CN102498696A - 数据网络的使用监管 - Google Patents

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Abstract

对由一个或更多个用户(12)使用数据网络(14)进行监管的方法和系统，所述一个或更多个用户(12)能够在所述网络上经由多个接入节点(42)中的一个或更多个接入节点来发送、接收、或者发送并接收数据，所述数据网络的使用源于各个数据单元在整个所述数据网络(14)上沿着相应路径消耗网络资源，所述数据单元中的每一个都与所述数据网络的使用的多个子集中的一个子集相关联，所述数据单元具有与其相关联的拥塞指示，该拥塞指示用于指示它们的拥塞影响的测量。

Description

数据网络的使用监管
技术领域
本发明涉及对数据网络的使用进行监管。更具体地，本发明的方面涉及用于对一个或更多个用户使用数据网络进行监管的方法和设备，其中每一个用户均能够经由多个访问节点中的一个或更多个访问节点在网络上发送和/或接收数据。
背景技术
管理分布式计算
大/多站点客户连接要求是基于下面各种参数的：站点的数量和位置、通信量、用于特定应用的服务质量等。对于客户而言，难以为特定位置计划准确的网络资源的量。同时，对于运营商而言，接入网络的成本取决于客户位置，并且在获得客户之前控制这些成本是复杂的。我们致力于研究分布式管理系统，该分布式管理系统的目的在于改善客户灵活性并且降低运营商成本。
该工作被分布式系统在目前互联网市场发展的方式所激励。在过去，分布式计算主要通过由具有一系列完整的应用程序和具体网络要求的单个组织所管理的服务器群组来表现。
当前的趋势是在整个互联网上在第三方托管平台上配置新的服务和应用程序。面向服务的体系结构(SOA)的成功已经促进了可在网络上访问的服务和功能的发展。SOA是基于在应用程序/服务和物理资源当中的松散耦合(loose coupling)的概念。
按照这种方式，软件研发者能够组合和重新使用这些功能以开发新的商业应用程序。例如，Amazon的弹性计算云(EC2)是SOA如何改变分布式计算领域的例子。该解决方案提出了网格计算模型，其中，若干个服务器可以成群地配置以提供可量测性和高实用性。目的在于，向愿意支付的任何客户提供无限量的计算资源。
在其背后的经济思想是机制敏捷的公司出售它们的未充分使用的计算资源以及当对于新服务的需求增加时租用另外的计算。在该工作中，重要的是，基于应用要求而动态提供资源的增加和减少的能力。目的在于，不仅能够实现基础设施的最佳使用，而且还能够在能量消耗方面实现较大的成本节约以及更好的功率管理。
管理分布式网络在分布式环境中的使用具有重大的技术障碍。客户和服务运营商不能预先计划用于每一个分布成员的要求。
与分布式计算相关的发展
与分布式计算相关的各种发展被认为适用于本发明涉及的具体技术，并且因此将简要地说明。
1)面向服务的体系结构和网格计算：作为其中模块化成员能够集合以设计分布式服务的一种服务设计形式，已经发展出面向服务的体系结构(SOA)。分布的类型的范围能够从垂直集成共同定位系统(vertical integrated co-located system)到由通过不同组织操作的大量系统构成的全球规模网格计算(global scale grid computing)。当今大部分基于互联网的组织(Google，Amazon，Yahoo)开发这些概念以实施和设计可升级的服务。
在文章“Understanding SOA with Web Services”，Eric Newcomer & Greg Lomow，Addison Wesley(2005)，ISBN 0-321-18086-0中进一步讨论了SOA。
2)内容分布网络和基于云的服务：内容分布网络(CDN)提出了能够为终端用户提供改善的互联网体验的机制。多个CDN服务器可以分布在多个地理位置当中，并且因此可以物理地更加接近终端用户。按照这种方式，它们可以提供更加快速和更加可靠的互联网体验。关于流行的内容服务，例如通过视频共享和下载诸如“YouTube”这样的网站而提供的那些内容服务，以及例如已知为“BBC i-Player”的视频和音频流，CDN运营商可能需要限制用户能够使用的带宽。然而，如稍后将理解的是，即使在使用CDN网络的情形中，特别流行的或高容量的内容提供用户仍然能够对CDN网络造成一定程度的拥塞。
在下面的文章中进一步讨论了云计算：“Market-Oriented Cloud Computing：Vision，Hype，and Reality for Delivering IT Services as Computing Utilities”，RajkumarBuyya，Chee Shin Yeo，Srikumar Venugopal，Department of Computer Science andSoftware Engineering，The University of Melbourne，Australia.Retrieved on 2008-07-31。
图1例示了CDN方案，其中，多站点内容提供商10具有若干个CDN服务器12或者使用若干个CDN服务器12，所述若干个CDN服务器12能够经由共享网络资源14例如云架构向它的终端用户提供内容。(将理解的是，CDN服务器可以处于内容提供商组织的控制下，或者可以处于如下的单独的组织的控制下，即，该组织的内容提供商组织是客户。为了解释的目的，认为控制CDN服务器的组织为内容提供商是充分的，即使初始内容提供商实际上是从该角色去除的一级。)内容提供商10和它的一个或更多个终端客户16、18本身就是负责提供共享网络资源14的网络提供商的客户。在图1中(以及稍后在图4中)的弯曲虚线13表示从CDN服务器12(属于内容提供商10)到内容接收终端用户的数据流或数据通信量。终端用户可以包括：一个或更多个“零售客户(retail customer)”16，所述零售客户中的一个被象征性地示出具有台式计算机161和膝上型计算机162；和/或一个或更多个“团体客户”18，所述团体客户中的一个被象征性地示出具有台式计算机181、膝上型计算机182和移动电话装置183。具体地，团体客户实际上很可能具有若干个单独的用户和/或单独的接入点，所述若干用户或所述若干接入点的每一个可以具有一个或更多个如此关联的装置，可能地，所有关联的装置形成虚拟专用网络(VPN)的一部分。该图意在示出在本发明的实施方式可以应用的示例情形中可以包括的实体的类型。
与在数据网络中的速率控制、拥塞发信和监管相关的发展
与在数据网络中的速率控制、拥塞发信和监管相关的各种发展被认为适用于本发明涉及的具体技术，并且因此将简要地说明。
将理解的是，在各种路由协议的控制下，穿过诸如互联网这样的网络的数据遵循在一系列路由器之间的路径。每一个路由器试图将数据包移动以更加接近它们的最终目的地。如果太多的通信量穿过网络中的同一路由器，则该路由器可能变得拥塞，并且在使用那一网络路径的时候，数据包开始经历过度的延迟。如果源坚持通过那一路由器发送通信量，则可能变得相当过载(拥塞)，并且甚至丢失通信量(当该路由器的缓冲器溢出时)。如果源仍然坚持在该瓶颈周围发送通信量，则可能使更多的路由器变得拥塞，并且如果该现象保持蔓延，则可能导致曾经在八十年代中期经常发生的整个网络的拥塞崩溃。
1)速率控制：目前针对那一问题的解决方案是确保源通过实施拥塞控制机制来负责它们在网络上发送数据的速率。根据这些机制，要求源监视路径特性度量(pathcharacterisation metrics)，以检测它们的数据流的路径何时变得拥塞，在该情形中，源通过减小它们的吞吐量来响应。在不存在如此的拥塞指示的情形下，它们可以缓慢地增加它们的吞吐量。拥塞水平是对源在拥塞的路径上发送数据的速率适应进行控制的多个参数中的一个参数。
2)不言明的拥塞发信：拥塞水平可以不言明地(当拥塞的路由器的缓冲器溢出时通过所述拥塞的路由器丢掉数据包以保护它们自己)或明确地(通过诸如明确的拥塞通知这样的机制，参见接下来的分段)以信号方式发送。当前最普遍的选择是不言明的发信。在历史上，当路由器变得完全饱和时(当通信量突发不能容纳在路由器的缓冲器中时，所述饱和发生)，它们将丢弃数据包，这种策略被称为“弃尾”。随机早期检测(RED)(参见下面的参考文献)是如下的环境，即，其中，路由器监视在它们的缓冲器中的平均队列长度，并且当该长度大于给定阈值时，路由器开始丢弃可能使队列长度过度增加从而超过阈值的数据包。上述随机早期检测(RED)在目前的互联网中被广泛使用，因为它允许源更加迅速地响应初期拥塞。使用传输控制协议(TCP)的源能够检测丢失，因为数据包丢失引起在序列中的间隙；只要当TCP源检测到丢失时，它就打算减半它的数据传输速率，这将减缓在处于瓶颈的路由器上的拥塞。
在下面的文章中进一步讨论了RED：S Floyd & V Jacobson：“Random EarlyDetection Gateways for Congestion Avoidance”，IEEE/ACM Transactions on Networking，Vol 1-4(397-413)Aug 1993。
3)明确的拥塞通知：明确的拥塞通知(ECN)(参见下面的参考文献)通过在互联网协议(IP)头部中利用两比特ECN字段来以信号方式通知拥塞而进一步在RED上进行了改善。它运行与RED相同的算法，但是作为丢弃数据包的代替方式，它将其ECN字段设置为拥塞经历代码点(Congestion Experienced(CE)codepoint)。ECN标准需要发送器来回波在数据中以信号方式发送的任何拥塞标记；例如，TCP接收器将回波拥塞经历(Echo Congestion Experienced(ECE))标志设置在TCP头部中，其中TCP源将该回波拥塞经历标志解释成：为了其速率控制的目的，数据包已经被丢弃。进而，源然后通过减半其传输速率而对拥塞做出响应，并且使用拥塞窗口减少(CongestionWindow Reduced(CWR))代码点将此通知给接收器。
ECN因此允许路由器以信号方式通知网络拥塞。这可以被用来减少TCP重新传输并且增加总网络吞吐量。
在IP头部中的两比特ECN字段的四个值为：
·无ECT，其表示数据包属于不支持ECN的流。
·ECT(0)和ECT(1)，其表示数据包属于支持ECN的流但是上游路由器还没有理由标记该数据包。
·拥塞经历(CE)，其以信号方式通知数据包已经经历了初期的拥塞。
在下面的文章中进一步讨论了ECN：K Ramakrishnan，S Floyd & D Black：“TheAddition of Explicit Congestion Notification(ECN)to IP”，RFC 3168，Sep 2001。
4)再反馈：已经研究出了再反馈框架，以允许基于网络用户对其他用户造成的拥塞外部因素而解释该网络用户的使用。将理解的是，IP头部的多个功能中的一个功能是将路径信息从发送器传送到接收器。该路径信息允许下游节点(更靠近接收器的节点)学习路径的上游状态。存在允许接收器将该信息反馈回到发送器的机制。再反馈的方案(例如参见下面的参考文献)提出了一种机制，通过该机制，从接收器反馈回到发送器的路径信息可以再插入到正向数据路径中，因此允许沿着该路径的节点学习与下游状态或该路径相关的信息以及与该路径的上游状态相关的信息。
在下面的文章中进一步讨论了再反馈的方案：“Policing Congestion Response in anInternetwork using Re-Feedback”，Bob Briscoe，Arnaud Jacquet，Carla di CairanoGilfedder，Alessandro Salvatori，Andrea Soppera和Martin Koyabe，ACM Sigcomm2005。
国际专利申请WO2005/096566和WO2005/096567涉及数据网络以及构成数据网络的多个部分的节点，布置为：根据再反馈的方案，获取与在网络中的节点之间由数据传播占据的路径的特性相关的信息。
基于再反馈方案的机制能够用来实现或使得多个用户以公平的方式共享与互联网容量相关的资源。一些如此的机制可以使得负载轻的用户即使在网络拥塞的时段也能够增加他们对网络资源的使用，而同时负载重的用户可以被激励以改善资源管理控制。特别地，再反馈方案可以用来使得网络服务提供商能够获得与每一个用户形成的拥塞量(congestion volume)相关的信息。
5)再ECN：再ECN是基于利用再反馈概念的ECN机制的系统的示例，由此从接收器反馈回发送器的路径信息可以被“再插入”到正向数据路径中，从而提供贯穿整个网络的上游拥塞信息和下游拥塞信息。利用再ECN，“再插入的”信息基于在之前传输的数据包中的ECN标记。它与ECN相似但是使用了在数据包头部中的另外的比特。该比特使得能够使用大量的新的代码点。理解再ECN协议的简单的方式是将每一个数据包考虑为具有不同的颜色标志(与代码点对应)。在流的开始，绿色标志(FNE或“没有创建反馈”)被用来指示发送器不了解路径的当前状况。当发送器不确定路径的当前状况时，也使用绿色标志。缺少数据包利用灰色标志来标记。如果它们通过网络的过程期间遭遇到拥塞，则它们利用红色标志来标记。目的地将发送回它已经遇到的红色标志的数量的计数。对于发送器被通知的每一个红色标志，发送器将发送具有黑色标志(再回波)的数据包。这些黑色标志一旦通过发送器设置，它们就不能被修改，如此地以信号方式向在路径上的任何一点处的节点通知所预期的总的端到端拥塞(基于如下的事实：黑色标志的数量以信号方式通知当前数据包的紧邻前一数据包所实际经历的总的端到端拥塞水平)。在任何中间节点，上游拥塞根据遇到的红色标志的数量给出，并且下游拥塞可以因此根据在红色标志的数量和黑色标志的数量之间的差异导出。
通过在正向路径上“再插入”ECN信息，再ECN机制提供如下的信息，即，该信息可以用来实现将执行的网络通信量的监管，该监管取决于该通信量在引起网络拥塞中所起的贡献，而不是简单地取决于通信量的大小，由此允许基于特定用户可能引起的拥塞量来对极限进行设置和监管。
在下面的文章中进一步讨论了再ECN：“Re-ECN：Adding Accountability forCausing Congestion to TCP/IP”，Bob Briscoe，Arnaud Jacquet，Toby Moncaster & AlanSmith，IETF Internet-Draft<draft-briscoe-tsvwg-re-ecn-tcp-07.txt>(March 2009)。
基于上面称为“再ECN”的概念，已经提出了各种机制。将参考图2描述(并且在上面的文献中进一步详细讨论)的一种如此提出的机制包括：采取能够被承认的“标准”令牌桶监管器(其将对由用户生成的通信量的大小做出响应)；和将令牌桶监管器进行适应性改变，使得它基于用户在网络中形成的拥塞量而不是简单地基于用户生成的通信量的大小而做出响应。这种机制因此被称为“拥塞监管器”，而不是“速率监管器”，并且在下面的段落中将对其进行讨论。
在下面的文章中将进一步讨论为什么认为拥塞监管在对池化(pooled)资源的使用进行监管的方面是特别有效的：“Policing Freedom to Use the Internet Resource Pool”，Arnaud Jacquet，Bob Briscoe & Toby Moncaster，Workshop on Re-Architecting theInternet(ReArch′08)(Dec 2008)。
6)基本的拥塞监管器：如在图2中所示，令牌桶21以恒定速率填充，并且与用户的通信量在网络拥塞中所起的贡献成比例地腾空。首先，当数据包25到达监管节点时，更新令牌预留(token reserve)r(步骤s210)。该更新涉及两个因素：通过与用户的预定拥塞容限w成比例地添加令牌来更新令牌预留r(步骤s210a)。还通过根据函数g()去除令牌来更新令牌预留r(步骤s210b)，该函数g()的值取决于从数据包头部获取的信息，特别地，大小si和再ECN字段(其反映了拥塞水平pi)。函数g()能够被定义为：
如果再ECN代码点以信号方式发送标记，则g(数据包)＝si，
否则，g(数据包)＝0。
接下来，在概率f(r)的情况下，根据相关监管(由曲线图22指示)，数据包可以经历制裁(sanction)(步骤s220)，其中只要令牌预留r的值保持为正的，制裁曲线f()就为零。
这种机制可以用来设置用户能够引起的拥塞量的上界。
拥塞监管
鉴于上述的解释，将理解的是，拥塞监管器可以用来监管从数据提供实体(例如在图1中的多个CDN服务器12中的一个)向数据接收实体(例如在图1中的多个终端用户16和18中的一个)发送的通信量。这种监管对于在如下的情形中实施将是相当简单的，即，在所述情形中，单个数据提供实体经由网络向单个数据接收实体提供数据，这可以通过将适当的监管节点定位在其中数据提供实体连接到网络的接入点或定位在其中数据接收实体连接到网络的接入点而实现。在如下的更加复杂的情形中，即，其中，单个数据提供实体向多于一个的数据接收实体提供数据，每一个数据接收实体均具有其自己的接入点(每一个数据接收实体经由自己的接入点连接到网络)，通过将适当的监管节点定位在其中数据提供实体连接到网络的接入点，针对数据提供实体实施拥塞监管也是相当简单的。这种监管将有效地集中在数据提供实体的行为上。下面将参考图3描述在该情形中基于令牌桶拥塞监管器的适当监管节点的功能。同样地，在如下的相反的情形中，即，其中，单个数据接收实体经由网络从多于一个的数据提供实体接收数据，通过将适当的监管节点定位在其中数据接收实体连接到网络的接入点，针对数据接收实体实施拥塞监管也是相当简单的。这种监管将有效地集中在数据接收实体的行为上。
在图3中，例示了令牌桶拥塞监管器30。这被示为：对从数据提供实体34(例如，具有一个或更多个CDN服务器12的数字媒体内容提供组织，所述CDN服务器12诸如在图1中所示的那些)经由网络14流向一个或更多个数据接收实体36(例如在图1中的客户16)的通信量32进行监管。根据“令牌桶”模型，令牌以恒定速率w添加到桶301，但是与利用“标准”令牌桶监管器(其中以与通过监管器的通信量成比例的方式简单地消耗令牌)的监管不一样，代替地，以与由或预期由通过监管器的通信量导致的拥塞成比例的方式消耗令牌。如将理解的是，由或预期由在流中的数据包导致的拥塞的适当测量能够从由数据包携带的诸如ECN或再ECN标记这样的拥塞指示获得。
在图3中，通信量32被示出在监管器30内，其中通信量32包括经由监管节点303穿过横跨网络的路径的N个流302。在理论方面，那意味着，从桶301消耗令牌的速率为∑pixi，其中xi是流i＝1...N的吞吐量，并且pi是在其路径上的拥塞的量。实际上，这意味着，每一次转发数据包，以与在该数据包中声明的拥塞的量成比例的方式消耗令牌。在再ECN的情形中，这可以意味着，每次转发携带再ECN标记的数据包时，就消耗了令牌。
或者，标定的令牌大小可以定义为例如一个字节，并且为了转发拥塞标记的数据包而去除的令牌的数量可以与数据包的大小成比例。在任何时间点，在桶中剩下的令牌的量表示用户未来可利用的仍然存在的预留。
如“标准令牌桶”模型通常的情形，当桶充满时，可以丢弃令牌，并且当桶是空的时候，可以开始应用制裁(例如丢弃数据包、对用户强加惩罚等)。如之后将详细地描述的，到制裁行为的转变可以是渐进的，或者可以在超过阈值(“空”)时立即加强。
应该注意，如果用户的使用(在图3的情形中，在拥塞监管器30处测量的数据提供器34使用)停留在允许的拥塞容限下，则监管器30仅被动地监视通信量。然而，一旦拥塞速率腾空了桶，监管器30就可以采取监管动作，诸如：将惩罚应用到通信量，强加一些其它制裁，标记通信量(例如利用在数据包头部中的另外的标记)，或者发布关于违犯的报告。通过强加监管制裁，诸如丢弃标记有拥塞指示的一些通信量，监管器例如能够将客户保持在预定的拥塞容限内。
如之前概述的，与内容提供相关的发展已经导致网络提供商的一些客户是“多宿的(multi-homed)”。这可能是因为网络提供商的客户是诸如在图1中的多站点内容提供商10这样的组织，或者因为客户是诸如在图1中的团体客户18这样的组织。在任何一种情形中，诸如上述这样的机构将仅允许单独地监视在各自站点的单独的用户的行为，在每一个站点处监管器自主地操作。在分布式网络环境中，这可能容易被滥用，或者可能不能在客户或其单独的用户的行为上具有要求的效果。
在下面的段落中将概述关于在分布式网络环境中的资源分配的控制的提议。
分布式资源分配
这些研究方案讨论了在分布式网络环境中控制资源分配的机制。
在Raghavan等的文章(参见下面)中讨论了如下的问题：将分布速率限制作为控制用户在网络中生成的总带宽的机制。建议的方案可以被视为连续形式的准许控制，其中，放置在网络的边缘的监管器准许通信量，直到由客户消耗的总带宽已经达到特定量或速率水平。
该方案在保持集中式限制器的行为的同时协调一组分布式通信量速率限制器。该方案选择令牌桶作为监视在不同的分布的位置处的通信量速率的参考模型。该方案假设在不同的限制器当中存在广播通信。“gossip协议”用来实现弹性并且坚固的通信框架。在每一个估计间隔的最后，各个限制器更新在一系列的限制器处的全局需求估计。
提出的机制适合于在分布的位置对大量的流进行速率限制。然而，该机制假设，如果每一个用户是TCP友好的，那么该机制提供了资源的公平分配。不幸的是，打开大量TCP会话的用户能够获得相对于仅使用一个会话或少量会话的另外的用户的优势。该机制将带宽的相似共享分配给每一个TCP流。
参见：“Cloud Control with Distributed Rate Limiting”，Barath Raghavan，KashiVishwanath，Sriram Ramabhandran，Kenneth Yocum & Alex C.Snoeren，UCSD，ACMSigcomm 2007。
与上述机制相似的机制在欧洲专利申请EP1705851和专利申请US2008/008090中被提出。上述两个申请描述了管理在不同的用户之间共享的容量约束，并且依靠令牌桶或者漏桶机制。然而，如同在上述的Raghavan的文献中提出的方案一样，监管器没有考虑通信量的拥塞影响。
其它现有技术
国际专利申请WO2006/108282涉及通信量定形(shaping)，并且具体地，涉及用于位于核心网和一个或更多个接入网之间的应用感知的通信量定形服务节点的方法和设备。按订户按应用通信量监管被强制于在通过接入网通信连接的订户和通过核心网通信连接的服务提供商之间的网络通信量。这种政策的强制执行可以包括：将网络通信量分类为多个应用水平订户流；保持对应用水平订户流和总网络元件拥塞的实时统计；基于实时统计实时更新按订户按应用通信量监管；以及，必要地，限制带宽并且丢弃在应用水平订户流上的数据包以强制执行通信量监管。将注意的是，监视的特性与数据量相关(即，数据包和字节的数量)。
美国专利申请US2008/037552涉及用于在基于分组的核心传输网络中提供服务质量的方法和系统。实施反馈控制环，其中，在网络中的各个点处的探测器检查拥塞状态以指导带宽管理阈值决定，从而维持贯穿整个网络的非拥塞的状态。容量规划和拥塞避免机制的目的在于一起履行服务水平协议(SLA)。将注意的是，简单利用度量被用来驱动任何阈值调整。
为了创建共享在资源池化类型网络中的资源的公平机制，本发明人已经意识到，通过利用拥塞信息而不是简单地利用与数据量或数据速率相关的信息，可以实现改善的结果。诸如ECN这样的拥塞度量信息携带与具体用户的通信量对共享同一资源池的其他用户的通信量的影响相关的信息。通过使用拥塞而不是量或速率，使得用户能够以公平的方式相互竞争成为可能。
而且，本发明人已经意识到，有利的是，允许针对具体客户固定拥塞资源(而不仅是量)的总量，同时允许在由该客户管理或控制的多个单独的用户和/或多个位置当中动态地共享拥塞资源的消耗。总体约束是保持拥塞始终低于总计，该总计可以作为客户与网络提供商之间的合同的一部分而达成一致。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种对由一个或更多个用户使用数据网络进行监管的方法，所述一个或更多个用户能够在所述网络上经由多个接入节点中的一个或更多个接入节点来发送、接收、或者发送并接收数据，所述数据网络的使用源于各个数据单元在整个所述数据网络上沿着相应路径消耗网络资源，所述数据单元中的每一个都与所述数据网络的使用的多个子集中的一个子集相关联，所述数据单元具有与其相关联的拥塞指示，所述方法包括：
针对所述多个接入节点中的每一个接入节点：
针对特定使用子集，监视与接收到的数据单元相关联的拥塞指示，并且
根据所述拥塞指示确定子集特有的拥塞贡献，所述接收到的数据单元与所述使用子集相关联；
根据与所述接入节点相关联的子集特有的监管参数以及根据所述子集特有的拥塞贡献，执行针对所述接收到的数据单元的监管操作；以及
向至少一个控制代理提供指示所述子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
以及
在所述至少一个控制代理：
从多个所述接入节点接收指示各个子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
根据所述子集特有的拥塞贡献而更新总拥塞测量；
针对所述多个接入节点中的至少一个接入节点，根据所述子集特有的拥塞贡献以及根据所述更新的总拥塞测量，确定更新的子集特有的监管参数；以及
提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行所述至少一个接入节点的监管操作时使用。
如稍后将更加详细地描述的，拥塞指示优选地与数据单元“相关联”，其中，由数据单元的一个或更多个头部的一个或更多个字段提供拥塞指示。在IP头部中的ECN字段是专门为了提供拥塞指示的目的而提供的如此字段的示例，但是将理解的是，关于IP或其它协议，也可以使用其它这样的字段(或者，在将来可使用其它这样的字段)。而且，可预见的是，与特定数据包相关联的拥塞指示可以以除了通过在关注的数据包的头部中以外的其它方式来提供。
这种拥塞指示可以指示与它们相关联的数据单元的“拥塞影响”的测量。“拥塞影响”可以与关注的数据单元是否已经经历“上游”拥塞(例如，在到目前为止在整个网络上在路径上的任何路由器处，即，从发送器节点到该数据单元已经到达的节点)相关，或者与它是否已经经历“下游”拥塞(例如，在整个网络上在向前的路径上的任何路由器处，即，从该数据单元已经到达的节点到最终预期的接收器节点)相关。
根据优选实施方式，所述多个接入节点的每一个都可以向公共控制代理提供所述子集特有的拥塞信息，该公共控制代理然后能够执行以下步骤：(a)针对多个所述接入节点，确定所述更新的子集特有的监管参数；(b)提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行关于所述多个接入节点的监管操作时使用。公共控制代理可以位于多个接入节点中的一个接入节点处，该接入节点因此可以执行双重角色：单独接入节点，以及用于该接入节点和其它接入节点的控制代理。或者，公共控制代理可以位于远离所述多个接入节点的位置处，在该情形中，它可以被认为是“专用”控制代理。
根据可选的优选实施方式，各个接入节点每一个均可以向相关联的控制代理以及向与一个或更多个其它接入节点相关联的一个或更多个其它控制代理提供它们的子集特有的拥塞信息；所述控制代理的每一个均执行以下步骤：(a)针对与其相关联的接入节点，确定所述更新的子集特有的监管参数；以及(b)提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行所述相关联的接入节点的监管操作时使用。这样的实施方式可以被认为是“协作的”，原因在于，作为存在公共控制节点的代替方式，各个接入节点彼此共享信息，并且它们中的一些或全部执行与在“公共控制节点”实施方式中将由公共控制节点执行的那些功能相对应的功能。
针对单独接入节点执行的监视可以在关注的接入节点处由控制代理直接地执行，但是作为可选方式，可以由与那些接入节点接近或者远离那些接入节点的与其相关联的控制代理执行。相似地，关于接入节点而执行的其它步骤也可以在那些接入节点处或者在与其相关联的远离的节点处直接地执行。
监管操作本身可以包括：针对一个或更多个接收到的数据单元，根据更新的子集特有的监管参数以及根据子集特有的拥塞贡献，确定是否执行针对所述一个或更多个接收到的数据单元的监管动作。将理解的是，“监管操作”可以仅包括确定是否执行“监管动作”。在该情形中，监管动作可以包括以下针对一个或更多个数据单元的操作中的一个或更多个：丢弃所述数据单元中的所述一个或更多个；延迟所述数据单元中的所述一个或更多个的向前传输；针对所述一个或更多个数据单元征收费用；针对所述一个或更多个数据单元分配制裁指示，由此使得所述数据单元能够被识别以便于接下来的制裁；针对所述数据单元的一个或更多个进行标记关联，从而使得随后能够针对所述数据单元的一个或更多个采取进一步的监管动作；或者向监管当局发送报告，从而使得随后采取进一步的监管动作。也可以执行其它类型的监管动作。
将理解的是，存在多种不同的其中全部使用可以被“分割”为单独“使用子集”的方式。在相对简单的情形中，使用可以被简单地分割，从而经由第一接入节点的使用形成第一子集，经由第二接入节点的使用形成第二子集，等。可选地，各个使用子集例如可以与不同用户的使用相关。当用户是固定的时候，在用户和该用户发送或接收数据所经由的接入节点之间可以具有单相关。然而，用户可以是移动的，在该情形中，该单相关相反可能是不适当的，可能必要的是，监视在单独数据单元中的“用户指示”以确定相关用户的身份，并且从这些确定数据单元与多个“用户特有的”使用子集中的哪一个相关联，不管关注的数据单元在向着网络的路线上或在来自网络的路线上传递所经由的接入节点。将全部使用分割为单元使用子集的其它方式可以基于下述中的一个或更多个来分割使用：与使用相关联的网络应用；与使用相关联的会话；与关注的数据单元相关的类或应用类型指示(例如，由在数据单元中的特定标志所限定的)；关注的数据单元的源和/或目的地地址；关注的数据单元的某一更高水平的属性，与它们是否和“基于IP的语音”(VoIP)、“超文本标记语言”(HTML)，“对等”(p2p)或某一其它类型的应用相关联有关；或者根据多个其它因素中的任何一个因素。
在一些实施方式中，至少一些接入节点可以位于在地理上彼此远离的位置处。例如关于之前说明的CDN情形，或者关于具有若干单独用户和/或单独接入点(他们的用户可以经由该单独接入点发送和/或接收数据)的团体客户，这可以是适当的。
经由特定接入节点穿过网络的数据单元可以视为与所述多个使用子集中的特定一个相关联(即，允许在接入节点和使用子集之间的一对一关系)。或者，经由特定接入节点穿过网络的数据单元可以视为与多于一个使用子集中的任何一个相关联(即，允许在接入节点和使用子集之间的一对多关系或多对多关系)。在该情形中，可以根据诸如上面在与其中使用可以被“分割”的方式相关的段落中列出的那些因素之类的因素，或者根据其它预定标准，来确定数据单元关联的使用子集。
根据优选实施方式，数据单元可以具有与之相关联的头部，在该情形中，拥塞指示可以由在所述头部中的一个或更多个字段提供。在优选实施方式中，在这方面，可以使用诸如在IP数据包的IP头部中的ECN字段这样的字段。
在其中一个或更多个用户可以是移动用户的情形中，可以在多个接入节点(移动用户经由该接入节点在网络上发送或接收数据)中的每一个处实例化移动用户监管代理。所述移动用户监管代理中的每一个然后可以暂时地执行关于连续的接入节点(移动用户经由该连续的接入节点发送或接收数据)的拥塞指示的监视。例如只要当移动用户进入新的小区，就可以发生从一个监管代理到另一个监管代理的转移。中心控制器可以将用于特定移动用户的参数分配给在当前有效的小区中使用的监管代理，然后，当用户进入新的小区时，将它们的通信量分配给在接下来的有效小区中的新的监管代理。已经相对于一个移动用户(即，现在已经移动到另一个小区的用户)停止使用的移动用户监管代理可以再循环以相对于其他用户在利用，或者可以允许终止使用。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于对由一个或更多个用户使用数据网络进行监管的设备，所述一个或更多个用户能够在所述网络上经由多个接入节点中的一个或更多个接入节点来发送、接收、或者发送并接收数据，所述数据网络的使用源于各个数据单元在整个所述数据网络上沿着相应路径消耗网络资源，所述数据单元中的每一个都与所述数据网络的使用的多个子集中的一个子集相关联，所述数据单元具有与其相关联的拥塞指示，所述设备包括：
多个单独代理，每一个单独代理可操作以针对所述接入节点的至少一个执行下述：
针对特定使用子集，监视与接收到的数据单元相关联的拥塞指示，并且根据所述拥塞指示确定子集特有的拥塞贡献，所述接收到的数据单元与所述使用子集相关联；
根据与所述接入节点相关联的子集特有的监管参数以及根据所述子集特有的拥塞贡献，执行针对所述接收到的数据单元的监管操作；以及
向至少一个控制代理提供指示所述子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
以及
至少一个控制代理，所述至少一个控制代理可操作以执行以下操作：
接收指示针对多个所述接入节点而确定的各个子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
根据所述子集特有的拥塞贡献而更新总拥塞测量；
针对所述多个接入节点中的至少一个接入节点，根据所述子集特有的拥塞贡献以及根据所述更新的总拥塞测量，确定更新的子集特有的监管参数；以及
提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行针对所述至少一个接入节点的监管操作时使用。
在第二方面，关于第一方面提到的各种选择和优选实施方式也是可应用的。
将理解的是，根据优选实施方式，在基于云的计算环境中，依靠能够监管和/或限制客户对拥塞的总贡献的新的令牌桶拥塞监管器，可以改善“按用户”拥塞机制。即使在客户可以生成到一定范围的分布的站点或来自一定范围的分布的站点的通信量的情况下，监管动作也可以被执行为好像通信量全部通过相同的网络接口。
参考现有技术机制，将理解的是，在分布式环境中限制全局资源消耗之前已经集中在量速率的限制上。速率限制在当前服务环境中可能是适当的；例如，网络提供商可能期望将它为特定客户所承载的总通信量限制为特定速率。不幸的是，该方案具有几个缺陷。首先，通信量速率是非常难以保证的度量。对于网络提供商可能难以确保适当资源的可用性以使得它的每一个客户都到达在每一个站点的具体限制。其次，通信量速率是在没有考虑用户与其他用户的交互的情况下的度量，并且因此，没有为有效的资源分配提供如此好的基础。
还应该注意的是，当容量已经分配给具体位置时，网络提供商承受最小运营支出(主要是网络维护)，而更新容量的成本一般更大得多。
本发明的实施方式因此是基于对拥塞容限的消耗的监视，而不是量或绝对速率。期望的是，网络利用可以相当大地得益于统计复用。通过基于拥塞而不仅是量来监管用户，可以激励用户根据他们的需求来最优化资源分配，用户然后可以选择哪些服务在高峰时间(即，高拥塞时段)需要优先，并且哪些能够留在非高峰时间期间来使用带宽。
优选实施方式因此可以导致相对于现有技术机制的多个优点，包括下面：
1)增强的服务自由：尽管量速率限制可以作为严格带宽限制作用，但是当共享资源稀少时，拥塞限制可以仅限制通信量。简明地，当网络没有拥塞时，用户可以发送如应用所要求多的通信量。每一个用户的使用然后可以在资源池的所有尺度上自由地变化，并且仅当它限制或影响了其他用户的自由时才被限制。在该方案背后的概念是，如果当前需求小于总容量，对于网络提供商来说，减小网络利用几乎没有或者根本没有经济利益。
2)资源的有效规范：考虑如下的情形，即，其中，多个用户利用多个流发送通信量通过多个远程站点。当拥塞针对流的子集出现时，优选实施方式可以被使用，以使得对客户而言，有利的是，具有将更多的通信量转移到相对不拥塞的路径上的管理层，如果所有的远程站点用来提供相同的服务，则这是可行的。在限制量速率方面的现有技术没有涉及有效规范策略。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1示出客户从多站点数据提供器接收数据所利用的网络的示意图；
图2例示令牌桶拥塞监管器的功能；
图3示出当目的地为数据接收器的数据流从数据提供器向网络上传送时令牌桶拥塞监管器可以用来监管所述数据流的方式；
图4示出可以利用根据本发明的优选实施方式的分布式令牌桶监管器来监管拥塞的方式；
图5(a)例示在根据本发明的优选实施方式的对拥塞进行监管的过程中，分别通过本地节点或单独节点执行的任务和通过控制节点执行的任务，以及这些任务互相关联的方式，其中，多个本地节点/单独节点处于专用控制节点的控制下；
图5(b)例示根据其中没有专用控制节点的可选实施方式，在对拥塞进行监管的过程中，分别通过多个本地节点/单独节点的每一个的监视/监管代理和控制代理执行的任务；以及
图6例示可以用于确定一旦用户超过分配给他们的拥塞容限就采取的监管动作的概率的变换曲线的示例，所述监管动作诸如数据包丢弃。
具体实施方式
下面的描述将说明在分布式资源管理系统的环境中如何使用本发明的实施方式，并且本发明的实施方式可以用来实现在多个分布的站点和/或用户当中的分布拥塞限制的可能的强制执行和监管。优选实施方式可以使得一组的分布式网络资源表现为单个共享的资源。例如，从CDN到网络的一组全异的连接可以被控制为好像它们是单个“组合的”连接一样。
在示例情形中，我们代表提供内容传递服务的网络提供商组织的多个客户中的一个客户来考虑该网络提供商组织，其是在几何分布的多个站点具有50个内容中心(例如，每一个都具有CDN服务器)的多站点数据提供组织。客户具有服务水平协议(SLA)，其中，总的拥塞被限制为拥塞量“C”(例如以吉比特每一天来计算)。如果平均拥塞水平“p”在一天中是相当恒定的，则这可以表示为C/p*1024*8/24/60/60(以兆比特每一秒或Mbps计算)的平均吞吐量。
对于客户存在若干种选择来跨过各个站点管理它的拥塞容限。在50个站点的情况下，客户可以将每一个站点限制到总容限的一固定部分(例如，每一天864Mb的拥塞量和0.01Mbps的拥塞速率)。然而，因为客户难以预测服务需求，所以将出现一些站点没有消耗它们的全部容限而另一些站点用完容限的时候。
网络架构可以由网络提供商建立，从而以特定方式操作，便于可基于下面的基础来运行拥塞监管和管理。
1、每一个网络资源或节点可以建立为当它接近拥塞时(例如，利用ECN标记)随便地对数据包进行标记。
2、终端系统(诸如内容要传递到的最终计算机)可以运行诸如再ECN这样的方案，从而允许监管器节点观察由客户在前一往返时间(RTT)上向客户发送的通信量引起的拥塞，因为ECN一般地仅揭示在资源池的出口处的拥塞。
在上述情形中，客户需要用来对强加在由网络提供商提供给客户的网络服务上的分布式使用约束进行管理的机制。特别地当客户是基于若干个站点时，分布式使用可能出现，例如，在服务器群分散在整个地理区域上但是位于人口集中区域附近的情况下的关于CDN布置就是这种情形。
一直到目前，已经在原始通信量或最大吞吐量限制方面体现了这种约束，遵循应用到住宅宽带客户的网络提供的公平使用策略的执行和为诸如CDN这样的更大的客户的网络提供所草拟的SLA。在将来，由于例如更快的光纤宽带服务和其它因素，本发明人相信拥塞将被视为控制共享资源的使用的更加合适的基础。因此，替代地，优选实施方式主要关注以拥塞量表现的使用约束。
根据客户的最初要求，使用容限可以在客户所处的每一个位置之间共享。可以在每一个联接点(即，例如在到网络提供商的网络的每一个入口节点)监视使用，并且定期地将其报告给至少一个控制代理。特别地，控制代理了解仍然存在的总令牌预留，该仍然存在的总令牌预留反映了在不同的位置当中到目前为止还没有被使用的容限部分。我们可以设想监视代理和控制代理的若干种布置。在下面情形的每一情形中，根据在客户和提供商之间的责任协议所要求的，单独的监管器可以位于在客户和网络提供商之间的联接点处。在另一方面，特别地，可以具有：
-位于与联接点不同的节点处的单个控制代理；
-位于多个联接点中的一个联接点处的单个控制代理；
-位于每一个联接点处的一个控制代理，所有控制代理同时运行。
上面列出的选项可以以组合的方式的存在。例如，上面第一布置和第三布置的混合可以包括如此的网络，即，该网络的仅一部分处于公共控制下。这种网络可以布置为，例如，使得它的一些单独的接入节点处于公共控制代理的控制下，但是其中，大量的“临时的”单独节点在处于它们自己的控制代理的控制下的同时连接到网络。
下面将主要结合这三个布置中的第一个布置描述优选实施方式，即，通过该第一个布置，控制代理位于执行如下功能的单个专用“控制节点”：从多个单独节点中的每一个节点接收信息，针对每一个单独节点确定更新的参数，并且向适当的单独节点提供各自的更新的参数。下面将参考图4讨论该布置，并且将参考图5(a)描述其操作。这三个布置中的第二个布置实质上在多个联接点中的如下的一个联接点处包括多个单独节点中的一个节点，即，上述一个联接点执行控制代理的功能以及它自己的“本地”单独监视/监管功能，该布置将不会详细讨论。在将参考图5(b)描述其操作的第三布置中，多个单独节点能够被认为是协作的并且自主的，因为它们利用从对方接收的信息自制(尽管是根据公共强加的一组规则)，而不是它们中的每一个都向公共“专用的”控制节点提供它们自己的信息，所述公共“专用的”控制节点负责确定它们中的每一个如何调节它的监管动作，并且负责向它们提供信息，从而使得它们每一个都相应地调节它们的监管动作。
当在任何位置处的拥塞容限预留由于本地需求而太快地用光时，可以通过控制节点发出警告。或者，控制节点可以根据它从各个位置接收到的报告中检测这种情形。优选的实施方式提供向其中本地容限已经几乎耗尽的位置重新分配任何仍然存在的总令牌预留的方式。如果这仍然是不足够的，则网络提供商可以在适当的位置设置应急机制，从而如果不足的预留可以从其它位置获得，则允许客户请求扩展它的容限。
下面将描述客户可以如何以有效的方式管理它的容限。它的单独的用户实质上与如下的其他用户竞争带宽，即，所述其他用户的数据同时通过相同的共享资源。理想地，客户将能够够测量在每一个位置每一个用户的平均拥塞需求，并且基于那一测量分配总拥塞容限。不幸的是，在获得足够准确的(即使不是完全准确的)测量的方面存在问题。特别地，在联接点和控制节点之间的通信等待时间将限制系统快速地响应需求的变化。
利用分布式令牌桶监管拥塞
下面将描述在强制执行总拥塞限制的同时，可以如何控制在一组分布的站点处创建的拥塞。总拥塞限制器可以通过令牌桶监管器来具体实施。
图4示出具有控制节点40和一组单独节点42的情形，所述一组单独节点42用作联接点，通过所述联接点，来自在一个或更多个CDN服务器12的数据可以由连接到网络14以接收它们已经请求的内容的终端用户44接收，其中，所述一个或更多个CDN服务器12位于属于多站点数据提供组织10或为多站点数据提供组织10运作的站点。每一个数据接收终端用户44均可以使用不同类型的用户设备，诸如台式计算机181、膝上型计算机182、移动电话183等。网络14可以例如是“云”网络，并且对于实现特定优选实施方式，可以支持再ECN。
应该注意的是，尽管数据接收终端用户44可以全部都作为网络提供商的单独的客户而单独地使用网络，但是存在下述情形，即，其中，它们中的几个可以在不同的站点，但是可以在诸如图1中的团体客户18这样的单个实体的控制或责任下，团体客户18本身可以是网络提供商的单个客户，并且因此可以与网络提供商本身具有单个网络服务提供契约。在这种情形中，本发明的可选实施方式可以用来使得网络提供商的该团体“数据接收”客户在它的各个站点和用户当中分配其拥塞容限。
参考之前参考图2和3给出的与当目的地为数据接收器的数据流从数据提供器传递到网络上时令牌桶拥塞监管器可以用来监管所述数据流的方式有关的描述，在用于多个分布的站点的各个网络联接点的每一个处的单独的令牌桶监管器420可以用来提供对在多个站点中的每一个站点处的平均速率(wi)以及其最大突发大小(bi)进行限制的简单方式。例如，单独的服务器可以被限制为以0.5Mbps的长期平均拥塞速率发送，但是可以偶而释放达到或等于其仍然存在的预留的全部的拥塞突发(即，具有拥塞影响的通信量的突发)。
在控制节点40处，存在“总”令牌桶监管机制400(具有填充速率W和深度B)，该机制400了解(来自所有位置的)总通信量有效地消耗联合拥塞容限的多少。注意，与控制节点相关的参数将利用粗体大写字符来指示而与单独节点或本地节点相关的那些参数将利用普通小写字母字符指示。
在位于控制节点40处的总令牌桶监管器400强制执行全局限制的同时，位于各个站点处的单独的令牌桶监管器420强制执行本地限制。在每一站点处，测量本地通信量所经历的拥塞量，并且针对各个本地拥塞到达速率，将周期地向控制节点40发送更新。一旦从所有分布的站点接收到拥塞测量，则控制节点40估计来自客户的各个用户(例如，它的CDN服务器12)的总拥塞需求，并且如果必要的话，更新各个监管器420的参数。
在系统中存在两个截然不同的角色：“控制节点”40监管并且可以强制执行全局限制，同时“本地节点”或“单独节点”42监管并且可以强制执行各自的本地/单独限制。在图4中由直的粗体虚线指示在本地/单独节点42和控制节点40之间的通信交换。每一个单独节点要求通信以确保它的本地/单独拥塞限制相对于在所有站点当中的拥塞容限的总消耗是适当的。
控制节点和各个单独节点的任务能够分离到各个子任务中。这被例示在图5(a)中，图5(a)示出了由控制节点和多个单独节点中的一个单独节点执行的子任务并且示出它们之间的交互。应该注意的是，控制节点与其它多个单独节点中的每一个都也相似地交互。
单独节点子任务
1)拥塞需求的测量：通过将在关注的单独节点处接收的数据包中的拥塞通知相加来进行本地拥塞需求的周期性测量，如步骤s51所示。
2)向控制节点提供报告：本地拥塞需求的周期性通信。依靠提供该信息的每一个单独节点，控制节点能够保持总令牌水平的同步关注，表现客户的总拥塞容限当前留下的量。这被示为步骤s52。
3)更新单独监管器参数：一旦从控制节点接收到“更新”通信，每一个单独节点就更新它的相关的令牌桶参数。特别地，在优选实施方式中，更新本地填充速率和本地透支。也可以更新诸如令牌预留这样的其它令牌桶参数。这被示为步骤s53。
4)如果桶是空的，则应用制裁：如果桶是空的，则单独节点可以基于令牌水平和透支值来应用适当的制裁。这被示为步骤s54。(注意，制裁可以包括采取动作以强制执行本地限制，发出适当的报告，或者采取不一定是惩罚性的其它类型的动作。)
控制节点子任务
1)接收报告：至少周期性地从每一个单独节点接收。这被示为步骤s55。
2)更新总监管器的参数：特别地，令牌水平。这被示为步骤s56。
3)重新估计关于单独监管器的参数：控制节点重新计算在每一个单独节点处经历的平均拥塞速率，和在每一个单独节点处监管器参数所需要的可能改变。这被示为步骤s57。
4)到单独节点的通信：向单独节点周期性传送它们各自的令牌桶参数所需要的任何调节。这被示为步骤s58。
如之前所描述的，在一些可选实施方式中，不一定要存在专用的“控制节点”。一个可选实施方式是：在多个联接点中的一个联接点处的多个单独节点中的一个单独节点执行控制节点的功能以及它自己的“本地”单独的监视/监管功能。另一个可选实施方式是：多个单独节点彼此共享必要的信息，以使得每一个节点决定它自己的更新，每一个节点使用与在前述布置中将由控制节点使用的算法相似的算法。为了解释这如何操作，单独节点的功能将分离为“监视/监管功能”(与在前述布置中由每一个单独节点执行的那些功能相对应)和“控制功能”(与在前述布置中由控制节点执行的那些功能相对应)。在下面的说明中，单独节点将被认为包括“监视/监管代理”和“控制代理”，对于关注的单独节点，相应的代理负责执行相应的功能。
图5(b)例示根据其中没有专用控制节点的可选实施方式，在对拥塞进行监管的过程中，分别通过多个本地节点/单独节点的每一个的监视/监管代理和控制代理执行的任务。一些步骤对应于图5(a)的那些步骤，这些步骤和在图5(a)中的一样进行编号，并且这里将不再进一步详细地说明。
特定的单独节点的监视/监管代理测量它自己的本地拥塞需求(步骤s51)。然后，作为向控制节点提供关于这个的信息(如在前述实施方式中)的代替方式，关注的单独节点的监视/监管代理向它自己的控制代理和其它单独节点的控制代理提供关于这个的信息(步骤52b)。同时，其它的单独节点的监视/监管代理向它们自己的控制代理和向其它的单独节点的控制代理提供它们的本地信息。
现在转向由该特定的单独节点的控制代理执行的子任务：从它自己的监视/监管代理和其它的单独节点的监视/监管代理接收报告(步骤S55b)，使用该报告来更新总令牌桶的事件(在前述实施方式中由控制节点在步骤s56中完成)，重新计算经历的拥塞速率和为了便于监管器的监管操作而必须对监管器参数所做的可能改变(步骤s57)。它然后将更新信息传送到它自己的监视/监管代理(步骤s58b)，使得该监视/监管代理能够更新它的监管参数(步骤s53)并且如果合适的话应用制裁(步骤s54)。
注意的是，在诸如上面列出的那些实施方式，本地节点令牌桶可以简单地布置为：当桶是空的时，丢弃数据包。这在长时间尺度上可能是合适的，但是由于通信量需求的突发性和波动性，这在获得短期效果方面可能不是合适的。该设计可能因此被改进为确保在由本地状态和整体状态决定的概率下丢弃数据包。
优选实施方式的描述
虽然优选实施方式的该更加详细的描述集中在将数据包的丢弃用作其监管动作的分布式拥塞监管器上，但是应该记住，可选实施方式可以使用可选类型的监管动作，诸如将数据包延迟，针对数据包征收费用，对数据包进行标记(例如，为了稍后可能的丢弃或收费)，或者向控制节点发出报告，例如以使得在中心或在其它地方采取进一步的动作。一些监管器可以主要地用作拥塞监视器，在没有将惩罚应用到数据包的情况下，简单地对由惩罚功能识别的通信量部分加标签，而其它监管器可以应用更加主动的制裁(丢弃、收费、延迟、报告等)。
我们认为，其中在多站点客户上强制执行使用限制的情形由用于能够由其在定期时段T例如一个月上的全部通信量引起的拥塞量大小的容限A组成。这限定了客户能够生成的平均拥塞比特速率：W＝A/T(以比特每秒或“bps”为单位)。此外，可以通过将限制B设置为能够预留便于将来使用的该容限的一部分而限定“翻转(rollover)”弹性。
如果这些条件被用来监管基于单个站点的客户，则这将给出批量拥塞(bulkcongestion)监管器的参数：填充速率W和桶深度B。
在本情形中，这些参数用于由控制节点保持的总令牌桶。不同之处在于，基于来自不同位置的定期报告，消耗了在控制节点处的令牌。
本地监管器
同时，本地或单独的监管器用于每一个站点以监视那一个站点对总拥塞的贡献。也利用具有下面参数的令牌桶来实现这些监管器的每一个：
  填充速率   wi   以bps为单位
  桶深度   bi   以比特为单位
  仍然存在的拥塞预留   ri   以比特为单位
  本地透支限额   di   以比特为单位
如下面进一步说明，填充速率、桶深度和本地透支限额全部由中心控制指定。
我们还对由单独用户到目前为止生成的拥塞量ci进行限定。累计拥塞量的导数ci′反映了单独用户关于消耗拥塞容限wi的即时需求。
当桶不是空的时候，令牌以速率wi进行添加并且以速率ci′进行消耗。结果，仍然存在的预留ri的导数ri′跟随即时需求，即，ri′＝+wi-ci′，只要仍然存在的预留保持在区间[0..di]中。
令牌预留在di被限制，所以未使用的令牌被丢弃。
在通信量的处理方面，特别是当令牌预留耗尽时，该实施方式的监管动作与现有的拥塞监管技术不同。首先，分布式监管器的本地节点没有由于过量需求而开始丢弃所有通信量(或者开始采取关于所有通信量的其它监管动作)。相反，如下面所解释的，本地令牌预留可以允许为负的(见关于“透支行为”的部分)。
而且，监管器可以是“双限制”类型，诸如由同一申请人在2009年3月26日提交的共同待审欧洲申请EP 09 250 868.8中公开的监管器，该监管器将漏桶机制与令牌桶机制串联地使用，从而以下面的方式步测源的对拥塞的贡献：即，允许在没有制裁的情况下转发拥塞的通信量的短期突发，即使这些达到明显比达成一致的“长期”速率高的水平，假设在更长期限上的拥塞容限没有被打破。
本地监管器将每一个τ报告给中心控制器。该报告可以包括下列信息：
  站点的识别 i
  自从刚过去的报告以来的拥塞使用   Δci   以比特为单位
  自从刚过去的报告以来转发的量   Δvi   以比特为单位
  仍然存在的令牌预留   ri   以比特为单位
应该注意的是，Δvi与自刚过去的报告以来由关注的监管器转发的数据总量相关，无论是否进行拥塞标记，因为该信息也可以被中心控制器使用，如在下面将说明的。
中心控制器
中心控制器了解关于客户的总通信量的约束。它被实施为具有下面参数的令牌桶监管器：
在客户与网络服务提供商的协议中限定的填充速率W
在该协议中限定的桶深度B(注意，这根本没有必要被限定)
令牌预留的水平R指示仍然存在的容限。
在接收报告的过程中，中心控制器能够针对来自那一站点的通信量创建平均拥塞：pi＝Δci/Δvi。中心控制器还从中心令牌桶中删除ci个令牌。
只要当中心控制器已经从所有站点接收到报告，它就更新本地监管器的如下的参数：
设置填充速率
可以根据客户与网络提供商的协议设置关于中心控制器的填充速率。然后可以由客户的中心控制器来设置关于本地监管器的填充速率，从而与此相符。例如，初始地，能够通过将总(协议达成一致的)填充速率平分的方式给定单独填充速率。之后，中心控制器能够了解每一个站点的本地消耗：
Δci，est＝EWMA(Δci，γ)
(其中，“EWMA”指的是指数加权移动平均)，并且可以以与多个不同的站点的平均拥塞消耗Δci，est相同的相对比例将填充速率wi分配到该多个不同的站点。
wi＝W*Δci，est/∑iΔci，est
第一改进
如果(1+α)*∑Δci＜W，那么设置wi＝(1+α)*Δci，其中，α是较小的常数(对于所有本地监管器是相同的)，并且Δci是从来自那一本地监管器的最新的报告中检索到的。
如果(1+α)*∑Δci＞W，那么设置wi＝W*Δci，est/∑iΔci，est
这实质上导致了下面的行为：
本地容限被与最新的需求成比例地分配，只要引起的总拥塞没有接近强加于客户的限制，以及
只要总拥塞一接近强加于客户的限制，容限就以与本地需求的估计成相对比例的方式共享。
第二改进
通过重新分配任何仍然存在的令牌预留，重新分配拥塞容限以暂时地提高拥塞限制是可能的。这需要将在之前的改进中的最后的等式改变为：
如果(1+α)*∑Δci＞W，那么设置wi＝(W+R/mτ)*Δci，est/∑iΔci，est
其中mτ是预留可以被用来提高填充速率wi的区间长度。
进一步改进
可以替代地使用其它估计技术，这些技术可以考虑容易影响对拥塞的贡献的白天的时间或其它参数。这些参数中的一些可以包括在从本地节点到中心控制器的报告中。
设置透支
优选是使di＝R/n，其中n是站点的数量。可以使用其它规则。例如，透支的限定可以取决于透支站点的数量。
透支行为
现在将描述当本地令牌预留ri变为负的(意味着本地站点进入了它的“透支”限额)时候监管器的行为。
在那一点，可以与单独用户超过它已经被分配的拥塞容限的程度成比例地采取给定动作(诸如丢弃)。在由诸如图6中所示的那些变换曲线给出的概率下采取动作(诸如丢弃)。ri进入透支区域的程度越深，相关监管动作将变得越可能被采取。变换曲线一般是ri的减函数。在这些情形的每一个中，当ri≥0时，f(ri)＝0，而当ri＜0时，
■f(ri)＝1 对于阶梯函数
■f(ri)＝ri/di 对于斜坡函数
■f(ri)＝√(1-ri 2/di 2) 对于椭圆函数
尽管优选实施方式的描述已经集中在实现从诸如在图1中的多站点内容提供商10这样的数据提供客户的单独数据提供用户发送的通信量的监管，但是关于由诸如图1的团体/VPN客户这样的数据接收客户的单独用户接收的通信量，对应的机制可同样地应用。实际上，监视约束可以简单地要求寻找在数据包头部中的不同的拥塞字段：关于接收的通信量的上游拥塞，以及关于发送的通信量的下游拥塞。下游拥塞可以创建为在端到端拥塞和上游拥塞之间的差异，例如在再ECN和ECN标记的数量之间的差异。
当在本地节点接收到数据包时执行的操作可以实质上对应于由单个自治监管器执行的操作。然而基本差异在于，可以基于中心令牌桶监管器的状态重新配置本地令牌桶监管器的参数。
其它选择
在完成对透支的调整之前，一部分的中心预留可以重新分配到任何本地监管器。
如果“双限制监管器”与分布式监管器结合使用，则短期拥塞比特速率容限可能也需要更新为例如：
wST，i＝min(wST，wST+(R/n)/Tupdate)
其中Tupdate给定更新的时段并且n是由中心节点控制的本地监管器的数量。
本发明的实施方式还可以用来执行在多个节点中的一个或更多个节点处的差异监管。在那一个情形中，在每一个本地节点处可以使用几个独立的本地监管器。它们中的每一个可以作为单个本地监管器进行操作。这可能涉及下面的改变：
-当接收到数据包时，它匹配到多个本地监管器中的一个监管器，这是基于a)用户的识别；b)通信量的类；c)流的识别；或者d)基于例如深层数据包检测(DPI)功能的任何其它分类规则；以及
-中心监管器更新每一个本地类监管器；
在实现例如按流监管、按协议监管或按子用户监管的方面是特别有益的。
如果数据包不能归于一类(特别地在按流监管器的情形中)，可以要求实例化(instantiating)新的本地监管器。为了那一个目的，本地节点可以运行一些“静止的监管器(silent policer)”，以避免求助于对新的流进行准许控制。另一个改进包括“重复利用”旧的监管器，例如按流监管器可以被重新分配为遵循适度TCP拆卸的静止的监管器。通过将按流监管器重新分配为遵循超过给定时间段的空闲时段的静止的监管器，也可以使用其它“废物收集”机制。
分布式监管器也可以用来支持用户的移动性。在这种情形中，只要当用户进入新的小区(cell)(即，因为用户将经由不同的联接点附接到网络)，就可以实例化新的本地监管器。为了完成这个，中心控制器可以将比用户有资格的参数小的参数分配给在当前有效小区中的本地监管器。按照这种方式，当用户进入新的小区时，中心控制器可以立即将它的通信量分配给具有相同的填充速率的新的本地监管器。同时，中心控制器通过检索仍然存在的令牌水平并且将其添加到中心控制器而重复利用以前的监管器。
由每一个数据包消耗的令牌量能够以几个不同的方式来定义。特别地，对于大小“s”的再ECN数据包，可以：
1)检测端到端拥塞：
+s 如果数据包为“黑”
2)检测上游拥塞：
+s 如果数据包为“红”
3)检测下游拥塞：
+s 如果数据包为“黑”
-s 如果数据包为“红”
其中，“红”意味着数据包携带两个再ECN“拥塞经历”代码点中的一个，并且“黑”意味着数据包携带再ECN“再回波”代码点中的一个。在最后一种情形中，更多的精细功能也可以用来考虑过度的上游拥塞。
在实际中，上述的变型例的各种组合可以被实施，特别地，涉及：它是否是要求根据本发明的实施方式的监管的(主要地)数据提供或数据接收实体，或者两者；哪一个实体(如果任何一个是的话)是多站点实体，并且如果这样的话，是否完全根据地理因素(例如，基于当数据流进入或离开网络时数据流在它们的路径上通过哪一个接入节点)或基于其它因素(诸如数据流与多个用户中的哪一个相关联、数据流与多个应用中的哪一个相关联、数据流与多个会话中的哪一个相关联、数据流与多个类中的哪一个相关联等)而分割使用。而且，监管的方式可以是利用在数据包头部中的ECN标记、再ECN代码点、或其它类型的拥塞指示的单限制拥塞监管、双限制拥塞监管或其它类型的拥塞监管。已经列出用于将拥塞指示变换为“令牌消耗”的多种方式，但是在一些情形中当然可以应用其它方式。

Claims (15)

1.一种对由一个或更多个用户使用数据网络进行监管的方法，所述一个或更多个用户能够在所述网络上经由多个接入节点中的一个或更多个接入节点来发送、接收、或者发送并接收数据，所述数据网络的使用源于各个数据单元在整个所述数据网络上沿着相应路径消耗网络资源，所述数据单元中的每一个都与所述数据网络的使用的多个子集中的一个子集相关联，所述数据单元具有与其相关联的拥塞指示，所述方法包括：
针对所述多个接入节点中的每一个接入节点：
针对特定使用子集，监视与接收到的数据单元相关联的拥塞指示，并且根据所述拥塞指示确定子集特有的拥塞贡献，所述接收到的数据单元与所述使用子集相关联；
根据与所述接入节点相关联的子集特有的监管参数以及根据所述子集特有的拥塞贡献，执行针对所述接收到的数据单元的监管操作；以及
向至少一个控制代理提供指示所述子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
以及
在所述至少一个控制代理：
从多个所述接入节点接收指示各个子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
根据所述子集特有的拥塞贡献而更新总拥塞测量；
针对所述接入节点中的至少一个接入节点，根据所述子集特有的拥塞贡献以及根据所述更新的总拥塞测量，确定更新的子集特有的监管参数；以及
提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行所述至少一个接入节点的监管操作时使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个接入节点中的每一个接入节点向公共控制代理提供所述子集特有的拥塞信息；并且其中，所述公共控制代理执行以下步骤：(a)针对多个所述接入节点，确定所述更新的子集特有的监管参数；(b)提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行针对所述多个接入节点的监管操作时使用。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述公共控制代理位于所述多个接入节点中的一个接入节点处。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述公共控制代理位于远离所述多个接入节点的位置处。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，各个接入节点每一个均向相关联的控制代理以及向与一个或更多个其它接入节点相关联的一个或更多个其它控制代理提供它们的子集特有的拥塞信息；并且其中，所述控制代理中的每一个均执行以下步骤：(a)针对与其相关联的接入节点，确定所述更新的子集特有的监管参数；以及(b)提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行所述相关联的接入节点的监管操作时使用。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，在所述接入节点处，或者在远离所述一个或更多个控制代理的位置处与其相关联的节点处，执行针对所述接入节点中的各个接入节点而执行的所述监视。
7.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，所述监管操作包括：针对一个或更多个接收到的数据单元，根据更新的子集特有的监管参数以及根据子集特有的拥塞贡献，确定是否执行针对一个或更多个所述接收到的数据单元的监管动作。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述监管动作包括以下针对一个或更多个数据单元的操作中的一个或更多个：丢弃所述数据单元中的所述一个或更多个；延迟所述数据单元中的所述一个或更多个的向前传输；针对所述一个或更多个数据单元征收费用；针对所述一个或更多个数据单元分配制裁指示，由此使得所述数据单元能够被识别以便于接下来的制裁；针对所述数据单元中的一个或更多个进行标记关联，从而使得随后能够针对所述数据单元中的一个或更多个采取进一步的监管动作；或者向监管当局发送报告，从而使得随后能够采取进一步的监管动作。
9.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，所述多个使用子集中的不同使用子集分别与不同用户的使用、不同网络应用的使用、在不同会话期间的使用、涉及具有不同类或应用类型指示的数据包的使用、涉及具有不同源地址或目的地地址的数据包的使用、或经由不同接入节点的使用相关。
10.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，所述多个接入节点包括位于彼此地理上远离的多个位置处的接入节点。
11.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，经由所述多个接入节点中的特定一个接入节点穿过网络的数据单元被视为与所述多个使用子集中的特定一个使用子集相关联。
12.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，根据其它预定标准，经由所述多个接入节点中的特定一个接入节点穿过网络的数据单元被视为与所述多个使用子集中的多于一个使用子集中的任何一个使用子集相关联。
13.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，所述数据单元具有与其相关联的头部，并且其中通过在所述头部中的一个或更多个字段提供所述拥塞指示。
14.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，在多个接入节点中的每一个接入节点实例化移动用户监管代理，移动用户经由所述每一个接入节点在所述网络上发送或接收数据，所述移动用户监管代理中的每一个都暂时地执行关于所述移动用户发送或接收数据所经由的所述接入节点的所述监视。
15.一种用于对由一个或更多个用户使用数据网络进行监管的设备，所述一个或更多个用户能够在所述网络上经由多个接入节点中的一个或更多个接入节点来发送、接收、或者发送并接收数据，所述数据网络的使用源于各个数据单元在整个所述数据网络上沿着相应路径消耗网络资源，所述数据单元中的每一个都与所述数据网络的使用的多个子集中的一个子集相关联，所述数据单元具有与其相关联的拥塞指示，所述设备包括：
多个单独代理，每一个单独代理能够操作以针对所述接入节点中的至少一个执行以下操作：
针对特定使用子集，监视与接收到的数据单元相关联的拥塞指示，并且
根据所述拥塞指示确定子集特有的拥塞贡献，所述接收到的数据单元与所述使用子集相关联；
根据与所述接入节点相关联的子集特有的监管参数以及根据所述子集特有的拥塞贡献，执行针对所述接收到的数据单元的监管操作；以及
向至少一个控制代理提供指示所述子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
以及
至少一个控制代理，所述至少一个控制代理能够操作以执行以下操作：
接收指示针对多个所述接入节点而确定的各个子集特有的拥塞贡献的子集特有的拥塞信息；
根据所述子集特有的拥塞贡献而更新总拥塞测量；
针对所述接入节点中的至少一个接入节点，根据所述子集特有的拥塞贡献以及根据所述更新的总拥塞测量，确定更新的子集特有的监管参数；以及
提供所述更新的子集特有的监管参数，以供在执行针对所述至少一个接入节点的监管操作时使用。
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