CN103415046A - 一种跨服务质量域的业务类柔性映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种跨服务质量域的业务类柔性映射方法，在典型的水平QoS映射方法中，采用映射表，通过映射代理机制实现两个不同网络的硬映射。当一个网络中的业务流进入映射代理时，映射代理根据映射表中的对应关系，实现新类和旧类的映射，采用这种映射,新产生的类主要由原有类的属性决定，而没有反映业务流的QoS要求。若业务流经过多个网络传输到达目标网络，则中间网络映射产生的误差映射最后一个映射代理的映射，从而降低网络业务质量，即端到端QoS要求没有达到保证。

Description

一种跨服务质量域的业务类柔性映射方法

技术领域

本发明属于无线通信网络领域，涉及异构无线网络端到端QoS保障方法。

背景技术

在异构无线网络中，多种应用业务特别是多媒体业务对QoS(Quality of Service)的要求日益增加。为了满足异构无线网络端到端QoS要求，保证网络业务的质量，水平QoS映射被越来越多地应用到通信网络中，通过利用映射代理以及基于映射表的QoS映射，保证异构无线网络端到端QoS要求，提高网络业务的质量。

在异构网络中，由于各网络中业务类定义不一致，发送的业务流在网络间很难实现准确映射，不合适的映射方法容易导致业务质量的下降。目前基于业务类的QoS保障策略由于未考虑网络的异构性和业务的多样性，不仅增加了网络业务类的差异性，同时不能保证异构无线网络端到端QoS。基于映射表的QoS映射方法由于未能解决粗颗粒类和细颗粒类映射歧义原因，导致无法保证QoS质量。因此，如何消除映射歧义，保障异构无线网络端到端QoS要求，是当前无线通信网络研究的热点之

目前，针对上述问题许多映射方法或改进方法被提出，实现对不同网络业务类之间的映射。这些方法主要通过利用QoS参数映射表实现不同网络业务类之间的硬映射，然而这些方法主要依赖于特定的映射表，只适应于特定的网络环境。本发明通过对业务和业务类进行多维映射，通过统一数据结构所描述的业务映射空间，屏蔽中间网络业务类细节，保证端到端QoS要求，提高网络业务性能。

在现有的方法中，采用QoS参数映射表，通过映射代理机制实现两个不同网络的硬映射。当一个网络中的业务流进入映射代理时，映射代理根据映射表中的对应关系，实现新类和旧类的映射，采用这种映射,新产生的类主要由原有类的属性决定，而没有反映业务流的QoS要求。若业务流经过多个网络传输到达目标网络，则中间网络映射产生的误差影响到后一个映射代理的映射，从而可能引起网络业务质量下降，即端到端QoS要求不能得到保证。

传统的基于映射表的QoS映射，在一定程度上提高了网络的业务质量，但是由于是硬映射，不能适应各种复杂的网络环境，因此现有的映射方法会造成不必要的网络性能下降，降低网络业务质量。

现有技术中，Misun Ryu等提出了一种自适应的QoS映射方法，该方法基于QoS参数，利用QoS需求，将每个应用映射到一个坐标点，及每个应用都有一个位置信息，区域代表上限和下限。为了达到异构网中有效地点到点传输，在入口处采用一个简单的公式进行参数映射，以确定合适的业务类，然后在每个网络的入口边缘路由器处进行类映射，隐藏了各种网络业务类的差异性。

由于提出的方法中类映射是基于映射表进行，作者没有就类映射表进行探讨，存在映射的不确定性。

发明内容

技术问题：本发明针对异构无线网络中传输的不同网络业务类之间映射存在歧义，从而导致业务类映射不确定以及如何提高网络业务质量问题，提出一种跨QoS域的业务类柔性映射方法TCFMS-FC (Traffic Class Flexible Mapping Strategy basedon Flow Cluster)，通过对业务、业务类在高维空间映射，利用最小距离判决算法估计当前最优的业务类，实现端到端QoS保证。

技术方案：在典型的水平QoS映射方法中，采用映射表，通过映射代理机制实现两个不同网络的硬映射。当一个网络中的业务流进入映射代理时，映射代理根据映射表中的对应关系，实现新类和旧类的映射，采用这种映射,新产生的类主要由原有类的属性决定，而没有反映业务流的QoS要求。若业务流经过多个网络传输到达目标网络，则中间网络映射产生的误差映射最后一个映射代理的映射，从而降低网络业务质量，即端到端QoS要求没有达到保证。

该方法包括：

进程1：基于业务多维描述空间的业务类及业务在高维服务质量QoS属性空间映射，根据网络业务QoS属性要求将业务及业务类映射到QoS属性多维空间，每个业务或业务类在业务多维描述空间具有特定的位置描述信息，即在QoS属性多维空间对应特定的形态；

进程2：基于服务质量QoS属性的统一数据结构描述，根据具体业务的QoS需求在多维空间对应的形态，与不同网络业务类的QoS要求在多维空间对应的形态，存在的对应关系，判断业务所归属的业务类；

根据具体业务/业务类的QoS要求在多维空间对应的形态，用基于QoS属性的统一数据结构描述业务/业务类；

进程3：在不同的网络类型下，通过“流簇”头部所包含的业务在业务多维描述空间的位置描述信息，进行柔性业务类映射，业务在业务多维描述空间具有的位置描述信息被封装在“流簇”的包头，并在网络传输过程中始终保留，直至目的网络映射完成。

所述进程1具体描述如下：网络α中有M_α个QoS类，共使用了N个QoS参数来描述QoS类，网络中m类的QoS描述为P^α _m=[P^α _m0，P^α _m1，...,P^α _mM-1]，这里M的取值小于或等于N，而m则在0与M_α-1之间取值；P^α _mk表示α网络中m类的第k个QoS参数值，这里k在0与M之间取值，且取值时包含0值；向量X_i=[x₀,x₁,...,x_N-1]描述第i种应用业务S_i的QoS需求，x_n表示第n个QoS参数值，这里n在0与N之间取值，且取值时包含0值；X_i被映射到由N个QoS参数构成的N维空间中，当维数足够大时，每种业务都对应该空间的一个位置，X_i为该业务的位置信息。

所述进程2具体描述如下：通过最小距离，将业务需求为X_i=[x₀,x₁,...,x_N-1]的第i种应用映射到相应的QoS描述为P^α _m=[P^α _m0,P^α _m1，...,P^α _mM-1]的第m业务类中

$c_m=W\·\left(\right||X_i-{P^{\mathrm{\α}}}_m|\left|\right)=\underset{j=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j|x_j-{P^{\mathrm{\α}}}_{\mathrm{mj}}|,\∀m=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{\α}}-1---\left(1\right)$

$y=\left\{k\right|c_k=\underset{m}{\min }\left\{c_m\right\}\left\}\mathrm{or}\right\{k+1|c_k=\underset{m}{\min }\{c_m\left\}\right\},\∀m=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{\α}}-1---\left(2\right)$

这里W=[w₀,w₁,...,w_M-1]是反映应用特征的权值，应用中越重要的属性，其权值也相应越高，M为选取的QoS参数数目；x_n表示第n个QoS参数值，这里n在0与N之间取值，且取值时包含0值，不包含N；P^α _mj表示α网络中第m业务类的第j个QoS参数值，m是该业务类的序列号；c_m为第i种应用与第m业务类的映射结果，k为第i种应用与所有业务类映射后的最小结果；y为根据网络资源调整后的结果，轻负载时选取k，重负载时选取k+1；M_α为网络α中QoS类的数目，m在其范围内取值；

权值W=[w₀,w₁,...,w_M-1]，反映应用特征，应用中越重要的属性，其权值也相应越高；根据网络资源状况，具体取值如下：1）当前资源允许，则映射该业务并传输至下一网络；2）当前资源不允许，则在利用完当前业务类资源后，调整至下一个有空闲资源的业务类中传输。

所述进程2，用于描述业务位置信息的数据结构中包含以下信息：1）带宽矢量，包含最大带宽值、最小带宽和要求得到保证的带宽；2）传输延时矢量，包含最大允许时延、最小允许时延和要求的平均时延；3）丢失率矢量，包含最大丢失率、最小丢失率和要求的平均丢失率；4）抖动矢量，包含允许的最大抖动、最小抖动和要求的平均抖动；5）比特错误率矢量，包含允许的最大比特出错率、为最小比特出错率和要求的平均比特出错率；6）服务数据单元差错率矢量，包含允许的最大服务数据单元差错率、最小服务数据单元差错率和要求的平均服务数据单元差错率）；7）残留误码率矢量，包含允许的最大残留误码率、最小残留误码率和要求的平均残留误码率；8）呼叫建立时间矢量，包含最好的呼叫建立时间、较好的呼叫建立时间、一般的呼叫建立时间和较差的呼叫建立时间；9）QoS类标识，取值范围为[0，255]；10）网络类优先级，取值范围为[0，64]；11）保证比特率类型；12）丢弃优先等级，取值范围为[1，3]；12）业务流时变判断标识；13）包的大小判断标识；14）包长度周期性判断标识；15）传送顺序要求标识；16）最大业务数据单元大小；17）是否维持流实体间的时间关系；18）是否对环境敏感。

所述进程3具体描述如下：业务在业务多维描述空间具有位置描述信息，每个位置描述信息有全局唯一的“流簇”标识，“流簇”标识被封装在“流簇”的包头，并在网络传输过程中始终保留，直至目的网络映射完成。即存在如下关系：“流簇”标识与业务的位置描述信息存在对应关系，“流簇”标识+包头其它信息+包负载，形成完整的包；当映射执行器发现“流簇”标识时，即知道该包对应业务的QoS需求。

有益效果：本发明首先通过对业务、业务类在高维空间映射，其次通过构建统一的数据结构描述，利用经典的判决算法实现类的区分，即业务类的判断，最后通过获得的业务的位置信息实现业务质量和业务类的无缝映射，提高端到端业务质量。

附图说明

图1是本发明示意图；

图2是电子医疗服务在二维空间中的业务映射平面。

具体实施方式

1.业务、业务类高维空间映射形成业务的位置信息

设N代表QoS参数数目，M_α为α网络中类的数目，S_i代表VG中第i种应用业务，S_i的QoS需求用向量X_i=[x₀,x₁,...,x_N-1]描述，x_n表示第n个QoS参数值，这里n的取值范围为[0,N)X_i被映射到由N个QoS参数构成的N维空间中，当维数足够大时，每种业务都对应该空间的一个位置，X_i为该业务的位置信息。α网络中m类的QoS描述为P^α _m=[P^α _m0，P^α _m1,...,P^α _mM-1]，这里M的取值小于或等于N，而m则在0与M_α-1之间取值。P^α _mk表示α网络中m类的第k个QoS参数值，这里k的取值范围为[0,M)。映射时，位于α网络边缘的映射代理，对应于P^α _m中的QoS参数，从X_i中选取M个QoS参数，构成X_i′=[x′₀,x′₁，...,x′_M-1]，P^α _ykQoS参数与x′_kQoS参数一一对应，

图2是电子医疗服务在二维空间中的业务映射空间形态，图2给出了不同应用在一个延时和丢失率的二维空间中的分布情况，由该图可知，根据QoS需求，每个业务都唯一映射到一个特定的形态，该区域可以由坐标轴唯一描述。借助于业务映射空间，可以帮助业务在穿越不同网络时实现QoS参数或类的准确且灵活的映射。

2.数据结构

用于描述业务位置信息的数据结构中包含以下信息：1）带宽矢量，包含最大带宽值、最小带宽和要求得到保证的带宽；2）传输延时矢量，包含最大允许时延、最小允许时延和要求的平均时延；3）丢失率矢量，包含最大丢失率、最小丢失率和要求的平均丢失率；4）抖动矢量，包含允许的最大抖动、最小抖动和要求的平均抖动；5）比特错误率矢量，包含允许的最大比特出错率、为最小比特出错率和要求的平均比特出错率；6）服务数据单元差错率矢量，包含允许的最大服务数据单元差错率、最小服务数据单元差错率和要求的平均服务数据单元差错率）；7）残留误码率矢量，包含允许的最大残留误码率、最小残留误码率和要求的平均残留误码率；8）呼叫建立时间矢量，包含最好的呼叫建立时间、较好的呼叫建立时间、一般的呼叫建立时间和较差的呼叫建立时间；9）QoS类标识，取值范围为[0，255]；10）网络类优先级，取值范围为[0，64]；11）保证比特率类型；12）丢弃优先等级，取值范围为[1，3]；12）业务流时变判断标识；13）包的大小判断标识；14）包长度周期性判断标识；15）传送顺序要求标识；16）最大业务数据单元大小；17）是否维持流实体间的时间关系；18）是否对环境敏感。

3.映射方法

通过最小距离，将业务需求映射到相应的业务类中

$c_m=W\·\left(\right||X_i^{\′}-{P^{\mathrm{\α}}}_m|\left|\right)=\underset{j=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j|{x^{\′}}_j-{P^{\mathrm{\α}}}_{\mathrm{mj}}|,\∀m=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{\α}}-1---\left(1\right)$

$y=\left\{k\right|c_k=\underset{m}{\min }\left\{c_m\right\}\left\}\mathrm{or}\right\{k+1|c_k=\underset{m}{\min }\{c_m\left\}\right\},\∀m=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{\α}}-1---\left(2\right)$

权值W=[w₀,w₁,...,w_M-1]，反映应用特征，应用中越重要的属性，其权值也相应越高。根据网络资源状况，具体取值如下：1）当前资源允许，则映射该业务并传输至下一网络；2）当前资源不允许，则在利用完当前业务类资源后，调整至下一个有空闲资源的业务类中传输。

本发明的数值分析结果

我们对本发明提出的方法利用典型的电子医疗服务进行验证，将TCFMS-FC的类映射方法与原始的基于映射表的类映射方法进行比较。在采用基于映射表的类映射方法时，当视频会议业务流由UMTS网络到达DiffServ网络时，存在一对多的映射问题，如果依据满足最低要求原则，映射到AF3x，则当AF3x进入WiMAX2网络时，映射为rtPS，此时存在降低QoS要求的可能，即UMTS网络中的QoS要求在目的网络WiMAX2中丢失。采用TCFMS-FC的类映射方法时，当视频会议业务流由UMTS网络到达DiffServ网络边界时，位于两个网络边界的映射代理将该业务流在业务映射平面上特征值、位置、空间分布等状态信息封装到FAg的包头，映射代理根据业务映射平面与DiffServ类定义范围的对应关系，依据满足最低要求原则确定映射类为EF，当EF进入WiMAX2网络边界时，位于该边界的映射代理依据封装在FAg包头的业务流在业务映射平面上的状态信息进行映射。

具体过程如下：

可将电子医疗服务映射到六维的业务映射空间，即业务映射平面。根据定义得到，电子医疗服务在业务映射平面上位置信息包含以下六项：平均宽值、平均允许时延、平均丢失率、QoS类标识、保证比特率类型。

设图1所示的异构网络A是UMTS网络、B是DiffServ网络、C是UMTS网络，网络A中的用户与网络C中的用户进行视频会议。

当视频会议业务流由A网络到达B网络边界时，位于两个网络边界的映射代理将该业务流的状态信息封装到FAg的包头，这里该业务流的状态信息选取自六维业务映射平面，由统一的数据结构定义。映射代理根据业务映射平面与DiffServ类定义范围的对应关系，依据满足最低要求原则确定映射类，具体计算流程如下：

X^DiffServ _{Audio conferencing}=[150,10^-2,1,2,1，0]    （3）

P ^DiffS erv _EF=[50，10^-5，1，1，1，0]               （4）

W_DiffServ=[0.5，0.25，0.125，0.065，0.04，0.02]，这里权值采用逆序指数递增的方式然后归一化的方式，只要能体现参数的重要程度并能区分之，权值可以自行设定。

c_EF=W_DiffServ·||X^DiffServ _{Audio conferencing}-P^DiffServ _EF||=41.32    （5）同理可得c_AFxx、c_BE、c_CSx，经比较可知c_EF最小，可知在B网络视频会议业务对应EF类。对应两项值相减时，如果时延、丢失率或抖动出现负值，则退出本次操作，转向下一个业务类，如果所有业务类计算结果都出现负值，则通知发送方降低QoS指标

当视频会议业务流由B网络到达C网络边界时，位于两个网络边界的映射代理从FAg的包头中提取该业务流在六维业务映射平面上的状态信息，映射代理根据业务映射平面与UMTS类定义范围的对应关系，依据满足最低要求原则确定映射类，经计算可知，在C网络视频会议业务对应会话类。

表1.UMTS、DiffServ中业务类映射表

若基于映射表进行映射，在A网络中视频会议属于会话类，在A、B网络边界，映射代理可以依据表1所示的映射表，进行UMTS业务类向DiffServ中业务类映射，由表1可以看出，存在映射歧义，依据满足最低要求原则，在B网络边界把会话类映射到AF3x，即视频会议在B网络按照AF3x的QoS要求进行传输。在B、C网络边界，映射代理可以依据表1所示的映射表，完成DiffServ中业务类向UMTS业务类映射，依据满足最低要求原则，此时AF3x映射到流类，即视频会议在C网络得到流类的QoS保证，而不是会话类。

由上述分析可见，现有的基于映射表的方法，不能始终保持QoS要求不变，经过几个网络后，由于连续的映射，导致QoS要求降低。而TCFMS-FC的类映射方法使中间网络的映射透明，目的网络收到业务的质量由源网络QoS要求决定，即始终保持QoS要求不变。通过上述分析表明，在异构网络环境下，本发明提出的方法能明显改善端到端QoS性能。

Claims (5)

1.一种跨服务质量域的业务类柔性映射方法，其特征在于该方法包括：

进程1：基于业务多维描述空间的业务类及业务在高维服务质量QoS属性空间映射，根据网络业务QoS属性要求将业务及业务类映射到QoS属性多维空间，每个业务或业务类在业务多维描述空间具有特定的位置描述信息，即在QoS属性多维空间对应特定的形态；

进程2：基于服务质量QoS属性的统一数据结构描述，根据具体业务的QoS需求在多维空间对应的形态，与不同网络业务类的QoS要求在多维空间对应的形态，存在的对应关系，判断业务所归属的业务类；

根据具体业务/业务类的QoS要求在多维空间对应的形态，用基于QoS属性的统一数据结构描述业务/业务类；

进程3：在不同的网络类型下，通过“流簇”头部所包含的业务在业务多维描述空间的位置描述信息，进行柔性业务类映射，业务在业务多维描述空间具有的位置描述信息被封装在“流簇”的包头，并在网络传输过程中始终保留，直至目的网络映射完成。

2.如权利要求1所述的跨服务质量域的业务类柔性映射方法，其特征在于所述进程1具体描述如下：网络α中有M_α个QoS类，共使用了N个QoS参数来描述QoS类，网络中m类的QoS描述为P^α _m=[P^α _m0，P^α _m1，...,P^α _mM-1]，这里M的取值小于或等于N，而m则在0与M_α-1之间取值；P^α _mk表示α网络中m类的第k个QoS参数值，这里k在0与M之间取值，且取值时包含0值；向量X_i=[x₀,x₁,...,x_N-1]描述第i种应用业务S_i的QoS需求，x_n表示第n个QoS参数值，这里n在0与N之间取值，且取值时包含0值；X_i被映射到由N个QoS参数构成的N维空间中，当维数足够大时，每种业务都对应该空间的一个位置，X_i为该业务的位置信息。

3.如权利要求1所述的跨服务质量域的业务类柔性映射方法，其特征在于所述进程2具体描述如下：通过最小距离，将业务需求为X_i=[x₀,x₁,...,x_N-1]的第i种应用映射到相应的QoS描述为P^α _m=[P^α _m0，P^α _m1，...,P^α _mM-1]的第m业务类中

$c_m=W\·\left(\right||X_i-{P^{\mathrm{\α}}}_m|\left|\right)=\underset{j=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j|x_j-{P^{\mathrm{\α}}}_{\mathrm{mj}}|,\∀m=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{\α}}-1---\left(1\right)$

$y=\left\{k\right|c_k=\underset{m}{\min }\left\{c_m\right\}\left\}\mathrm{or}\right\{k+1|c_k=\underset{m}{\min }\{c_m\left\}\right\},\∀m=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{\α}}-1---\left(2\right)$

这里W=[w₀,w₁,...,w_M-1]是反映应用特征的权值，应用中越重要的属性，其权值也相应越高，M为选取的QoS参数数目；x_n表示第n个QoS参数值，这里n在0与N之间取值，且取值时包含0值，不包含N；P^α _mj表示α网络中第m业务类的第j个QoS参数值，m是该业务类的序列号；c_m为第i种应用与第m业务类的映射结果，k为第i种应用与所有业务类映射后的最小结果；y为根据网络资源调整后的结果，轻负载时选取k，重负载时选取k+1；M_α为网络α中QoS类的数目，m在其范围内取值；

权值W=[w₀,w₁,...,w_M-1]，反映应用特征，应用中越重要的属性，其权值也相应越高；根据网络资源状况，具体取值如下：1）当前资源允许，则映射该业务并传输至下一网络；2）当前资源不允许，则在利用完当前业务类资源后，调整至下一个有空闲资源的业务类中传输。

4.如权利要求3所述的跨服务质量域的业务类柔性映射方法，其特征在于所述进程2，用于描述业务位置信息的数据结构中包含以下信息：1）带宽矢量，包含最大带宽值、最小带宽和要求得到保证的带宽；2）传输延时矢量，包含最大允许时延、最小允许时延和要求的平均时延；3）丢失率矢量，包含最大丢失率、最小丢失率和要求的平均丢失率；4）抖动矢量，包含允许的最大抖动、最小抖动和要求的平均抖动；5）比特错误率矢量，包含允许的最大比特出错率、为最小比特出错率和要求的平均比特出错率；6）服务数据单元差错率矢量，包含允许的最大服务数据单元差错率、最小服务数据单元差错率和要求的平均服务数据单元差错率）；7）残留误码率矢量，包含允许的最大残留误码率、最小残留误码率和要求的平均残留误码率；8）呼叫建立时间矢量，包含最好的呼叫建立时间、较好的呼叫建立时间、一般的呼叫建立时间和较差的呼叫建立时间；9）QoS类标识，取值范围为[0，255]；10）网络类优先级，取值范围为[0，64]；11）保证比特率类型；12）丢弃优先等级，取值范围为[1，3]；12）业务流时变判断标识；13）包的大小判断标识；14）包长度周期性判断标识；15）传送顺序要求标识；16）最大业务数据单元大小；17）是否维持流实体间的时间关系；18）是否对环境敏感。

5.如权利要求1所述的跨服务质量域的业务类柔性映射方法，其特征在于所述进程3具体描述如下：业务在业务多维描述空间具有位置描述信息，每个位置描述信息有全局唯一的“流簇”标识，“流簇”标识被封装在“流簇”的包头，并在网络传输过程中始终保留，直至目的网络映射完成。即存在如下关系：“流簇”标识与业务的位置描述信息存在对应关系，“流簇”标识+包头其它信息+包负载，形成完整的包；当映射执行器发现“流簇”标识时，即知道该包对应业务的QoS需求。

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