CN102017549B - 用于管理网络的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种管理网络的方法，该网络包括用于使用网络资源来传送业务流的一组设备。该组设备中的每个设备分别与到期时间关联。该组设备中的给定设备的到期时间定义由该给定设备发送两个消息之间的最大间隔，所述消息指示该给定设备与网络连接。该方法包括基于该组设备的到期时间来确定定义使用所述网络资源的持续时间的传输租用时间的步骤。

Description

用于管理网络的方法和设备

技术领域

本发明涉及网络技术，更特别地涉及网络资源的有效利用。

背景技术

服务质量(QoS)是网络提供良好的用户体验的重要因素，尤其是在无线网络所有网络设备共享信道的情况下。例如，当前广泛使用的基于infrastructure(基础架构)模式的IEEE 802.11g无线网络具有54Mbps的带宽。

如图1所示，媒体服务器102通过无线路由器101与电视机103相连。由于从媒体服务器102发出的包需先通过上行链路信道11发送到无线路由器101然后再通过下行链路信道12发送到电视机103，并且由于上行链路和下行链路信道时分复用，因此从媒体服务器102到电视机103的视频流最大具有27Mbps的带宽，网络环境导致的对信号的阻碍和衰减使得实际可用的视频流带宽更小。

另一方面，试验表明经由H.264压缩的1080p的典型高清视频流需要20Mbps的带宽用于传输，因而802.11g的无线网络仅能容纳一路高清视频流。如果此时其他需要大带宽的应用也使用网络传输，而网络又不提供任何QoS的话，那么视频流的播放必然会受到影响。

为了解决网络中有限资源的分配问题，已经提出很多QoS技术。当前流行的QoS技术可以大致分成两类：优先级的QoS和参数化的QoS。

优先级的QoS根据用户请求的优先级标记要发出的数据包，并以不同的优先顺序传送它们，即，标记为高优先级的数据包优先于标记为低优先级的数据包传送。优先级的QoS例子是IEEE 802.11e中的EDCA(Enhanced Distributed Channel Access，增强型分布式信道访问)。虽然优先级高的数据包会优先传送，然而相同优先级的数据包仍涉及传输竞争。

相反，参数化的QoS会在传输开始前预留一些网络资源，这样的例子是IEEE 802.11e中的HCCA(Hybrid Controlled Channel Access，混合控制式信道访问)。每个业务流需要在开始传输前提供TSPEC(Traffic Specification，业务规范)以向网络中的混合协调器(HybridCoordinator)发出请求。该混合协调器会检查当前网络状况是否允许该请求；如果允许，则该业务流请求被接受，并且混合协调器分配特定的网络传输时间间隔给该业务流。在该时间段内，没有其他流被允许与该业务流竞争，因而它是没有竞争的协议。

QoS技术的有效性依赖于下层协议的支持(比如，开放系统互联0SI模型中的物理层和媒体访问层)。然而，下层协议仅仅知道有数据包要传送，但并不知道该数据包是哪个应用发起的、应当使用什么样的优先级或者应当预留哪些资源。因而，需要上层协议配合，比如提供有关业务流的传输特性要求的参数，并根据这些参数配置网络设备，以便有效实现QoS。

在UPnP(Universal Plug and Play，通用即插即用)和IGRS(Intelligent Grouping and Resource Sharing，智能分组和资源共享)中进行的QoS标准化工作，就是为了在上层定义一套标准的接口，从而使得上层应用可以通过该接口统一调用下层提供的QoS功能，本文所述上层可以指网络层、传输层、应用层等。

UPnP和IGRS的QoS规范都是基于策略的QoS，都定义了三类服务，分别是：QoS服务质量策略库(QosPolicyHolder)服务，以下简称QPH服务；QoS服务质量管理器(QosManager)服务，以下简称QM服务；QoS服务质量设备(QosDevice)服务，以下简称QD服务。

QPH服务定义了QoS系统的策略库；QM服务定义了QoS系统的管理功能；给定设备的QD服务定义了设置给定设备的QoS参数的接口。

QM服务根据控制点请求建立业务流时所提供的业务描述符查询策略库，并返回当前系统策略库所允许的业务描述符；控制点通过调用QM的功能执行相应的QoS操作；QM调用QD的功能来配置业务流传输路径上所有实现了QD服务的设备的QoS参数。网络中相应的设备可以实现上述三类服务以提供相应的功能。本文所述的控制点可以指在UPnP和IGRS规范中定义的具有控制设备(即调用设备的相关服务)的功能的程序或者设备。例如控制点可以是音/视频应用程序，或者安装有音/视频应用程序的多媒体播放器。

图2描述了UPnP和IGRS QoS系统一般的运行顺序。

业务流可以在源设备和目的设备之间直接传送，则在该传输路径上只涉及两个设备。

业务流也可以经过若干个网络节点被路由传输，在这种情况下传输路径是从源设备经过若干中间设备到达目的设备，该路径涉及多个设备。

在图2中，控制点CP(可以是应用程序或设备)发起从源设备201经由中间设备202到目的设备203的业务流传输；

例如，在UPnP/IGRS音/视频应用中，控制点CP可以是音/视频控制应用程序；源设备201是媒体服务器设备；目的设备203是媒体呈现器/媒体播放器设备。

控制点CP在请求QM服务建立传输时提供一个业务描述符(Traffic Descriptor，该描述符可以包含源设备201/目的设备203的IP地址，应用程序端口，业务流的平均数据速率，峰值数据速率，最大包长，最大允许延时等)。

QM服务使用(可能不完整的)业务描述符来请求QPH服务，QPH服务将检查策略库并返回匹配的完整业务描述符；

设备的QD服务可以根据所在设备的网络接口的链接信息提供该设备参与的业务流的路径信息。QM服务根据QD服务提供的路径信息推导出网络拓扑结构，确定业务流在源设备和目的设备之间的传输路径，并且用得到的业务描述符配置传输路径上的每一个QD服务，即配置设备201、设备202和设备203的QD服务。

如果配置成功，QM服务会返回成功状态给控制点，然后实际的传输开始。

然而，在提供QoS的网络中，一些网络设备可能突然故障，诸如从网络中断开，因此，为该故障设备分配的网络资源如果不能及时释放的话，不仅会造成资源浪费，而且也使得其他需要资源的设备因缺乏资源而无法正常工作。这一问题在参数化QoS中尤其明显，因为资源已在实际传输开始前分配。

UPnP QoS和IGRS QoS都在QD服务规范中定义了一个业务租用时间(lease time)，来保证在网络中设备故障时相关资源可被及时释放。该业务租用时间定义了业务流可以使用向其分配的资源的时间间隔。在业务租用时间到期之前，如果该业务流需要继续使用所分配的资源，控制点必须更新业务租用时间的值以确保对所分配资源的占用。如果某些已实现QD服务的设备故障且所分配资源无法正常立即释放，则相关的业务流会在业务租用时间到期时自动释放占用的资源。但是，如果业务租用时间设置太长，并且存在某些频繁加入和离开网络的设备，则将导致网络资源无法及时释放；而如果业务租用时间设置得太短，则需要过多网络资源用于更新业务租用时间，造成网络负载重。

发明内容

本发明提供了用于解决网络设备故障的情况下资源释放的问题的方法和设备。

本文所述的设备故障是指包括设备断电，设备从网络中断开，具有设备内部的软件和硬件故障的设备无法正常工作的情况。

根据本发明的第一方面，提出了管理网络的方法。该网络包括用于使用网络资源传送业务流的一组设备。其中，该组设备中的每个设备分别与到期时间关联。到期时间定义由该组设备中的给定设备发送用于指示该给定设备与网络连接的消息的最大间隔。该方法包括基于该组设备的到期时间来确定定义使用所述网络资源的持续时间的传输租用时间的步骤。

根据本发明的第二方面，提出了用于管理网络的管理器设备。该网络包括用于使用网络资源传送业务流的一组设备。其中，该组设备中的每个设备分别与到期时间关联。到期时间定义由该组设备中的给定设备发送用于指示该给定设备与网络连接的消息的最大间隔。该管理器设备包括用于基于该组设备的到期时间来确定定义使用所述网络资源的持续时间的传输租用时间的单元。

通过应用所提出的方法和设备，当在业务流的传输期间存在传输故障时，网络资源可被更快地释放。

下面，本发明的其它目的将连同以下的说明和附图一起进行描述。

附图说明

根据以下结合附图考虑的详细描述，本发明的上述以及其它目的和特征将变得更加显而易见，附图中：

图1示出了已知的从源设备到目的设备的传输路径；

图2示出了UPnP/IGRS QoS系统一般的运行顺序；

具体实施方式

在已知的技术中，设备需要周期性地宣告其在线，在线宣告通过向特定网络地址发送多播消息(即，用于指示设备与网络连接的消息)实现，该特定网络地址例如是“239.255.255.250:1900”。

为在线宣告消息定义的到期时间指示由设备发送的两个在线宣告消息之间的最大时间间隔。在已知的技术中，例如在UPnP和IGRS中，要求所有的设备在到期时间结束之前周期性地广播在线宣告消息。这意味着从给定设备的第一在线宣告消息被网络设备接收到的时刻开始，如果达到到期时间的持续时间，没有第二在线宣告消息被接收到，那么该给定设备被认为从网络中断开或者脱机。

推荐应当对于网络中相对稳定的设备设置相对长的到期时间(例如1800秒)，而应当对于加入和离开网络频繁的设备设置相对短的到期时间(比如30秒)。这样，减少了不必要的设备在线宣告消息，并且能及时得到关于网络拓扑结构动态改变的信息。

控制设备将在接收感兴趣的设备的在线宣告消息时监听(检测)地址并且记录所述设备。如果控制点在到期时间的结束之前未接收到更新后的设备的在线宣告消息，则控制设备认为所述设备脱机。

一般而言，生产商或者用户将根据设备的特征(稳定性)来设置到期时间，其将比较长。例如，许多计算机生产商将到期时间设置为120秒，而对于正在观看从PC向多媒体播放器发送的流媒体的用户，120秒的间隔无所播放将是无法忍受的。

根据上述到期时间的定义，可以假定到期时间是与设备特征相关的时间参数。应理解：在不同的网络结构中，与设备关联的特征可以通过不同的参数描述，并且可以使用许多参数来实现本发明的目的，只要这些参数具有相同的性质。

为了释放资源，在UPnP QoS和IGRS QoS中，已经定义了业务租用时间，该参数定义了业务流可以使用向其分配的资源的时间间隔。控制设备需要周期性地更新业务租用时间的值以确保对所分配的资源的占用。如果某个设备(已实现QD服务)在提供服务时出现故障，则向其分配的资源将无法立即释放；相反，在业务租用时间已经到期之后，相关的业务流将自动释放所占用的资源。然而，业务租用时间的本定义没有陈述如何设置合理的业务租用时间，因而业务租用时间不能在释放资源时有效地起作用。

为了解决此问题，本发明提出一种更加有效的及时释放资源的方法和管理器设备。

本发明提出了一种智能方法，其根据业务流的传输路径上所有设备的特征来设置其中业务流可以使用向其分配的资源的持续时间。本文所提到的设备的特征可以是设备的稳定性。

如上所述，通常根据设备的特征来设置到期时间，因此到期时间可被当作与设备特征关联的参数。类似地，如上所述，业务租用时间是在一些标准中定义的、关于其中业务流可以使用向其分配的资源的时间间隔的参数。

网络包括用于使用网络资源来传送业务流的一组设备。所述一组设备中的每个设备分别(individually)与到期时间关联。到期时间定义由所述一组设备中的给定设备发送用于指示所述给定设备连接到所述网络的消息的最大间隔。所提出的方法包括基于所述一组设备的到期时间来确定传输租用时间的步骤。该传输租用时间定义使用所述网络资源的持续时间。下面将参考各个实施例中的业务租用时间和到期时间来描述本发明的核心思想。

为了实现本方法，本方法提出了一种管理器设备。该管理器设备包括用于基于所述一组设备的到期时间来确定传输租用时间的单元。该传输租用时间定义使用所述网络资源的持续时间。

可选地，该业务租用时间的设置可以基于所述一组设备的到期时间中的最小值。

该业务租用时间还可以根据所述一组设备的到期时间的平均值而设置。

该业务租用时间还可以根据所述一组设备的到期时间中的中间值而设置。

该业务租用时间还可以根据通过对传输路径上的所有设备的到期时间执行任何合理的数学运算而获得的时间值(例如均方根等等)来设置。

将关于根据传输路径上的所有设备的到期时间的最小值进行的业务租用时间的设置为例，说明本发明的原理。其步骤如下：

(1)QM服务确定业务流在源设备和目的设备间的传输路径上该组已实现QD服务的设备，表示为{device_source，device_1，device_2，…，device_n，device_sink}。

(2)QM服务从相应设备的在线宣告消息中获得第(1)步中每一个设备的到期时间，分别表示为{et_source，et_1，et_2，…，et_n，et_sink}。

(3)QM服务计算{et_source，et_1，et_2，…，et_n，et_sink}中的最小值，并使用该最小值作为业务租用时间，如公式(E1)所示，其中min()为取最小值的运算。

t1＝min(et_source，et_1，et_2，…，et_n，et_sink)  (E1)

可替换地，可以将业务租用时间随机地设置为分别写作Time_threshold_above和Time_threshold_below的上限值和下限值范围之间的任意值。所述上限值和下限值可以根据经验或网络的特征确定，或者由用户或设备生产商设置。

在上述根据到期时间来设置业务租用时间的实例中，可以进一步将业务租用时间值的范围限制在上文所提到的预先设置的上限值和下限值之间，以确保该业务租用时间不会太长或太短。具体公式如下面的(E2)和(E3)所示：

t2＝min(t1，Time_threshold_above)        (E2)

t3＝max(t2，Time_threshold_below)        (E3)

其中Time_threshold_below，Time_threshold_above可以分别为30秒和60秒。利用上述公式可以计算t3，QM服务将根据t3的值为该设备设置业务租用时间。

在设置业务租用时间之后，控制设备将在业务流传输期间根据UPnP QoS和IGRS QoS规范通过QM服务周期性地更新业务租用时间。

本发明考虑每个业务流的传输路径上的设备的特征(稳定设备的在线时间较长，而不稳定设备的在线时间较短)，因此，网络资源被及时释放，而不给网络造成重的负载。

如果传输路径上任何设备(已实现QD服务)不能正常工作，在业务租用时间到期之后，设备会自动释放该业务流占用的网络资源。

例如，如果控制点所在设备故障，则该控制点不能更新由其发起的业务流的传输路径上QD服务的业务租用时间，所述QD服务会在业务租用时间到期之后自动释放相关业务流占用的资源。

另一实例：如果业务流传输路径上的已实现QD服务的设备故障，则用于更新所述设备实现的QD服务的业务租用时间的控制点的调用功能不能被成功返回，并且控制点知道所述设备已出现故障并且相应地释放相关业务流占用的资源。

应理解：上述实施例仅仅是为了说明本方法的原理，不应当被解释为限制本发明。在本发明中，不仅可以使用到期时间来设置业务租用时间，根据不同的网络架构和网络协议，任何与所述到期时间和业务租用时间的定义一致或相似的其它参数均可用于本发明。

存在许多借助于硬件项或者软件项或者两者来实现功能的方式。在此方面，附图是很具说明性的，每个附图仅表示本发明一个可能的实施例。尽管附图将不同的功能示出为不同的框，但是这绝不排除单个硬件项或者软件项执行若干功能。其也不排除硬件项或者软件项或者两者的集合执行功能。

以上进行的注释证明参照附图的详细描述说明、而不是限制本发明。存在落入所附权利要求的范围内的许多可替换方案。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。使用动词“包括”及其变型不排除存在权利要求中所述的元件或者步骤之外的元件或者步骤。在元件或者步骤前使用不定冠词“一”不排除存在多个这样的元件或者步骤。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以被同一个硬件项包括。仅仅某些措施记述在相互不同的从属权利要求中的这个事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (3)

1.一种管理网络的方法，该网络包括用于使用网络资源来传送业务流的一组设备，所述一组设备中的每个设备分别与到期时间关联，所述一组设备中的给定设备的到期时间定义由所述给定设备发送两个在线宣告消息之间的最大间隔，所述在线宣告消息指示所述给定设备与所述网络连接，所述方法包括以下步骤：

-基于所述一组设备的到期时间来确定定义使用所述网络资源的持续时间的传输租用时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述传输租用时间根据下列标准之一而确定：

-所述一组设备的到期时间中的最小值；

-所述一组设备的到期时间的平均值；

-所述一组设备的到期时间中的中间值。

3.一种管理网络的管理器设备，该网络包括用于使用网络资源来传送业务流的一组设备，所述一组设备中的每个设备分别与到期时间关联，所述一组设备中的给定设备的到期时间定义由所述给定设备发送两个在线宣告消息之间的最大间隔，所述在线宣告消息指示所述给定设备与所述网络连接，所述管理器设备包括用于基于所述一组设备的到期时间来确定定义使用所述网络资源的持续时间的传输租用时间的单元。