CN102724193B - 针对IP网络环境中Streaming业务生存性进行控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种针对IP网络环境中Streaming业务生存性进行控制的方法，首先对IP网络环境下的Streaming业务的数据包进行路径/流量统计，然后计算业务数据包所经由的每条路径的健康度，接下来在已得出的路径健康度的基础上计算该Streaming业务的整体健康度，最后根据数据库中的业务分类信息判断该业务的健康度是否符合用户对该业务的质量要求，以保证网络中的路由策略能够根据业务质量情况进行及时的调整，从而保证IP网络环境下的Streaming业务的生存性。该方案不仅能解决应用较多的传统的树型结构P2P网络环境的生存性问题，还能够对其他拓扑结构的IP网络下的生存性进行有效保障。并且首先填补了面向业务QoS的Streaming保障机制方面的不足，增强了网络虚拟化中集中控制策略的有效性。

Description

针对IP网络环境中Streaming业务生存性进行控制的方法

技术领域：

本发明主要针对IP网络环境中Streaming业务的生存性保障策略，特别是提供了一种普适于各种网络拓扑下，面向不同Streaming业务生存性进行控制的方法。

背景技术：

随着宽带互联网的普及和多媒体技术的发展，向大规模用户提供Streaming服务(如网络电视)己经成为互联网，特别是下一代互联网的“杀手级”应用之一。然而，大规模网络Streaming应用的发展与普及面临着两方面的技术挑战：一方面，随着用户规模的急剧增加，对网络Streaming应用可扩展性的要求越来越高，据艾瑞咨询统计，截至2008底，中国网络视频用户数量已增至2.3亿人，用户覆盖率达到78.5%，而预计至2012年，中国网络视频用户规模将超过5亿人；另一方面，网络Streaming应用对视频服务质量的要求逐渐提高，从普通标清视频逐步过渡到高清视频、3D视频，这对网络带宽带来了更高的要求。因此，如何高效地满足这种日益增长的大规模Streaming应用的需求是当前网络Streaming研究领域所面临的严峻挑战。

由上可知，大规模网络Streaming应用需要克服两个关键技术问题：可扩展性(Scalability)和服务质量(Quality of Service，QoS)。Streaming传输技术是实现这两个需求的关键技术之一，然后，在现有的IP网络环境中，对于面向Streaming业务的生存性保障机制还存在种种不足，目前较成熟的保护机制仅仅有针对树型结构的P2P网络的Streaming业务生存性保障策略，并不普适于所有网络环境中的Streaming业务的质量保证。

目前的Streaming业务按照传输技术主要分为两类：运用IP组播技术的Streaming业务和运用P2P技术的Streaming业务。

1、对基于IP组播的Streaming应用，由于拥塞控制、可靠性和安全性管理、跨域组播、部署的复杂性等问题，并未在互联网上得到大规模部署，因此IP组播的Streaming业务的健康度也无从保障。

对运用P2P技术的Streaming业务，利用了P2P网络技术的高扩展性、易部署、低成本等优点，是一种理想的大规模网络Streaming实现方案，然而对于相应业务的质量保证目前还没有一个普适有效的办法。由于P2P网络结构分类众多，目前已有树型，多树，mesh网结构、混合结构等多种结构，因而Streaming业务的质量及其保证策略受相应网络结构的影响很大，尚没有一个普适而成熟的解决方案，仅有几种基于各自网络结构的Streaming业务生存性保障策略，并且没有得到广泛的应用。综上，基于IP网络的Streaming业务的生存性保障目前还基本处于不可控的状态。

发明内容：

本发明的目的是克服上述中所提到的不足，针对IP网络环境下的Streaming业务的生存性需求，提出一种普适的Streaming业务生存性保障控制机制，从而能有效地保证Streaming业务的质量能够满足用户对其的要求。

为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

总的来看，本发明提供了一种针对IP网络普适的Streaming业务生存性控制机制，该方法包括以下步骤：

【301】本方案对Streaming业务的生存性进行保障性控制。集中化控制平面会监测下层的业务网络的路由器LSA链路通告数据包和拓扑数据库描述报文等，并按照控制中心的设置定期刷新，以此获取下层路由器所在的链路信息和拓扑信息。

【302】在控制中心的业务分类信息数据库中，预置有针对QoS数据的各个Streaming业务的分类信息。不同的Streaming业务由于对用户提供的服务内容不同，相应的分类信息也不同。步骤【301】中获取到的信息在被集中控制平面接收到之后，由控制平面中的业务分类信息数据库对业务中的QoS参数进行匹配以识别Streaming业务的分类特征，并且对网络拓扑信息数据库的内容进行更新，以便其后对其生存性进行针对性的控制。

【303】接收节点的计数器能够统计进入该节点的总流量，设该总量为M。

根据从步骤【301】中提取的路由信息，按照不同的路径统计对应的流量，设一共有N条路径，每一条的流量为m_n，其中n=0,1,2,…,N-1,N。然后根据已经获得的路径/流量统计来计算每一条路径的权重系数k_n，则有其中M是相应业务进入目的节点的总流量，n=0,1,2,…,N-1,N.由于在真实的P2P网络环境中每条路径的流量时刻在发生变化，因此本方案在接收节点处设置一个合适的刷新率，使路径的权重系数能够实时地随着路径流量的变化而变化。

在获取到路径的权重系数以后，根据以下各公式计算该路径的健康度。首先要计算出路径的归一化带宽评价：

$\mathrm{bandwidth}=\frac{b_2}{B}=\frac{B-b_1}{B}=1-\frac{b_1}{B}$

其中B为链路的总带宽，b₁为业务已占用的带宽，b₂为链路当前的空闲带宽。

delay是该路径上归一化的延迟评价，公式为：其中d是当前路径的时延，D_m是所有不丢包路径中的时延最大值。

以上两个参数的归一化评价都与路径健康度成正比，bandwidth和delay的数值越大，说明该路径上的带宽条件越好，传输速度越快。

于是对于该条路径，有路径健康度A_n=i×bandwidth+j×delay,(i+j=1)。其中i和j是当前可用带宽和时延的权重参数。根据上述的路径健康度A_n，能够计算出同类业务在该网络环境内的整体健康度X。其中q为被测接收节点的丢包率权重系数。

在以上的公式中所出现的所有没有公式定义的权重系数i,j,q，都是根据具体业务类型对于相应的带宽、时延、丢包率这三个参数的具体质量要求而决定的。例如，若业务对实时性要求较高，则时延参数的权重系数j占得比例相对较高；若业务对带宽要求较大，则可在算法中调整带宽参数的权重系数i。同理，可以根据具体的业务要求调整丢包率的权重系数q。

【304】从步骤【303】中计算出业务的健康度之后，由控制中心的质量判断函数进行判定，如果通过判断函数的判定，则继续完成业务数据包的传输任务。

对于不同的业务质量健康度门限，由控制者在质量判断函数中设定。当质量判断函数判定认为当前业务的健康度符合预设的业务质量健康度门限时，认为业务健康，则继续当前的路由策略。

【305】从步骤【303】中计算出业务的健康度之后，若质量判断函数经过判定认为业务健康度不能达到该业务质量要求的门限，则向路由决策函数输出路径不健康的判断结果，以重新选择路由策略，进行快速重路由。

【306】若在集中化控制平面检测到来自下层网络的故障告警数据包，则跳过业务健康度计算环节，直接向路由决策函数输出路径不健康的判断结果，进行快速重路由。

附图说明：

图1为控制平面和下层IP网络的结构示意图；

图2为IP网络环境下对Streaming业务生存性进行控制的功能模块示意图；

图3为Streaming业务生存性控制机制的流程图；

图4为计算业务健康度时各路径归一化的实时性评价分布图；

图5为综合了实时性和带宽状况的路径评价分布图。

具体实施方式：

为了使本发明的内容、效果以及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例子对本发明进一步地详细阐述。

本发明适用于IP网络环境中对Streaming业务生存性进行控制的机制，这一保障过程由控制平面的核心节点来完成，当计算出的当前业务健康度不符合业务质量要求时，重新制定路由策略，启动快速重路由。

图1为控制平面和下层IP网络的结构示意图。如图1所示，上层是对业务生存性的控制平面，包括业务分类信息数据库，Streaming业务路由算法数据库和网络拓扑信息数据库。其中业务分类信息数据库主要储存各类业务的质量要求和QoS门限，为快速检测业务分类和判断业务健康度是否合格提供支持；Streaming业务路由算法数据库中主要是针对业务的路由策略提供路由算法；网络拓扑信息数据库则是根据各核心网的路由器提供的链路通告等信息储存和更新当前网络状态，包括带宽时延等数据。

图2为IP网络环境下对Streaming业务生存性进行控制的功能模块示意图。由该图可以得知整个生存性保障流程的功能模块以及这些模块相互间的关系。

【201】在集中化控制平面检测到下层的IP网络中Streaming业务的数据包之后，经由拓扑感知接口获得来自下层的拓扑和链路状态信息，在本具体实例中，采用哈佛大学网络坐标研究数据库中通过测量工具测得的现网中1895个节点，取其中一个ip为12.17.136.137的planetlab阱节点的数据作为初始数据。

【202】上述信息在被集中控制平面接收到之后，由控制平面中的业务分类信息数据库对业务中的QoS参数进行匹配，由控制中心的业务分类逻辑对其进行分类，并且对网络拓扑信息数据库的内容进行更新；

【203】控制平面根据步骤【201】中所获得的信息，结合步骤【202】中的业务分类结果进行计算，获得该业务的健康度数值。上述计算结果由控制中心的健康度模块得出以后，由控制中心的质量判断函数进行判定，如果通过判断函数的判定，则继续完成业务数据包的传输任务；

【204】上述判断函数条件如果不成立，即认为业务健康度不够，则向路由决策函数输出路径不健康的判断结果，进行快速重路由；

【205】若在集中化控制平面检测到来自下层网络的故障告警数据包，则跳过业务健康度计算环节，直接向路由决策函数输出路径不健康的判断结果，进行快速重路由。

图3为Streaming业务生存性控制机制的流程图，该流程的逻辑控制伪码可以写为如下的形式：

if没有收到告警报文：

根据网络状态数据库和健康度函数计算健康度判断当前路径的网络状态是否适合业务继续生存，即业务是否足够健康。

if适合：像路由决策模块输出业务健康的判断结果

else：向路由决策模块输出路径不健康的判断结果

else:直接向路由决策模块输出此路径故障的判断结果

图4为计算12.17.136.137节点处针对业务健康度各路径归一化的实时性评价分布图。可以从图中看出，大部分的路径实时性评价值都在0.2到0.3之间。

图5为综合了实时性和带宽状况的路径评价分布图。由图上可以看出路径的带宽情况和实时性的综合评价，越靠近图上右上角的路径健康度越好。根据计算出的路径健康度乘以经过路径/流量统计的加权系数，可以最终得出在该节点接收到的业务的健康度，通过图2中的步骤【203】最终判断是否需要对该业务的数据包进行重路由。

至此，已经完整地建立了对IP网络环境下的Streaming业务的生存性进行保障的机制。通过该机制，可以根据用户对该业务的质量要求保证IP网络环境下的Streaming业务的生存性，弥补了面向业务QoS的Streaming保障机制方面的不足，增强了网络虚拟化中集中控制策略的有效性。

Claims (1)

1.一种针对IP网络环境中Streaming业务生存性进行控制的方法，其特征在于：包括以下步骤： 

1)在集中控制平面检测到下层的IP网络中Streaming业务的数据包之后，经由拓扑感知获得来自下层的拓扑和链路状态信息； 

2)上述信息在被集中控制平面接收到之后，由集中控制平面中的业务分类信息数据库对业务中的QoS参数进行匹配，由控制中心的业务分类逻辑对所述业务进行分类，并且对网络拓扑信息数据库的内容进行更新； 

3)判断集中控制平面是否检测到来自下层网络的故障告警数据包，如果是，则向路由决策函数输出路径不健康的判断结果，进行快速重路由；如果不是，则执行步骤4)-6)； 

4)集中控制平面根据步骤1)中所获得的信息，计算出业务数据包途经路径的路径健康度A_n＝i×bandwidth+j×delay,(i+j＝1)，其中bandwidth和delay分别是经过归一化的带宽评价和路径时延，i和j是控制中心根据该业务对带宽和时延要求设置的相应权重参数；然后结合步骤2)中的业务分类结果进行计算，获得该业务的健康度数值； 

其中，在计算整体的业务健康度时，获取每一条有该业务数据包经过的路径的具体路由信息和流量、带宽信息；然后根据已经获得信息来计算每一条路径的权重系数k_n，若设一共有N条路径，每一条的流量为m_n，其中n＝0,1,2,...,N-1,N，则有其中M是相应业务进入目的节点的总流量； 

所述的业务健康度数值X以当前业务途经路径的健康度为基础，在按照业务质量要求计算出目的节点的丢包率l之后，其中k_n是所述权重系数，q是根据Streaming业务质量要求所确定的丢包率权重； 

5)上述计算结果由控制中心的健康度模块得出以后，由控制中心的质量判断模块进行判定，如果通过判断函数的判定，则继续完成业务数据包的传输任务； 

6)上述判断函数条件如果不成立，即认为业务健康度不够，则向路由决策函数输出路径不健康的判断结果，进行快速重路由。