬殊，所导致的使TCP同步现象，提高接入带宽的利用率，并维持网络应用正常运行。

Description

网络资源分配方法及系统

技术领域

本发明涉及电信技术，尤其涉及一种保证端到端服务质量的网络资源分配方法及系统。

背景技术

Internet网络是一个统计复用网络，网络流量具有很明显的突发特性。如图1所示，是现有Internet网络实测的流量特征示意图，分别以1ms和5分钟为间隔测量网络流量。该图表明，以1毫秒为间隔采集到的流量最大值是以5分钟为间隔采集到的流量最大值的2-3倍，其中中间的线是5分钟为间隔的流量统计，最上和最下的线是1毫秒为间隔的流量统计，可以看出在间隔很小时间内，网络突发流量会很大。

因此，在网络发生故障及突发流量较大的情况下，需要分辨出任务关键的和延迟敏感的通信，并能为它们设定优先顺序，然后基于重要性和时间性的规则上传递数据。现有技术中运营商在其核心骨干网络上部署QoS作为业务质量保证与网络成本相权衡的手段，所采用的核心骨干网络设备多为高端路由器，转发性能较高，而网络时延主要是传输造成的。因此通过合理的规划和设计，可以确保核心网络端到端时延在ms级别，不会拥塞。

随着IP网络的成熟，越来越多的企业应用都转移到IP网络上承载。而目前的应用模式多为总部与分支点的星型结构，且大部分应用是基于TCP通信。因而，用户侧流量的突发性成为企业转网的突出问题。在星型结构下，总部与各分支点之间进行通信，总部站点的接入带宽多为千兆，而各分支点由于流量比较小，多为64K-2M接入。在运营商核心网络时延较短的情况下，总部较大的流量将在极短时间内压向分支点，造成分支点拥塞。

基于TCP/IP的应用尤为敏感。TCP协议采用滑动窗口机制进行流量和阻塞控制，实际上是发送端根据网络的阻塞情况调整自己的发送速率。TCP协议有两个特点，一是不公平性，往返时延(Round TripTime，简称RTT)短的进程发送窗口增加得快，会占用更大的带宽。另一个是同步现象，以前的路由器采用的尾丢弃策略在网络阻塞时，有可能导致许多TCP连接的发送窗口同时急剧下降，然后又同时上升而导致阻塞；如此循环往复，线路的利用率很低。由于TCP协议对丢包很敏感，丢包会造成发送速率急剧下降，导致网络性能的急剧下降。在这种情况下，虽然核心网络没有拥塞，但在用户侧由于带宽的极不对称性使得在流量突发下，网络质量裂化加剧。

发明内容

本发明的目的是提出一种网络资源分配方法及系统，实现克服在IP网中突发流量导致分支点拥塞的问题，以及TCP应用造成的网络性能下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种网络资源分配方法，包括：

根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道；

将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理信道对应的多个区域；

对每个资源管理通道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速。

进一步的，所述根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道的操作具体为：根据流量对应的目的网段在中心站点建立多个资源管理通道。

进一步的，所述根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道的操作具体为：根据流量的应用和/或业务等级在中心站点建立多个资源管理通道。

进一步的，所述多个区域与所述各个分支站点一一对应。

进一步的，所述多个区域分别对应于一个或多个符合预设规则的分支站点，所述多个区域之间不包括相同的分支站点。

进一步的，所述预设规则为依照分支站点的空间距离、链路性能的相近程度、接入带宽以及地域和行政区划中至少一种因素进行区域划分。

进一步的，在对每个资源管理信道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速之后，分别对每个资源管理信道中不同的应用和/或业务等级的流量进行带宽预留和制定相应的服务质量策略。

进一步的，在根据流量的应用和/或业务等级在中心站点建立多个资源管理通道之后，还包括：将每个资源管理信道细分为多个子资源管理信道，并在划分区域时将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个子资源管理信道对应的多个区域。

进一步的，所述资源管理信道为逻辑信道或物理信道。

为实现上述目的，本发明提供了一种网络资源分配系统，包括

资源管理通道建立模块，用于根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道；

区域划分模块，用于将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理信道对应的多个区域；

带宽预留模块，用于对每个资源管理信道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留；

最大带宽限速模块，用于对每个资源管理信道所对应的所述区域的分支站点的流量进行最大带宽限速。

进一步的，所述资源管理信道为逻辑信道或物理信道。

基于上述技术方案，本发明的网络资源分配方法及系统通过资源管理信道来分别管理各种不同类型、等级以及地理位置等的业务流量，并基于DiffServ QoS技术为资源管理信道进行带宽预留和最大带宽限速，从而使网络具备了一定的自适应调节能力，在突发流量产生拥塞情况下，规避由于中心站点带宽与分支机构带宽相差悬殊，所导致的使TCP同步现象，提高接入带宽的利用率，并维持网络应用正常运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有Internet网络实测的流量特征示意图。

图2为本发明网络资源分配方法的一实施例的流程示意图。

图3为本发明网络资源分配方法的另一实施例的流程示意图。

图4为本发明网络资源分配方法的再一实施例的流程示意图。

图5为本发明网络资源分配系统的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明采用了一种资源管理信道的机制(或称软管道机制)将中心站点接入侧的流量按照一定的分类原则来划分出专用的资源管理信道，并利用目前比较成熟的DiffServ QoS技术对资源管理通道中的流量进行预先的带宽预留和最大带宽限速，确保突发流量时网络不会发生阻塞，并解决TCP机制缺陷所带来的资源抢占问题。本发明通过不同颗粒度、多维度的具体实现，将使得各个分支能公平地使用核心网络的带宽，使企业网络能满足语音、视频、业务关键应用、普通互联网应用等多业务承载的需要，提高带宽的利用率。

下面首先介绍一下DiffServ QoS技术，DiffServ由因特网工程任务组(Internet Engineering Task Force，IETF)的DiffServ小组提出的DiffServ机制。DiffServ采用边缘监管、分配和业务优先级的结合，为不同QoS要求的应用分配不同的服务优先级，从而满足不同业务的QoS要求。DiffServ技术所采用的策略包括：分类和标记、速率限制和流量整形、队列调度和丢包策略等。在网络接入侧对用户QOS需求相近的业务流分成一类，减少调度算法所处理的队列数，减轻路由器的处理压力。网络设备识别业务并实现QoS分类的依据是各种标记字段、端口(物理端口、逻辑端口和子端口)、源/目的MAC地址、源/目的IP地址、IP层协议端口、应用层源/目的端口和BGP属性等。使用IP Precedence、IP DSCP、MPLS EXP和802.1p等字段标识QoS等级。路由器将不同等级的分组放入不同的队列中。路由器在处理过程中，按照一定的队列调度算法，决定从哪个队列中取出数据分组进行服务。一般采用基于优先级调度算法(Priority Queuing，PQ)和轮转算法(Round Robin，RR)的一些改进型算法，如加权轮询(Weighted Round Robin，WRR)和差额轮询(Deficit Round Robin，DRR)等。在网络接入侧进行整形和限速都能确保流量不超过某一带宽限额。

接下来通过几个具体的实施例对本发明进行详细地说明。

如图2所示，为本发明网络资源分配方法的一实施例的流程示意图。本实施例包括以下步骤：

步骤101、根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道；

步骤102、将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理信道对应的多个区域；

步骤103、对每个资源管理信道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速。

在本实施例中，资源管理通道可以是虚拟的逻辑通道，也可以是具体的物理通道(例如物理接口，在物理接口上还可以继续划分成多个逻辑通道)。资源管理通道的建立依据主要参照中心站点接入侧的流量的属性，例如根据流量对应的目的网段不同来建立多个资源管理通道，或者根据流量的应用和/或业务等级来建立多个资源管理通道等，当然流量属性并不限于以上所举的两个例子，其它流量属性也适合于本发明。

在进行网络资源分配时，中心站点根据网络的整体情况对每个资源管理信道进行带宽预留和最大带宽限速，由于带宽预留和最大带宽限速的内容是比较成熟的DiffServ QoS技术，这里就不详述了。

如图3所示，为本发明网络资源分配方法的另一实施例的流程示意图。在本实施例中，资源管理通道是根据流量对应的目的网段在中心站点建立的，网络资源分配流程包括以下步骤：

步骤201、根据流量对应的目的网段在中心站点建立多个资源管理通道；

步骤202、将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理信道对应的多个区域；

步骤203、对每个资源管理信道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速；

步骤204、分别对每个资源管理信道中不同的应用和/或业务等级的流量进行带宽预留和制定相应的服务质量策略。

在步骤202中，可以根据分支站点的情况进行区域划分，例如当分支站点规模较小的时候，可以将划分出的区域与各个分支站点一一对应，也就是说，每个分支站点代表一个区域直接与一个资源管理信道对应。

当分支站点规模较大，数据配置复杂，甚至已经超过系统所支持的资源管理信道的最大数时，则可采用每个区域分别对应于一个或多个符合预设规则的分支站点的方式，这种情况下一半多个区域之间不包括相同的分支站点。

在进行区域分类时，一般要依照分支站点的空间距离、链路性能的相近程度、接入带宽以及地域和行政区划中至少一种因素进行区域划分。举例来说，如果需要考虑空间距离，则将到HUB中心站点的空间距离相近的站点划分到同一个区域，以免发生“近端饱死、远端饿死”的现象。

如果需要考虑数据链路的性能，则将链路性能相近的站点划分到同一个区域。可以按照Spoke分支站点到Hub中心站点延时进行排序，延时相差较大的站点尽量不要划分的同一个区域，以免发生“劫贫济富”的现象。

如果需要考虑带宽的因素，则将接入带宽相同或者相近的站点划分到同一个区域，带宽相差悬殊的两个站点不要划分到同一个区域，以免发生大带宽站点流量突发时，挤占小带宽站点的带宽，小带宽站点得不到服务质量保证。

如果需要考虑地域和行政区划的因素，则将属于同一个地域和行政区的Spoke分支站点划分到同一个区域，便于管理。

在步骤203进行了多个资源管理信道的带宽预留和最大带宽限速之后，还可以通过步骤204对每个资源管理通道内部的流量进一步的预留带宽和制定相应的服务质量策略。以下表为例，来说明一下不同业务等级所应制定的服务质量策略。

QoS标记	MPLS VPN业务QOS策略
		钻石等级(111)	最高优先转发：优先队列(PQ/LLQ)调度，超过预定带宽丢弃
白金等级(101)	第二高优先转发：使用CBWFQ调度，限速至该业务等级及以上等级限速带宽
		金等级(011)	第三高优先转发：使用CBWFQ调度，WRED策略丢包，限速至该业务等级及以上等级限速带宽
银等级(010)	第四高优先转发：使用CBWFQ调度，WRED策略丢包，限速至该业务等级及以上等级限速带宽
		铜等级(001)	最低优先转发：使用CBWFQ调度，WRED策略丢包

上表中的PQ/LLQ调度、CBWFQ调度、WRED策略丢包等各种算法和策略均属于DiffServ QoS技术的内容，这里举例仅为说明业务等级和策略制定的关系，因此就不对这些内容进行详述了。

如图4所示，为本发明网络资源分配方法的再一实施例的流程示意图。本实施例中，资源管理通道是根据流量的应用和/或业务等级建立的。本实施例中网络资源分配流程包括以下步骤：

步骤301、根据流量的应用和/或业务等级在中心站点建立多个资源管理通道；

步骤302、将每个资源管理信道细分为多个子资源管理信道；

步骤303、在划分区域时将隶属于该中心站点的各个分支站点划分为与多个子资源管理信道对应的多个区域；

步骤304、对每个子资源管理信道所对应的该区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速。

在本实施例中，对资源管理信道进行了细分，从而实现更小粒度的业务流量的管理，使网络具备更强的自适应调节能力。

通过以上实施例，解决了企业从原有专线网络向IP网迁移后的业务质量保证问题。该网络资源分配方法适合在运营商网络中应用，利用公共互联网或专网，为企业/政府客户提供差异化的综合通信业务，使在一张公共的网络中承载企业的多媒体数据业务、普通数据业务和公众互联网应用、发明的推广应用，有利于运营商为不同用户应用提供差异化服务，提高网络的盈利能力。

本发明提出的软管道机制和以及相应的技术方案使网络对网络应用具备自适应调节能力，在突发流量产生拥塞情况下，规避由于中心站点带宽与分支机构带宽相差悬殊，所导致的使TCP同步现象，提高接入带宽的利用率，并维持网络应用正常运行，从而真正实现了网络无距离的差别，解决了TCP协议的不公平性问题，通过对总部接入带宽进行分割，将各个分支点都预留一定的带宽，规避了由于传输距离的远近而导致“近端饱死、远端饿死”的现象，保证用户各个接入点的公平性。

本发明在软管道中，根据不用的应用设置不同业务等级，使低业务等级流量能够使用高业务等剩余带宽，高业务等级不能使用低业务剩余带宽，一方面保证各业务等级流量可以享受该业务等级及以上等级服务质量，不会降低该业务等级的服务质量，同时使得低业务等级可以复用高等级业务带宽，避免资源独占导致的浪费，保证各类应用的用户体验。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁盘或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

如图5所示，为本发明网络资源分配系统的一实施例的结构示意图。本实施例包括：资源管理通道建立模块1、区域划分模块2、带宽预留模块3和最大带宽限速模块4。其中资源管理通道建立模块1用于根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道。区域划分模块2用于将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理信道对应的多个区域。带宽预留模块3用于对每个资源管理信道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留。最大带宽限速模块4用于对每个资源管理信道所对应的所述区域的分支站点的流量进行最大带宽限速。这里的资源管理信道可以为逻辑信道或物理信道。

本发明的网络资源分配方法及系统通过资源管理信道来分别管理各种不同类型、等级以及地理位置等的业务流量，并基于DiffServQoS技术为资源管理信道进行带宽预留和最大带宽限速，从而使网络具备了一定的自适应调节能力，在突发流量产生拥塞情况下，规避由于中心站点带宽与分支机构带宽相差悬殊，所导致的使TCP同步现象，提高接入带宽的利用率，并维持网络应用正常运行。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种网络资源分配方法，包括：

根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道，其中所述资源管理通道为逻辑信道或物理信道；流量的属性为流量对应的目的网段；

将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理通道对应的多个区域；其中，当分支站点规模超过资源管理通道的最大值时，所述每个区域分别对应于一个或多个符合预设规则的分支站点，所述多个区域之间不包括相同的分支站点；其中所述预设规则为依照分支站点的空间距离、链路性能的相近程度、接入带宽以及地域和行政区划进行区域划分；

对每个资源管理通道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速。

2.根据权利要求1的网络资源分配方法，其中在流量的属性为流量对应的目的网段的情况下，在对每个资源管理通道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留和最大带宽限速之后，还包括：

分别对每个资源管理通道中不同的应用和/或业务等级的流量进行带宽预留和制定相应的服务质量策略。

3.一种网络资源分配系统，包括：

资源管理通道建立模块，用于根据流量的属性在中心站点建立多个资源管理通道，其中所述资源管理通道为逻辑信道或物理信道；流量的属性为流量对应的目的网段；

区域划分模块，用于将隶属于所述中心站点的各个分支站点划分为与多个资源管理通道对应的多个区域；其中，当分支站点规模超过资源管理通道的最大值时，所述每个区域分别对应于一个或多个符合预设规则的分支站点，所述多个区域之间不包括相同的分支站点；其中所述预设规则为依照分支站点的空间距离、链路性能的相近程度、接入带宽以及地域和行政区划进行区域划分；

带宽预留模块，用于对每个资源管理通道所对应的所述区域的分支站点的流量进行带宽预留；

最大带宽限速模块，用于对每个资源管理通道所对应的所述区域的分支站点的流量进行最大带宽限速。