CN102845032A - 基于业务组合的实时统计动态调整服务质量配置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种动态地调整QoS配置的系统和方法以及采用所述系统或所述方法的网络。在一个实施例中，该系统包括：（1）配置成识别通过网络传送的分组的业务类型并保持指示网络的业务组合的统计数据的QoS控制引擎，以及（2）耦合到QoS控制引擎的QoS配置数据库，其配置成包含与业务类型对应的QoS配置信息，并响应于来自QoS控制引擎的请求而提供至少一些所述QoS配置信息以执行关于所述网络的QoS。

Description

基于业务组合的实时统计动态调整服务质量配置的系统和方法

技术领域

本申请一般涉及网络管理，更具体地，涉及基于实时业务动态调整服务质量（QoS）配置的系统和方法。

背景技术

随着下一代联网的出现，各机构越来越依赖于其网络来传递互联网协议（IP）通信和关键任务信息。随着对IP电话和会聚应用的趋势变成现实，现在对将QoS并入网络基础设施具有更大需求。QoS包括一组机制，其给予时延敏感的应用优先权并对于所有的应用使得网络更高效和可靠。

QoS设计为对业务排序并分配网络资源，以便信息流畅地并可预期地到达其目的地。其使得业务能够基于共有特性被分类，允许在用户或应用层面应用优先化和服务。优先权级别从“关键任务”（最高优先级）到“尽力而为服务”（最低优先级）。虽然过度供应（over-provisioning）带宽是使用QoS的替代，并且是在某些网络中管理带宽的有效方式，但其不能提供时延敏感的业务（诸如，语音和视频）将如发送方所预期的到达目的地的任何保证。QoS可以在不添加容量的情况下更有效的使用带宽和业务管理，并因此是满足时延敏感业务以及更好的使用企业资源（例如，带宽和设备投资）的更有吸引力的方式。

在给定网络中QoS的行为取决于其QoS配置，其为一组可选的QoS参数。QoS参数调整确定网络的QoS行为的QoS算法。没有一种QoS配置对所有可能的业务情况都是最适宜的。因此，QoS参数应基于预期的业务情况而选择。不幸的是，QoS算法越来越错综复杂，使得QoS配置更加复杂。仅了解很少的或不了解QoS算法的典型的网络管理员不大可能有效地配置QoS参数，不能随着业务情况改变而调整QoS参数。

发明内容

一方面提供了一种动态地调整QoS配置的系统以及采用所述系统或方法的网络。在一个实施例中，该系统包括：（1）QoS控制引擎，其配置成识别通过网络传送的分组的业务类型并保持指示所述网络的业务组合的统计数据，以及（2）QoS配置数据库，其耦合到所述QoS控制引擎，以及配置成包含与所述业务类型对应的QoS配置信息并响应于来自所述QoS控制引擎的请求而提供至少一些所述QoS配置信息以执行关于所述网络的QoS。

另一方面提供了一种动态地调整QoS配置的方法。在一个实施例中，该方法包括：（1）识别通过网络传送的分组的业务类型，（2）保持指示网络的业务组合的统计数据，以及（2）基于所述统计数据自动地提供所存储的多个QoS配置信息之一以执行关于所述网络的QoS。

再一方面提供了一种配置成承载多种业务类型并包括以下内容的网络：（1）多个节点，以及（2）系统，可与至少一个所述节点配合以动态地调整QoS配置，其具有：（2a）QoS控制引擎，其配置成基于其中的差分服务控制点（DSCP）值识别通过网络传送的分组的业务类型并保持指示网络的业务组合的统计数据，以及（2）QoS配置数据库，其耦合到QoS控制引擎，以及配置成包含与业务类型对应的QoS配置信息并响应于来自QoS控制引擎的请求而提供至少一些所述QoS配置信息以执行关于至少一个所述节点的QoS。

附图说明

现在结合附图参考下面的描述，其中：

图1是其中根据此处的教导构建或执行的系统或方法可与这种系统的一个实施例一起采用的网络的一个实施例的框图；以及

图2是基于实时业务动态地调整QoS配置的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

各种传统的网络架构提供了基于流的或基于分类的QoS机制。基于流的机制包括集成服务（IntServ或IS），其采用资源预留协议（RSVP）来对通过网络的每个特定流或数据进行网络资源预留。

基于分类的机制包括差分服务（DiffServ或DS），有时称为“供应的QoS”。替代为特定流预留资源，DiffServ将业务划分成排序的服务类

（COSe），然后将这些类看作逐跳基础上的集合流。DiffServ的当前IP实现定义了八种COSe。为了实现该目标，DiffServ提供了将IP分组报头中的现有业务类型（TOS）字段编码为DS字节的标准方法，最高有效位被定义为DSCP。DS字节中的附加信息限定每跳行为。

与IntServ和RSVP相比，DiffServ需要较少的网络开销来实现。结果，DiffServ已收到网络设备制造商间的广泛支持，尤其是那些为较大网络制造设备的制造商。DiffServ在具有来自不同制造商的路由器的网络中运行良好，只要路由器支持DiffServ。

在采用DiffServ的网络中存在手动地配置QoS的传统工具。然而，不存在提供QoS配置的自动、动态调整的工具。此外，不存在基于实时业务负荷提供QoS配置的调整的工具。此处描述了可以确定网络上的实时业务负荷及基于该业务负荷调整QoS配置的各种系统和方法。

在此处描述的各种实施例中，QoS信息存储在QoS配置数据库中。在某些实施例中，QoS配置信息包括多组关于不同业务情况的值，其自身为QoS配置。在某些其它实施例中，QoS配置信息包括可以被同时收集并可能被修改（例如，通过内插、外插或者某些其它函数或关系式）以动态地生成QoS配置的值。在一些实施例中，QoS配置（无论是否已被预先确定，提前存储在QoS配置数据库中并基于包含在QoS配置数据库中的某些配置信息整体地获取或动态地生成）对应于由单个业务类型（例如，以语音为中心，以视频为中心，以传感器为中心或以数据为中心）支配的业务组合。在其他实施例中，QoS配置对应于混合业务组合（多个业务类型支配的那些，例如，以语音/视频为中心或以传感器/数据为中心）。关于QoS配置的动态生成，应注意，QoS配置通常很难调整并常常需要大量仿真。结果，相对于整体地获取预定的QoS配置，可能很难从配置信息动态地生成QoS配置。

QoS控制引擎至少继续（可能有中断）监控网络的业务负荷。在一些实施例中，QoS控制引擎连续地（没有中断）监控业务负荷。QoS控制引擎还至少偶尔（至少一次，如果超过一次则不定期地或者定期地，并可能响应于明确的命令或者预定的网络条件）确定业务负荷情况是否已改变。在一些实施例中，QoS控制引擎定期地（每隔一定间隔重复地）确定业务负荷情况是否已改变。如果QoS控制引擎业务负荷情况已改变，则QoS控制引擎使得从QoS配置数据库生成相应的、合适的QoS配置，并采用该配置来调整网络的QoS。

例如，如果首先假设网络将主要承载语音业务（“以语音为中心”）建立了网络的QoS，则适当地采用适合以语音为主的业务的QoS配置来设置网络的QoS。然而，或许通过此处教导的自动的业务分析，其可能因此发现网络实际上主要承载视频业务（“以视频为中心”）。如此处描述的，于是可采用不同的QoS配置来调整网络的QoS。因此，QoS配置被如此动态地调整，从而其保持为适合网络当前处理的业务。因此，QoS改善。

例如，网络可以实现基于DiffServ的QoS并支持14个不同的业务分类。每个业务分类可因此被映射到唯一的DSCP。根据DiffServ，所有属于同一业务分类的分组提供有同样的转发处理。尽管网络可以采用不同的QoS算法，但此示例中的网络采用众所周知的分层令牌桶（HTB）QoS算法以在不同的应用之间进行带宽共享。HTB算法具有各种QoS参数，诸如：优先权、保证率、上限速率、队列长度和评估值。每个HTB QoS参数的最优值取决于业务情况。如上所述，单个对参数的QoS配置不可能对所有业务情况都是最优的。按照惯例，网络管理员可以从各个缺省QoS配置（例如，以语音为中心、以视频为中心、以传感器为中心和以数据为中心的配置）手动地选择适合给定的预期业务组合的QoS配置。随着时间的推移，业务组合易变化。例如，一度为以视频为中心的业务组合可能后来变成以语音为中心。因此，为以视频为中心的业务组合调整的配置参数将不符合以语音为中心或以视频/传感器为中心的业务组合的要求。按照惯例，网络管理员将首先检测业务组合已改变，接下来识别新业务组合并然后手动地选择和加载匹配新业务组合的配置。

相比之下，此处引入了可以确定网络上的实施业务负荷并基于该业务负荷调整QoS配置的各种系统和方法。现在转到图1，图示的是其中可以采用根据此处的教导构建或执行的系统或方法的网络100的一个实施例的框图。在图1的实施例中，QoS控制引擎与多个业务分类计数器120和QoS配置数据库130关联。业务分类计数器120包括语音业务计数器121、视频业务计数器122、数据业务计数器123和传感器业务计数器124。QoS配置数据库130包括以语音为中心的QoS配置131、以视频为中心的QoS配置132、以数据为中心的QoS配置133和以传感器为中心的QoS配置134。在替代实施例中，QoS配置数据库130可选地或附加地包含QoS配置信息，QoS控制引擎110可使用QoS配置信息动态地生成QoS配置。

如图1所示，网络100接收、传送并发射包括语音业务、视频业务、数据业务和传感器业务的业务组合。传送业务组合的分组150被提供给QoS控制引擎110，在那里它们关于其业务分类而被识别，并且业务分类计数器120的对应的计数器（即，语音业务计数器121、视频业务计数器122、数据业务计数器123和传感器业务计数器124）被相应地更新。在图示的实施例中，所有的分组150在它们通过网络100时被提供给QoS控制引擎110。然后QoS控制引擎110读取每个分组的DSCP值。在图示的实施例中，QoS控制引擎110读取进入每个接入接口上的节点的每个分组的DSCP值。因此，业务分类计数器120能够保持运行，实时统计数据指示业务组合。

如下面更详细地描述的，QoS控制引擎110采用业务分类计数器120来确定业务组合并从QoS配置数据库130获取相应的QoS配置（即，以语音为中心的QoS配置131、以视频为中心的QoS配置132、以数据为中心的QoS配置133和以传感器为中心的QoS配置134）。可选地，QoS控制引擎110可以从包含在QoS配置数据库130中的QoS配置信息动态地生成合适的QoS配置，例如，通过以某一方式汇编、修改、或者汇编与修改该信息。QoS控制引擎110可以采用速率计算器111来保持对分组速率的运行中的计数以确定业务组合如何随着时间改变。如图1所示，然后QoS控制引擎110采用所获取的QoS配置来向网络提供QoS160，设计网络对业务组合的传送进行排序的方式。

在一个实施例中，采用该系统或方法的示例网络具有支持14种业务分类的QoS模型。下面的表1示出了映射到14个唯一的DSCP（第3栏）并划分成5种通用业务类型（第1栏）的14中业务分类（第2栏）的一个示例。本领域的技术人员将理解其它实施例可具有不同的类型和通用业务类型的数目、分类和业务分类的数目以及到DSCP的映射。

表1：示例网络支持的业务类型

在图1的实施例中，QoS控制引擎110读取进入每个接入接口上的网络节点的每个分组的DSCP值。在一个实施例中，每个节点具有6个接入接口。下面的表2列举了示出这些接口可以被如何分布的节点的示例实施例。

表2：示例节点中的接口

如上所述，一个实施例提供了四种缺省QoS配置，每个对应于不同的业务模型：以语音为中心的、以视频为中心的、以数据为中心的和以传感器为中心的。相应地，业务分类计数器包括四个单独的计数器（即，语音业务计数器121、视频业务计数器122、数据业务计数器123和传感器业务计数器124），每个计数器用于每种通用业务类型。下面的表3示出了业务组合（第1栏）、QoS配置（第2栏）和业务分类计数器（第3栏）之间的对应性。

表3：不同业务类型的配置模板

关于表1-3，当分组到达给定网络节点的任一接入接口时，输入分组的DSCP被读取。如果输入分组的DSCP映射到语音业务类型（即，语音-高优先级、语音-中优先级或语音-低优先级），则更新语音计数器。如果输入分组的DSCP映射到视频业务类型（即，视频-高优先级、视频-中优先级或视频-低优先级），则更新视频计数器。如果输入分组的DSCP映射到传感器业务类型（即，传感器-高优先级、传感器-中优先级或传感器-低优先级），则更新传感器计数器。如果输入分组的DSCP映射到数据业务类型（即，数据-高优先级、数据-中优先级或数据-低优先级），则更新数据计数器。在该示例中，如果DSCP映射到网络管理业务类型（即，路由和网络控制；遇险信号，撤退命令和关键通信或会话启动协议信令），则没有计数器被更新。这是因为以下意图：合适的QoS配置的选择不以网络携带的有效载荷分组为基础，其中不包括标识网络开销的分组。

间或地，并且可能周期性地，QoS控制引擎110比较语音、视频、传感器和数据业务计数器（即，语音业务计数器121、视频业务计数器122、数据业务计数器123和传感器业务计数器124）以确定业务是否已趋向为以语音为中心的、以视频为中心的、以传感器为中心的或以数据为中心的。如果业务模型已改变，则QoS控制引擎110根据更合适的QoS配置改变参数的值。然后计数器被复位并且以每一间隔重复同样的过程。

图2是基于实时业务动态地调整QoS配置的方法的一个实施例的流程图。该方法通常被划分成两部分：业务监控部分和动态QoS调整部分。图2以虚线指示了这两部分。

该方法在起始步骤210中开始。在步骤220，接收分组。在步骤230，读取分组以确定分组属于哪种业务分类。在一个实施例中，读取DSCP以确定分组属于哪种业务分类。在步骤240，更新对应于分组所属的业务分类的业务计数器。在接收到进一步的分组时重复步骤220、230、240.

在步骤250，通过采用计数器以及用于比较计数器彼此间的值的许多可行技术之一来确定负荷情况。在步骤260，获取QoS配置信息。QoS配置信息可以是预定的QoS配置信息或者可用于生成适合在步骤250中确定的负荷情况的QoS配置的值。在步骤270，设置网络的QoS配置。在各种实施例中，继续监控业务并且根据该监控继续动态调整QoS。

已描述了系统和方法的各种实施例，现在将描述示例实施例。为给定网络100建立语音、视频、传感器和数据业务计数器。然后QoS控制引擎110检查进入网络100的给定节点的每个分组的DSCP并相应地递增对应的计数器之一。

QoS控制引擎110每秒读取计数器。在读取计数器之后，QoS控制引擎110将计数器复位为零。从计数器读取的值指示每种业务类型的平均速率，表示为每秒的分组。然后速率计算器111使用下列公式为每种业务类型计算分组的指数移动平均数速率（exponential moving average rate）：

EMA_Avg_Pkt_Rate_(t)=Current_Avg_Pkt_Rate*α+EMA_Avg_Pkt_Rate_(t-T)，其中α＝2/(1+N)，并且N=包括在移动平均数窗口中的期间数。

QoS控制引擎110的配置选择模块每T个时间单位读取每个业务类型的EMA_Avg_Pkt_Rate。选择具有最高EMA_Avg_Pkt_Rate的业务类型作为候选。QoS控制引擎100保持不断记录对候选的选择。

在完成N EMA_Avg_Pkt_Rate读取后，示例实施例采用下列技术来确定应选择哪种QoS配置。

步骤1-在N次迭代中，被选择为候选次数最多的业务类型为最后的候选。

步骤2-在有相同得分的情况下，被连续地选择为候选次数最多的业务类型为最后的候选。

步骤3-选择对应于最后的候选的QoS配置进行加载。

每M*N*T个时间单位重复步骤1-3。每次重复步骤1-3时确定负荷情况。

下面的表4记录了七次迭代的候选选择的示例结果。

表4：用于加载QoS配置的候选选择

如表4所指示的，上述技术的步骤1选择语音和视频业务类型作为最后的候选，因为语音和视频均被选择为候选次数最多。然后该技术的步骤2选择语音作为最后的候选，因为语音被连续地选择为候选次数最多。然后该技术的步骤3推断出当前负荷情况为以语音为中心的，并使得以语音为中心的QoS配置（即，以语音为中心的QoS配置131）被加载。

本申请所属技术领域的技术人员将理解可对所述实施例作出其它以及进一步的添加、删除、替代以及修改。

Claims (10)

1.一种动态地调整QoS配置的系统，包括：

QoS控制引擎，其配置成识别通过网络传送的分组的业务类型并保持指示所述网络的业务组合的统计数据；以及

QoS配置数据库，其耦合到所述QoS控制引擎，以及配置成包含与所述业务类型对应的QoS配置信息并响应于来自所述QoS控制引擎的请求而提供至少一些所述QoS配置信息以执行关于所述网络的QoS。

2.如权利要求1所述的系统，进一步包括：业务分类计数器，其与所述QoS控制引擎关联，以及配置成允许所述QoS控制引擎保持所述统计数据。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述业务类型从包括下列内容的组中选择：

语音，

视频，

数据，以及

传感器。

4.一种动态地调整QoS配置的方法，包括：

识别通过网络传送的分组的业务类型；

保持指示所述网络的业务组合的统计数据；以及

基于所述统计数据自动地提供至少一些所述QoS配置信息以执行关于所述网络的QoS。

5.如权利要求4所示的方法，其中所述保持包括：更新业务分类计数器，并且所述自动地提供包括：从包括下列动作的组中选择的动作：

自动地提供所存储的多个QoS配置之一，以及

自动地提供可用于动态地生成QoS配置的值。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述业务类型从包括下列内容的组中选择：

语音，

视频，

数据，以及

传感器。

7.如权利要求4所示的方法，其中所述QoS配置信息包括从包括下列内容的组中选择的QoS配置：

以语音为中心的QoS配置，

以视频为中心的QoS配置，

以数据为中心的QoS配置，以及

以传感器为中心的QoS配置。

8.如权利要求4所示的方法，其中所述识别包括：基于所述分组中的DiffServ控制点值来识别所述业务类型。

9.如权利要求4所示的方法，进一步包括：

计算每个所述业务类型的移动平均数速率；以及

基于此评估候选业务组合。

10.如权利要求4所示的方法，其中所述识别包括：识别通过所述网络的节点传送的所有分组的所述业务类型，并且所述方法进一步包括：周期性地计算每个所述业务类型的移动平均数速率。