CN102780610B - 网关QoS保障方法及分组交换网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网关QoS保障方法及分组交换网络系统，其包括以下步骤：S₁、根据网关中实时业务的数据流带宽状态，从一下行QoS策略集合中选取一配置QoS策略；S₂、基于所述配置QoS策略和所述网关中实时业务的优先级或权重生成一QoS配置请求报文；S₃、将所述QoS配置请求报文发送至一局端设备；S₄、所述局端设备解析提取配置QoS策略；S₅、若所述局端设备能够支持所述配置QoS策略，则按照所述配置QoS策略配置所述局端设备，生成一成功应答报文并反馈至网关，否则生成一失败应答报文并反馈至网关。本发明通过网关主动配置局端设备，从而来调节网关中实时业务的数据流的带宽，因而有效地满足客户的业务需求。

Description

网关QoS保障方法及分组交换网络系统

技术领域

本发明涉及一种网关QoS保障方法及分组交换网络系统，特别是涉及一种分组交换网络系统和应用用所述分组交换网络系统的网关QoS保障方法。

背景技术

随着网络应用的日益广泛和一些新的网络技术的出现，网络业务从原来简单的收发邮件和浏览网页到现在的VoIP（Voice over Internet Protocol，使用了互联网协议的网络语音传输）、网络电视、网络下载和在线大型游戏等各种各样服务，而且随着物联网、办公网络化、电子商务和网络高清直播的业务不断发展，人们对网络质量的要求也越来越高。

目前的DSL论坛提出的TR068标准（基于路由功能的ADSL（非对称数字用户环路）的基本要求）中对网关的QoS（Quality of Service，服务质量）功能做出了规范性要求，所述QoS规范中对网关的上行数据采取了有效的控制，对在带宽低于需求的情况下，保证了高优先级的业务数据能快速通过网关上传，也可以通过配置网关来保证各种业务数据流的上行数据的带宽，同时可以对特定的业务数据流进行限速。这样可以保证在多业务运行时，网关起到了调节分配网络带宽资源的功能，同时监控管理网络流量的功能。网关的QoS规范对上网等多业务和运营商对于网关的管理都是十分有意义的。

基于TR068标准，虽然网关可以对上行的数据流进行管理控制，但是对于下行的数据则无法进行有效地控制和管理。由于无法对进入网关的数据流限速，导致部分网络质量要求高的业务服务可能无法达到预期的效果，例如VoIP，IPTV（交互式网络电视）等实时业务就对报文的传输延迟提出了较高要求，虽然现行的网关使用的QoS设置在一定程度上可以满足VoIP等实时业务的上行数据流的优先级，但是由于VoIP等一些实时业务，其对双向的报文传输延迟要求很高，在网关下行数据达到设备的既有带宽值时，VoIP等实时业务的服务质量将随之下降，此时为了提高VoIP等实时业务的服务质量，不得不将其它业务的数据流停掉，所以此时网络将不能很好地提供多业务的服务，虽然现在的局端设备在向网关传输数据时，通过调节VoIP等实时业务为优先发送，但是下行数据达到设备的带宽值后，多业务的网络带宽需求将无法得到保证，所以局端设备无法判定如何调度来满足客户的业务需求，从而导致网络在现有带宽条件下将不能满足用户的网络需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中局端设备无法判定网关接收的下行数据流的需求，从而导致网络在现有带宽条件下，无法满足用户网路需求的缺陷，提供一种网关QoS保障方法及分组交换网络系统，通过网关主动向局端设备发送配置策略来配置局端设备，从而来调节网关中实时业务的数据流的带宽，因而有效地满足客户的业务需求。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种网关QoS保障方法，其特点是所述网关QoS保障方法包括以下步骤：

S₁、根据网关中实时业务的数据流带宽状态，从一下行QoS策略集合中选取一下行QoS策略作为一配置QoS策略；

S₂、基于所述配置QoS策略和所述网关中实时业务的优先级或权重，生成一QoS配置请求报文；

S₃、将所述QoS配置请求报文发送至一局端设备；

S₄、所述局端设备从所述QoS配置请求报文中解析提取配置QoS策略；

S₅、若所述局端设备的数据流带宽配置范围能够支持所述配置QoS策略，则按照所述配置QoS策略配置所述局端设备的下行数据流带宽，所述局端设备生成一成功应答报文并反馈至网关，否则所述局端设备生成一失败应答报文并反馈至网关。其中所述配置QoS策略只有在所述局端设备所能够调节的数据流带宽的范围内时，所述局端设备才进行数据流带宽调节，否则直接返回失败应答报文。

较佳地，所述步骤S₁为：根据网关中实时业务的带宽状态，从下行QoS策略集合中选取一个下行QoS策略作为所述配置QoS策略，或者用户通过一配置接口配置生成一QoS策略作为所述配置QoS策略。

较佳地，所述配置接口为Web接口。

较佳地，所述下行QoS策略集合包括优先级调度策略或加权循环调度策略。

其中所述优先级调度策略是一种最简单的排队方式，它首先为最高优先级的队列进行服务，直到该队列为空，然后为下一个次高优先级队列服务，依此类推。这种方法的优势是高优先级业务总是在低优先级业务之前处理。但是，低优先级业务有可能被高优先级业务完全阻塞。优先级调度策略特别适合于对延迟、延迟抖动敏感的应用，采用优先级模式进行队列调度，可以让关键业务比如ERP（企业资源计划）或视频业务等的报文进入最高优先级队列，保证在拥塞时总是优先获得转发服务。

所述加权循环调度策略加权循环所有业务队列服务，并且将优先权分配给较高优先级队列。在大多数情况下，相对低优先级，加权循环将首先处理高优先级，但是当高优先级业务很多时，较低优先级的业务并没有被完全阻塞。加权循环调度算法（Weighted Round Robin）是一种较强的队列调度算法，它能够有效地区分队列中所有的业务。对于所有的业务流在排队等待调度的队列，加权循环调度算法是根据每个队列配置的权值与所有的业务流在排队等待调度的队列的权值总和的比来平等地分配带宽。

较佳地，所述步骤S₅之后还包括以下步骤：

S₆、所述网关将所述成功应答报文或失败应答报文通过所述配置接口通知用户。

较佳地，所述实时业务选自下述业务中的一种或多种：

IPTV业务、VoIP业务、网页浏览业务和P2P业务。

本发明还提供了一种分组交换网络系统，其包括一网关和一局端设备，其特点是所述网关中还包括一配置单元和一通知单元；

其中所述配置单元基于一配置QoS策略、和所述网关中实时业务的优先级或权重，生成一QoS配置请求报文；

所述通知单元将所述QoS配置请求报文发送至一局端设备，所述局端设备从所述QoS配置请求报文解析提取配置QoS策略，并检测所述局端设备的数据流带宽配置范围是否能够支持所述配置QoS策略，若能够支持，则按照所述配置QoS策略配置所述局端设备的下行数据流带宽，所述局端设备生成一成功应答报文并反馈至网关，否则所述局端设备生成一失败应答报文并反馈至网关；

其中所述网关将从一下行QoS策略集合中选定的一下行QoS策略或用户设定的一QoS策略作为所述配置QoS策略。

较佳地，所述网关还包括一配置接口，用户可以通过所述配置接口设定所述QoS策略。

较佳地，所述网关还通过所述配置接口通知用户所述成功应答报文或失败应答报文。

较佳地，所述配置接口为Web接口。

较佳地，所述下行QoS策略集合包括优先级调度策略或加权循环调度策略。

较佳地，所述实时业务选自下述业务中的一种或多种：

IPTV业务、VoIP业务、网页浏览业务和P2P业务。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的网关QoS保障方法通过网关主动向局端设备发送QoS配置策略来配置局端设备，从而来调节网关中实时业务的数据流的带宽，因而有效地满足客户的业务需求。

本发明的分组交换网络系统通过在网关设置配置单元和通知单元将网关中基于实时业务的数据流的网宽状态制作的QoS配置策略，并通过QoS配置策略来配置局端设备的传送至网关中的数据流所占带宽，从而满足网关上客户对业务的需求。

本发明在充分利用现有技术的基础之上，通过简单的方法解决了在现有网关对于下行数据无法有效控制的状况。而且局端设备不需要对下行数据进行深入复杂的分析，减少了分析处理和计算的复杂度，同时对下行带宽的影响较小，提高了系统处理速度。

对于网关，通过发送报文通知局端设备的QoS功能对网关下行数据控制，充分利用了局端设备强大的软硬件功能，简化了网关的软硬件开发成本，很好地实现对下行数据流控制。对于局端设备和整个网络而言，由于网关主动上报QoS配置请求报文，局端设备可以发送更多的有效数据，减少了很多不必要的无效数据发送，同样，传输线路而言，将更加高效地传输数据流，减少了不必要的浪费。

附图说明

图1为本发明的分组交换网络系统的第一实施例的结构示意图。

图2为本发明的第一实施例的网关QoS保障方法的流程图。

图3为本发明的第一实施例的QoS配置请求报文和成功应答报文。

图4为本发明的分组交换网络系统的第二实施例的结构示意图。

图5为本发明的第二实施例的网关QoS保障方法的流程图。

图6为本发明的第二实施例的QoS配置请求报文。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

第一实施例：

本实施例中通过在一包含多个配置QoS策略的集合中选取适用于当前的网关中实时业务状态的配置QoS策略来配置局端设备，从而局端设备调节发送至所述网关的数据流的带宽，因而满足当前网关中实时业务的带宽需求。

所以本实施例中如图1所示，在现有的网关1和局端设备2的基础上，还包括一配置单元3和一通知单元4。

其中所述配置单元3基于一配置QoS策略、和所述网关1中实时业务的优先级或权重，生成一QoS配置请求报文，从而通过所述报文通知局端设备2将下行的数据流带宽设置为指定的值，从而满足网关1中实时业务对带宽的要求。其中所述网关1将从一下行QoS策略集合中选定的一下行QoS策略作为所述配置QoS策略。

所述实时业务为IPTV业务、VoIP业务、网页浏览业务和/或P2P（点到点）业务。所以在网关1当前运行的实时业务的种类范围有限的前提下，预先设置适用于所述IPTV业务、VoIP业务、网页浏览业务和/或P2P业务的下行QoS策略，所以本实施例中可以适用的所述下行QoS策略为优先级调度策略和加权循环调度策略。因此所述下行QoS策略集合包括优先级调度策略或加权循环调度策略。其中选择优先级调度策略时，可以保证在网络拥堵的时候，保证VoIP等业务能优先等到保障，当选择加权循环调度策略时，可以保证各个业务不会被其它业务数据流所淹没。而且所述优先级调度策略和加权循环调度策略均属于现有技术中常用的业务数据流带宽的调节方法，所以此处不再详细赘述。

因此所述配置单元3将基于网关的实时业务的数据流带宽状态所采用的下行QoS策略生成QoS配置请求报文，来通知局端设备2在网关1处所需要的数据流带宽配置。

此后，所述通知单元4将所述QoS配置请求报文发送至一局端设备2，所述局端设备2从所述QoS配置请求报文解析提取配置QoS策略，并检测所述局端设备2的带宽配置范围是否能够支持所述配置QoS策略，即网关1对数据流带宽的要求不能超出了局端设备2所能配置的数据流带宽的能力范围。

所以若网关1对数据流带宽的要求超过了局端设备2所能配置的数据流带宽的能力范围，则所述局端设备2生成一失败应答报文并反馈至网关1，来通知网关1对带宽配置的请求没有实现。

若网关1对数据流带宽的要求在局端设备2所能配置的数据流带宽的能力范围内，则按照所述配置QoS策略配置所述局端设备2发送至网关1的数据流带宽，此后所述局端设备2生成一成功应答报文并反馈至网关1，来通知网关1局端设备成功地重新分配了发送至所述网关1的各个实时业务的数据流带宽。

所以如图2所示，本实施例的分组交换网络系统在正常运行过程中所产生的网关QoS保障方法包括以下步骤：

步骤1，根据网关1中实时业务的数据流带宽状态，从所述下行QoS策略集合中选取一个下行QoS策略作为所述配置QoS策略。本实施例中所述配置QoS策略为所述优先级调度策略或加权循环调度策略。其中本实施例中选取优先级调度策略。

步骤2，配置单元3基于所述配置QoS策略和所述网关中实时业务的优先级或权重、生成QoS配置请求报文。所述QoS配置请求报文中包括请求局端设备2将下行数据流带宽设置为指定的值，采取优先级调度策略或加权循环调度策略。其中当选择为优先级调度策略时，还包括各个实时业务的优先级。若采用加权循环调度策略时，还包括各个实时业务的权重。

其中配置单元3将所述配置QoS策略和所述网关中实时业务的优先级或权重封装成QoS配置请求报文，本实施例中所述QoS配置请求报文是网关1和局端设备2约定的配置信息报文。其格式如图3所示，其中包括约定标识报文的操作字段OP、跳路Hops和结束end。其中所述报文中还包括记录了网关此次的通信ID号的事务ID（Transaction ID）和客户端IP（Ciaddr）地址来标识识别网关1和局端设备2，此外所述报文中包括网关请求的相应调度算法，以及具体请求的内容项，其中请求调度算法决定了之后的内容项的整体的信息类型，例如图3所示的本实施例中是优先级调度算法SP和标识VoIP业务及其优先级，若请求调度算法是用于保证带宽，则之后的内容项可以是VoIP业务及其带宽值。

步骤3，将所述QoS配置请求报文发送至所述局端设备2中。

步骤4，所述局端设备2从所述QoS配置请求报文中解析提取配置QoS策略，从而得到网关1的当时实时业务所需要的数据流带宽配置，即通过所述优先级调度策略配置所述局端设备2，此外若解析得到加权循环调度策略，则相应地采用加权循环调度策略来配置所述局端设备2。

步骤5，检测所述局端设备2的数据流带宽配置范围是否能够支持所述配置QoS策略，即检测网关1对数据流带宽的要求是否在局端设备2所能配置的数据流带宽的能力范围内，若是进入步骤6，否则进入步骤7。

步骤6，按照所述配置QoS策略配置所述局端设备2的下行数据流带宽，即配置发送至网关1当前的各个实时业务的数据流的带宽，然后所述局端设备生成成功应答报文并反馈至网关1，如图3所示，在本实施例中所述成功应答报文的格式中也包括约定标识应答报文的操作字段OP、跳路Hops和结束end。所述报文中还包括事务ID（Transaction ID），局端设备应答码（ReturnID）以及请求动作（Action），所述应答码记录了此次局端设备2的配置QoS策略的配置成功的信息。当所述成功应答报文反馈至网关1后，流程结束。

上述步骤5和步骤6中所述局端设备2判断是否能支持请求的配置QoS策略，如果支持将按照配置QoS策略设置对应数据流的优先级，本实施例中，局端设备2将查询是否支持优先级调度算法SP，如果支持将VoIP的数据流的优先级设置为最高，即在之后的发包中将最先发送VoIP的数据。

步骤7，所述局端设备2生成失败应答报文并反馈至网关1。其中所述失败应答报文与图3中成功应答报文的格式相同，区别仅在于所述应答码记录了此次局端设备2的配置QoS策略的配置失败的信息，然后流程结束。

第二实施例：

本实施例在第一实施例的基础上，还通过配置接口接受用户输入的配置QoS策略，从而实现用户定制的实时业务的数据流带宽的设置和分配。从而局端设备调节发送至所述网关的数据流的带宽，因而满足当前网关中实时业务的带宽需求。此外本实施例还通过所述配置接口实现通知用户配置所述QoS策略的结果，从而便于用户寻找调节配置QoS策略和寻找故障。

所以如图4所示，与第一实施例的分组交换网络系统的区别在于：

本实施例的分组交换网络系统还包括一配置接口5，用户可以通过所述配置接口5设定任意的QoS策略，并作为所述配置QoS策略通过配置单元3生成所述QoS配置请求报文。

其中本实施例中局端设备2发送至所述网关1的成功应答报文或失败应答报文也通过所述配置接口5传送通知用户。

而且本实施例中为了便于用户访问所述网关1所述配置接口为Web接口（网络接口）。此外用户还可以采用其他的方式来访问所述网关1。

所以如图5所示，本实施例的分组交换网络系统在正常运行过程中所产生的网关QoS保障方法包括以下步骤：

步骤11，根据网关1中实时业务的数据流带宽状态，从所述下行QoS策略集合中选取一个下行QoS策略作为所述配置QoS策略，或者用户通过一配置接口5配置生成一QoS策略作为所述配置QoS策略。本实施例中所述配置QoS策略为所述优先级调度策略或加权循环调度策略。其中本实施例中选取优先级调度策略。

步骤12，配置单元3基于所述配置QoS策略和所述网关中实时业务的优先级或权重、生成QoS配置请求报文。所述QoS配置请求报文中包括请求局端设备2将下行数据流带宽设置为指定的值，采取优先级调度策略或加权循环调度策略。其中当采用加权循环调度策略时，还包括各个实时业务的权重。若选择为优先级调度策略时，还包括各个实时业务的优先级。

其中配置单元3将所述配置QoS策略和所述网关中实时业务的优先级或权重封装成QoS配置请求报文，本实施例中所述QoS配置请求报文是网关1和局端设备2约定的配置信息报文。其格式如图6所示，其中本实施例中所述报文格式与第一实施例配置信息报文的格式区别是：由于请求调度算法决定了之后的内容项的整体的信息类型，所以所述报文中包括网关请求的相应调度算法，以及具体请求的内容项是加权循环调度算法WRR和标识IPTV业务、Web网页浏览业务、P2P业务和其他的业务Other，以及各个业务的权重，其中如图6所示，本实施例中所述各个业务的权重分别设置的值为30％、30％、20％和20％。

步骤13，将所述QoS配置请求报文发送至所述局端设备2中。

步骤14，所述局端设备2从所述QoS配置请求报文中解析提取配置QoS策略，从而得到网关1的当时实时业务所需要的数据流带宽配置，即通过所述加权循环调度策略配置所述局端设备2，此外若解析得到优先级调度策略，则相应地采用优先权调度策略来配置所述局端设备2。

步骤15，检测所述局端设备2的数据流带宽配置范围是否能够支持所述配置QoS策略，即检测网关1对数据流带宽的要求是否在局端设备2所能配置的数据流带宽的能力范围内，若是进入步骤16，否则进入步骤17。

步骤16，按照所述配置QoS策略配置所述局端设备2的下行数据流带宽，即配置发送至网关1当前的各个实时业务的数据流的带宽，然后所述局端设备生成成功应答报文并反馈至网关1，在本实施例中所述成功应答报文的格式中与第一实施例中的成功应答报文的格式相同，所以所述应答码记录了此次局端设备2的配置QoS策略的配置成功的信息。当所述成功应答报文反馈至网关1后，进入步骤18。

步骤17，所述局端设备2生成失败应答报文并反馈至网关1。其中所述失败应答报文与第一实施例的失败应答报文的格式相同，所以所述应答码记录了此次局端设备2的配置QoS策略的配置失败的信息。

步骤18，所述网关1将接收到的所述成功应答报文或失败应答报文通过所述配置接口5通知用户。从而便于用户寻找调节配置QoS策略和寻找故障。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种网关QoS保障方法，其特征在于，所述网关QoS保障方法包括以下步骤：

S1、根据网关中实时业务的数据流带宽状态，从一下行QoS策略集合中选取一下行QoS策略作为一配置QoS策略；

S2、基于所述配置QoS策略和所述网关中实时业务的优先级或权重，生成一QoS配置请求报文，所述QoS配置请求报文中包括请求一局端设备将下行数据流带宽设置为指定的值；

S3、将所述QoS配置请求报文发送至所述局端设备；

S4、所述局端设备从所述QoS配置请求报文中解析提取配置QoS策略；

S5、若所述局端设备的数据流带宽配置范围能够支持所述配置QoS策略，则按照所述配置QoS策略配置所述局端设备的下行数据流带宽，所述局端设备生成一成功应答报文并反馈至网关，否则所述局端设备生成一失败应答报文并反馈至网关。

2.如权利要求1所述的网关QoS保障方法，其特征在于，所述步骤S1替换为：

用户通过一配置接口配置生成一QoS策略作为所述配置QoS策略。

3.如权利要求2所述的网关QoS保障方法，其特征在于，所述配置接口为Web接口。

4.如权利要求1或2所述的网关QoS保障方法，其特征在于，所述下行QoS策略集合包括优先级调度策略或加权循环调度策略。

5.如权利要求2所述的网关QoS保障方法，其特征在于，所述步骤S5之后还包括以下步骤：

S6、所述网关将所述成功应答报文或失败应答报文通过所述配置接口通知用户。

6.如权利要求1所述的网关QoS保障方法，其特征在于，所述实时业务选自下述业务中的一种或多种：

IPTV业务、VoIP业务、网页浏览业务和P2P业务。

7.一种分组交换网络系统，其包括一网关和一局端设备，其特征在于，所述网关中还包括一配置单元和一通知单元；

其中所述配置单元基于一配置QoS策略、和所述网关中实时业务的优先级或权重，生成一QoS配置请求报文，所述QoS配置请求报文中包括请求所述局端设备将下行数据流带宽设置为指定的值；

所述通知单元将所述QoS配置请求报文发送至所述局端设备，所述局端设备从所述QoS配置请求报文解析提取配置QoS策略，并检测所述局端设备的数据流带宽配置范围是否能够支持所述配置QoS策略，若能够支持，则按照所述配置QoS策略配置所述局端设备的下行数据流带宽，所述局端设备生成一成功应答报文并反馈至网关，否则所述局端设备生成一失败应答报文并反馈至网关；

其中所述网关根据所述网关中实时业务的数据流带宽状态，将从一下行QoS策略集合中选定的一下行QoS策略作为所述配置QoS策略。

8.如权利要求7所述的分组交换网络系统，其特征在于，所述网关还包括一配置接口，用户通过所述配置接口设定一QoS策略以作为所述配置QoS策略。

9.如权利要求8所述的分组交换网络系统，其特征在于，所述网关还通过所述配置接口通知用户所述成功应答报文或失败应答报文。

10.如权利要求8所述的分组交换网络系统，其特征在于，所述配置接口为Web接口。

11.如权利要求7所述的分组交换网络系统，其特征在于，所述下行QoS策略集合包括优先级调度策略或加权循环调度策略。

12.如权利要求7所述的分组交换网络系统，其特征在于，所述实时业务选自下述业务中的一种或多种：

IPTV业务、VoIP业务、网页浏览业务和P2P业务。