CN102668470B - 用于在通信网络中分配通信管道的方法和分配单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在通信网络中分配通信管道（3）的方法以及对应的分配单元（2）。通信网络包括通过多个链路（L1，…，L7）互连的多个节点（N1，…，N5）。分配单元（2）将一个或多个网络流分配给通信管道（3）。一个或多个网络流具有相同的源节点（N1）和相同的目的地节点（N2）。分配单元（2）根据与一个或多个网络流相关联的网络业务量和根据与一个或多个网络流相关联的一个或多个最低服务质量要求，确定通信管道（3）所需要的容量。分配单元（2）将多个链路（L1，…，L7）中的一个或多个链路（L6，L5，L3）分配给通信管道（3），用于将一个或多个网络流从源节点（N1）路由到目的地节点（N2）。

Description

用于在通信网络中分配通信管道的方法和分配单元

技术领域

本发明涉及用于在通信网络中分配通信管道的方法以及对应的分配单元。通信网络包括通过多个链路互连的多个节点。

背景技术

当前，通信网络业务快速增长。业务流（以下也称为流、业务、业务流或网络流）应当通过通信网络最优地路由，以便保证一定量的QoS（Qos=服务质量），这会是一项挑战性的任务，因为业务可能比通信网络硬件改进增长得更快。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的用于在通信网络中分配通信管道的方法。本发明的另一个目的是提供一种改进的用于在通信网络中分配通信管道的分配单元。

本发明的目的可通过用于在通信网络中分配通信管道的方法实现，其中通信网络包括通过多个链路互连的多个节点，分配单元将一个或多个网络流分配给通信管道，该一个或多个网络流具有相同的源节点和相同的目的地节点，分配单元根据与该一个或多个网络流相关联的网络业务量和根据与该一个或多个网络流相关联的一个或多个最低服务质量要求，确定通信管道所需要的容量，分配单元将多个链路中的一个或多个链路分配给通信管道，用于将该一个或多个网络流从源节点路由到目的地节点。本发明的目的还可通过用于在通信网络中分配通信管道的分配单元实现，其中通信网络包括通过多个链路互连的多个节点，分配单元用于将一个或多个网络流分配给通信管道，其中该一个或多个网络流具有相同的源节点和相同的目的地节点，根据与该一个或多个网络流相关联的网络业务量和根据与该一个或多个网络流相关联的一个或多个最低服务质量要求，确定通信管道所需要的容量，将多个链路中的一个或多个链路分配给通信管道，用于将该一个或多个网络流从源节点路由到目的地节点。

优选地，通信网络是基于分组的通信网络、因特网、核心网络、接入网络、无线网状网络和/或电信网络。通信网络的链路可被通信网络的物理层和/或更低层包括。通信网络的通信管道（也称为管道）可被通信网络的抽象层和/或更高层包括。

根据本发明的实施例可提供基于组合管道估算（pipe-dimensioning）方法的接入控制算法，以便处理业务流的数量和QoS要求，特别是实际或期望的数量和QoS要求。根据本发明的方法可执行互惠（reciprocal）管道容量分配或互惠管道分配以反映管道的质量。这样，大多数的业务可以被分配给最佳管道，而少量的业务被分配给具有较低质量的管道。根据本发明的实施例可执行互惠链路业务流分配或互惠链路分配以反映链路的业务流。这样，大多数的业务流可被分配给最佳链路，而少量的业务流被分配给具有较低质量的链路。另外，本发明的实施例可提供反映所测量的管道质量的容量分配。本发明的实施例还可提供改进的负载平衡方法、改进的QoS方法、改进的带宽方法、改进的多路径路由方法和/或改进的网络稳定性。

其它的优点可通过由从属权利要求所表示的本发明的实施例实现。

根据本发明的优选实施例，分配单元计算用于将一个或多个网络流对应地分配给通信管道的互惠通信管道分配因子。

根据本发明的优选实施例，分配单元计算用于将通信管道所需要的容量对应地分配给一个或多个链路中的一个链路的互惠链路因子。

根据本发明的优选实施例，分配单元确定与一个或多个网络流相关联的一个或多个服务。该一个或多个服务的每一个具有最低服务质量要求。分配单元根据一个或多个所确定的具有最低服务质量要求的服务设置与通信管道相关联的最低服务质量要求。

根据本发明的优选实施例，与多个链路中的一个或多个链路相关联的多个节点中的一个节点发送用于一个或多个链路的每一个的到达率和链路服务比率。优选地，到达率和链路服务比率与一个或多个网络流中的至少一个相关联。分配单元接收用于一个或多个链路的每一个的到达率和链路服务比率。分配单元向通信管道分配最大延迟时间约束。

根据本发明的优选实施例，所需要的容量通过计算平均数据速率与补充数据速率的最大值的和来确定。平均数据速率和补充数据速率与一个或多个网络流中的至少一个相关联。补充数据速率与一个或多个网络流的至少一个峰值数据速率有关，所需要的容量的计算受到最大延迟时间约束的限制。

根据本发明的优选实施例，和的被加数用服务相关因子和/或业务类别相关开销因子加权。优选地，服务相关因子和/或业务类别相关开销因子与一个或多个网络流中的至少一个相关联。

根据本发明的优选实施例，分配单元向路由模块请求通信管道。该通信管道提供所需要的容量。路由模块将一个或多个链路分配给通信管道，作为所分配的一个或多个链路。路由模块通过该一个或多个链路路由与一个或多个网络流相关联的数据。一个或多个链路中提供大容量的链路传输大量的数据。一个或多个链路中提供低容量的链路传输少量的数据。

优选地，大容量大于低容量。大容量可以是低容量的至少两倍。优选地，大量的数据是少量的数据的至少两倍。大量的数据可以是少量的数据的至少两倍。优选地，低容量是至少16kbps。少量的数据包括至少16kbps。

根据本发明的优选实施例，路由模块将多个链路中的链路预分配给一个或多个通信管道，用于将一个或多个链路分配给通信管道。分配单元在通信管道的分配期间向路由模块请求用于一个或多个链路的每一个的所需要的容量。

根据本发明的优选实施例，路由模块在分配给通信管道的一个或多个链路之间分发一个或多个网络流。通信管道提供超过所需要的容量的容量。优选地，所述容量最大程度地超过所需要的容量。

根据本发明的优选实施例，当由分配单元使通信管道适应于改变的和/或新的一个或多个网络流时，如果一个或多个网络流具有新的相同的源节点和/或新的相同的目的地节点和/或新的所需要的容量已由分配单元确定，则路由模块将所述链路再分配给一个或多个通信管道，用于将一个或多个链路分配给通信管道。

附图说明

通过阅读以下结合附图详细描述的本发明的优选实施例，本发明的这些以及其它特征和优点将更加清楚，其中：

图1示出表示包括通过多个链路互连的多个节点和通信管道的通信网络的图。

具体实施方式

图1示出表示通信网络1的图，其包括通过多个链路L1，…，L7互连的多个节点N1，…，N5以及通信管道3。另外，节点N5包括分配单元2和路由模块4。通信网络1的链路L1，…，L7可被通信网络的物理层和/或更低层包括。通信网络的通信管道3可被通信网络的抽象层和/或更高层包括。

优选地，通信网络1是基于IP分组的通信网络（IP＝因特网协议）。例如，通信网络1是电信网络、无线网状网络、因特网和/或核心网络。优选地，节点N1，…，N5提供TCP/IP栈（TCP=传输控制协议）。节点N1，…，N5可以是路由器、交换机、桥接器、个人计算机、网关、代理和/或移动设备（如蜂窝电话或基站）。

分配单元2和/或路由模块4可由软件和/或硬件装置实现。分配单元2和/或路由模块4也可以由专用网络节点和/或网络节点N1，…，N5中的另一个节点（例如N2）通过中间件技术提供。优选地，不要求分配单元2和/或路由模块4由分配给通信管道3的节点提供和/或位于该节点上。

优选地，网络业务包括一个或多个网络流。网络流可以与网络和/或通过通信网络1提供的电信服务有关。例如，这种服务是基于IP的语音服务、视频会议或视频流服务、电子邮件服务、可被保护的超文本或文件传输协议服务或移动电信服务。

在包括通过多个链路L1，…，L7互连的多个节点N1，…，N5的通信网络1中分配通信管道3的优选方法在下面更详细地描述。

用于AC（AC=接入控制）的资源是管道容量，即通信管道容量，其优选地包括逻辑链路L1-L5，其中逻辑链路L1-L5具有某些路由属性，例如，如源节点N1的起始点、如目的地节点N5的结束点、以及与某个TC（TC=业务类别）相关联的明确的QoS保证。用语“管道”或“流管道”可在下面用于通信管道。为了能够使每个流管道的选择和QoS参数能够被考虑，管道可以用显式路由的类MPLS LSP路径模拟（MPLS=多协议标签交换，LSP＝标签交换路径）。因此，通信管道可对应于网络节点之间的MPLS隧道。所需要的管道容量被通知给路由模块4，其然后启动网络范围的路由以分配所需要的容量。

本发明的实施例基于两步法来分配容量。在第一步中，管道容量用管道估算方法获取和/或确定。然后，所获取或确定的容量被分配，优选地，根据互惠管道容量分配方法。如果没有可用的管道容量，则新的管道容量和可能的路由必须通过分配逻辑链路容量来提供，优选地，根据互惠链路容量分配方法。

因此，分配通信管道3的方法可以被理解为基于组合管道估算方法并优选地使用互惠容量分配和/或互惠链路分配的接入控制。

根据该方法的优选实施例，基本思想是基于组合管道估算方法定义接入控制算法，以处理业务流（即流）的实际或期望的数量和QoS要求，并执行两步互惠管道和链路容量分配以便反映管道和链路的质量。

以下作为本发明的示例性例子，当前优选的组合管道估算方法如下描述。

引入了管道估算方法，其用于通过在统计上复用聚合流的需求来估计所需要的容量。这导致在管道容量分配上的节省。所估计的容量必须满足所有流请求的QoS要求。

在业务简档内，流q可用平均数据速率和峰值数据速率描述。假定峰值不是同时出现的，只有最高的峰值必须根据所分配的容量确保。

假定每次只有一个需求获得其峰值。每个流可以用一对平均数据速率和补充数据速率描述。

优选的业务模型可以准确地描述在最大延迟上有预定限制的泊松到达率的情形。

使用到达率λ和链路服务比率μ，所期望的延迟时间为：

$E\left[d\right]=\frac{1}{\mathrm{\μ}-\mathrm{\λ}}.$

f表示在链路上每秒传输的总比特数，U表示在所考虑的链路上的容量的量，L是平均数据量。E[·]表示[·]的期望值。

使用 $\mathrm{\μ}=\frac{U}{L}$ 和 $\mathrm{\λ}=\frac{f}{L},$ 则

$E\left[d\right]=\frac{1}{\frac{U}{L}-\frac{f}{L}}=\frac{L}{U-f}.$

对于对最大延迟时间τ的约束，所需要或所要求的容量可以是满足对延迟时间的约束所需要的容量，即

$\mathrm{\τ}\≥\frac{L}{U-f}\⇔U\≥f+\frac{L}{\mathrm{\τ}}.$

如果被设置为补充值并且聚合流仍然是泊松流，则满足最大延迟约束的所需要的容量可以是：

$x:=\underset{q=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{f}_q^{\′}+\underset{q=1,..,.r}{\max }{f}_q^{\′\′}.$

然而，大多数IP业务并不具有泊松分组到达率（IP=因特网协议）。另外，巨大的峰值数据速率并不是不寻常的，因此，公式可适用于通过通信网络1提供的服务的要求。

考虑到这一点，用于考虑服务s∈S的期望流的数量的一个或多个服务有关因子α_s可被定义，一个或多个业务类别有关开销因子β_TC也可被定义以例如处理突发性。

因子α_s可使得管道容量的预分配基于服务的各个要求，其被归类为某一业务类别TC。然后，用于流需求的所需要的管道容量可能根据具有不同的平均数据速率和最大数据速率的不同服务生成，例如CBR和VBR视频点播（CBR=基于约束的路由，VBR＝可变比特率），但被归类为同一业务类别，这样的管道容量可以是业务类别所需要的容量。

$x_{\mathrm{TC}}:=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_s\·f_s^{\′}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{TC}}\·\underset{s}{\max }{f}_s^{\′\′}.$

业务类别所需要的容量可代替所需要的容量。

对于分别用于每个业务类别的每个服务，适当的因子α_s和β_TC可应用于接入控制。

然后，该管道容量可用于发现或创建适当的管道以及具有包括业务规范（TrafficSpecification）参数的消息的路由函数，其中该参数例如包括业务类别、数据速率（kbps）、延迟（ms）、丢失率（%）和抖动（ms）。

以下描述接入控制算法。

接入控制算法包括AC函数和PIM函数（PIM=管道初始化和维护）。AC功能函数可包括组CheckPipe()、GetPipe()、AssociateFlowToPipe()、Blocking()和RemoveFlowFromPipe()中的一个或多个函数。PIM函数可包括组ModifyPipe()和GetPipe()中的一个或多个函数。用于管道估算和负载均衡的策略将被应用。

CheckPipe()函数可如下执行：

如果流请求消息例如从移动性模块到达，则它和FlowToPipeMapping()一起被检查是否有至少一个管道可用于所请求的业务类别和目的地：

1.如果否，则执行函数GetPipe()。

2.如果是，则如下继续进行：

选择一个或多个管道，优选地，根据所应用的策略，例如下面描述的互惠管道分配。

计算必要的一个或多个管道容量，包括具有流数量的新的流，其包括新的服务s的流：

$x_{\mathrm{TC}}^{\mathrm{new}}:=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{q_s=1}{\overset{r_s^{\mathrm{new}}}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{q_s}^{\′}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{TC}}\·\underset{s}{\max }{f}_s^{\′\′}$

如果有适合于分配的管道。该管道可被预先分配。如果这种预先分配的管道具有足够的容量，则该管道可用于另外携带新的流。

如果该管道被预先分配，即存在当前容量为

$x_{\mathrm{TC}}:=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_s\·f_s^{\′}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{TC}}\·\underset{s}{\max }{f}_s^{\′\′}.$

检查当前管道是否足以携带所有流，即是否

i.如果是，则执行函数AssociateFlowToPipe()；

ii.如果否，则执行函数ModifyPipe()。

如果该管道没有被预先分配，则执行函数ModifyPipe()。

函数ModifyPipe()可如下执行：

如果管道未被预先分配，则路由模块可被要求或请求提高管道容量到

$x_{\mathrm{TC}}^{\mathrm{new}}:=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{q_s=1}{\overset{r_s^{\mathrm{new}}}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{q_s}^{\′}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{TC}}\·\underset{s}{\max }{f}_s^{\′\′}.$

如果管道未被预先分配，则路由模块可被要求或请求提高管道容量到最大链路容量。

函数GetPipe()可如下执行：

如果管道未被预先分配，则路由模块可被要求或请求传送一个或多个管道用于服务s，其被归类为具有容量的业务类别TC。可进一步检查容量是否可以被提高，并且可以如下继续进行：

1.如果容量可被提高，在通过执行函数AssociateFlowToPipe()来响应AC；

2.如果容量不能被提高，则通过执行函数Blocking()来响应AC。

如果管道被预先分配，则路由模块可被要求或请求传送新的管道用于具有容量的业务类别TC，并可如下继续进行：

1.如果容量可被提高，则通过执行函数AssociateFlowToPipe()来响应AC；

2.如果容量不可被提高，则通过执行函数Blocking()来响应AC。

函数AssociateFlowToPipe()可如下执行：

流与管道的映射可被插入FlowToPipeMapping表中，优选地，根据如下所描述的互惠管道分配。然后，移动性模块可被通知有关具有来自FlowToPipeMapping的标签的流的接入的信息。

函数Blocking()可如下执行：

函数Blocking()可用阻塞流更新统计。

函数RemoveFlowFromPipe()可如下执行：

如果除去流的请求从移动性模块到达，则该流可以从FlowToPipeMapping表中删除。

根据互惠管道分配，用于将一个或多个流q分配给管道j的因子与管道j的质量成比例：

$y_{q,j}=\frac{1/\mathrm{ServiceOutage}{\mathrm{Time}}_j}{{\mathrm{\Σ}}_{i}1/{\mathrm{ServiceOutageTime}}_i}.$

这样，大多数的业务可以被分配给最佳管道，而少量的业务可被分配给具有较低质量的管道。

根据互惠链路分配，用于将管道容量x_TC分配给链路e的因子与链路e的质量成比例：

$y_{x_{\mathrm{TC}},e}=\frac{1/\mathrm{ServiceOutage}{\mathrm{Time}}_e}{{\mathrm{\Σ}}_{i}1/{\mathrm{ServiceOutageTime}}_i}.$

这样，大多数的业务可以被分配给最佳链路，少量的业务可被分配给具有较低质量的链路。

Claims (9)

1.一种用于在通信网络(1)中分配通信管道(3)的方法，其中所述通信网络(1)包括通过多个链路(L1，…，L7)互连的多个节点(N1，…，N5)，所述方法包括以下步骤： 

由分配单元(2)将一个或多个网络流分配给所述通信管道(3)，所述一个或多个网络流具有相同的源节点(N1)和相同的目的地节点(N2)； 

由所述分配单元(2)根据与所述一个或多个网络流相关联的实际或期望的网络业务量以及根据与所述一个或多个网络流相关联的一个或多个最低服务质量要求，确定所述通信管道(3)所需要的容量，其中，所需要的容量通过将所述一个或多个网络流中的至少一个的平均数据速率的和与所述一个或多个网络流中的至少一个的补充数据速率的最大值相加来确定，所述平均数据速率和补充数据速率与所述一个或多个网络流中的至少一个相关联，并且所述补充数据速率与所述一个或多个网络流的至少一个峰值数据速率有关，所需要的容量的计算受到最大延迟时间约束的限制；以及 

由所述分配单元(2)将所述多个链路(L1，…，L7)中的一个或多个链路(L6，L5，L3)分配给所述通信管道(3)，用于将所述一个或多个网络流从所述源节点(N1)路由到所述目的地节点(N2)。 

2.如权利要求1所述的分配通信管道(3)的方法，其中，所述方法包括以下步骤： 

由所述分配单元(2)确定与所述一个或多个网络流相关联的一个或多个服务，所述一个或多个服务的每一个具有最低服务质量要求；以及 

由所述分配单元(2)根据所确定的具有最低服务质量要求的所述一个或多个服务来设置与所述通信管道(3)相关联的最低服务质量要求。 

3.如权利要求1所述的分配通信管道(3)的方法，其中，所述方法包括以下步骤： 

由与所述多个链路(L1，…，L7)中的一个或多个链路相关联的多个节点(N1，…，N5)中的一个节点发送用于所述一个或多个链路(L6， L5，L3)的每一个的到达率和链路服务比率，优选地，所述到达率和所述链路服务比率与所述一个或多个网络流中的至少一个相关联； 

由所述分配单元(2)接收用于所述一个多个链路(L6，L5，L3)的每一个的到达率和链路服务比率，其中，使用所述到达率λ和所述链路服务比率μ以获得所期望的延迟时间为以及 

由所述分配单元(2)向所述通信管道(3)分配最大延迟时间约束，其中，所述最大延迟时间约束是所期望的延迟时间小于最大延迟时间。

4.如权利要求1所述的分配通信管道(3)的方法，其中，所述和的被加数用服务有关因子和/或业务类别有关开销因子加权，优选地，所述服务有关因子和/或所述业务类别有关开销因子与所述一个或多个网络流中的至少一个相关联。 

5.如权利要求1所述的分配通信管道(3)的方法，其中，所述方法包括以下步骤： 

由所述分配单元(2)向路由模块(4)请求提供所需要的容量的通信管道(3)； 

由过所述路由模块(4)向所述通信管道(3)分配所述一个或多个链路(L6，L5，L3)，作为所分配的一个或多个链路(L6，L5，L3)；以及 

由所述路由模块(3)通过所述一个或多个链路(L6，L5，L3)路由与所述一个或多个网络流相关联的数据，其中，所述一个或多个链路(L6，L5，L3)中提供大容量的链路传输大量的数据，所述一个或多个链路(L6，L5，L3)中提供低容量的链路传输少量的数据。 

6.如权利要求1所述的分配通信管道(3)的方法，其中，所述方法包括以下步骤： 

由所述路由模块(4)将多个链路(L1，…，L7)中的链路预先分配给一个或多个通信管道，用于将所述一个或多个链路(L6，L5，L3)分配给所述通信管道(3)；以及 

由所述分配单元(2)在所述通信管道(3)的分配期间向所述路由模块(4)请求用于所述一个或多个链路(L6，L5，L3)的每一个的所需要的容量。 

7.如权利要求6所述的分配通信管道(3)的方法，其中，所述方法包括以下步骤： 

由所述路由模块(4)在分配给所述通信管道(3)的所述一个或多个链路(L6，L5，L3)之间分发所述一个或多个网络流，其中，所述通信管道(3)提供超过所需要的容量的容量，优选地，提供最大程度地超过所需要的容量的容量。 

8.如权利要求6所述的分配通信管道(3)的方法，其中，所述方法包括以下步骤： 

当由所述分配单元使所述通信管道(3)适应于改变的和/或新的一个或多个网络流时，如果所述一个或多个网络流具有新的相同的源节点(N1)和/或新的相同的目的地节点(N2)时和/或新的所要求的容量已由分配单元(2)确定，则由所述路由模块(4)将所述链路再分配给一个或多个通信管道，用于将所述一个或多个链路(L6，L5，L3)分配给所述通信管道(3)。 

9.一种用于在通信网络(1)中分配通信管道(3)的分配单元(2)，所述通信网络(1)包括通过多个链路(L1，…，L7)互连的多个节点(N1，…，N5)，其中，所述分配单元用于：将一个或多个网络流分配给所述通信管道(3)，其中所述一个或多个网络流具有相同的源节点(N1)和相同的目的地节点(N2)；根据与所述一个或多个网络流相关联的网络业务量以及根据与所述一个或多个网络流相关联的一个或多个最低服务质量要求，确定所述通信管道(3)所需要的容量，其中，所需要的容量通过将所述一个或多个网络流中的至少一个的平均数据速率的和与所述一个或多个网络流中的至少一个的补充数据速率的最大值相加来确定，所述平均数据速率和补充数据速率与所述一个或多个网络流中的至少一个相关联，并且所述补充数据速率与所述一个或多个网络流的至少一个峰值数据速率有关，所 需要的容量的计算受到最大延迟时间约束的限制；将所述多个链路(L1，…，L7)中的一个或多个链路(L6，L5，L3)分配给所述通信管道(3)，用于将所述一个或多个网络流从所述源节点(N1)路由到所述目的地节点(N2)。