CN103685059B - 一种异构级联网络双环QoS控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种异构级联网络双环QoS控制系统及方法。该系统包括局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关；局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关均包括控制平面实体单元和传输平面实体单元；控制平面实体单元位于控制平面，与传输平面实体单元相连，用于接收传输平面实体单元上报的网络资源使用状况，确定当前异构网络状态下的资源使用策略，并下发给传输平面实体单元；传输平面实体单元位于传输平面，与控制平面实体单元相连，用于按照控制平面实体单元下发的资源使用策略分配网络资源，发送数据。本发明实现业务QoS与级联网络动态资源的高度互耦，最大限度的保证级联网络端到端QoS。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种异构级联网络双环QoS控制系统及方法。
背景技术
下一代网络的总体目标是实现人与人、人与物、物与物之间随时随地的信息互通，即所谓的“泛在通信”。多种网络共存与融合是实现泛在通信为目标的下一代网络发展的必然趋势。伴随着移动通信网络的宽带化和宽带无线网络的移动化进程，基于全IP的异构网络共存和融合已成为下一代无线网络的重要特征。
服务质量保证技术是下一代网络的核心技术之一。满足所承载业务的服务质量(QoS)，使任何用户随时随地都能获得具有QoS保障的服务，是网络的设计目标之一。全IP融合网络环境下，多种网络技术并存，各种网络有不同的传输速率、信道特性、系统容量、资源状况、QoS分类、资源预留方式等，不同网络对业务的承载能力和方式不同，如何在业务接入，业务端到端建立和维护以及移动环境达到业务高QoS要求，满足下一代异构网络多样性和服务高质量要求，成为无线异构网络无缝集成的关键。
当前Internet网络提供的尽力而为型服务质量，为数据传送类的应用提供着无差错的传输及合理响应时间。但是随着宽带网络和移动通信网络的发展，原来尽力而为型的服务质量(QoS)将不能满足要求，而需要有更高级别的服务质量级别和服务质量框架结构来保证下一代异构融合网络中的业务服务质量。
最初的GSM网络基于电路交换方式，一旦电路连接建立，就能提供QoS保障，与分组交换相比较为简单。
GPRS定义了5个QoS参数，分别是优先权(3个等级)、时延(4个等级)、可靠性(5个等级)、峰值吞吐量(9个等级)和平均吞吐量，每个参数设有多个级别的值可供选择，各参数不同级别值的组合构成不同的QoS profile，从而支持不同QoS需求的多种业务。
3GPP在R99／R4版本中为UMTS定义了四种承载业务类别，分别是会话类、流媒体、交互式和背景类业务，不同业务类别在传输时延、抖动、误码率、重传等方面具有不同的要求，UMTS所定义的QoS参数比GSM和GPRS多。在R99／R4版本中UMTS所定义的端到端QoS承载业务分层结构包括TE／MT本地承载业务、UMTS承载业务和外部承载业务之间的交互；在R5及以后版本中将Iu承载业务替换成RAN接入承载业务，但是实质上区别不大。同时3GPP还定义了业务控制平面和用户平面的QoS功能。TD-SCDMA可以看作是UMTS的TDD部分，其QoS的定义和策略基本上与UMTS一致。另外在R5版本中，3GPP扩展了基于策略的QoS管理框架，策略决策功能(PDF，Policy Decision Function)和GGSN实体之间的Go接口采用公共开放策略服务(COPS，Common Open Policy Service)协议，传送相关信息和策略。R6版本对R5的基于策略的QoS进行了增强，将PDF作为独立的逻辑实体，从P-CSCF中独立出来。R7及后续版本提出了PCC架构，将用于策略的QoS管理系统结构和用于流计费控制的系统结构结合起来。
基于上述对多种网络QoS机制的综合分析可知，不同的网络技术在QoS参数定义、业务分类、端到端QoS体系结构、业务调度机制、资源预留方式和粒度等方面各有差别，QoS实现机制互不相同。任何特定两个网络之间的QoS解决方案只适用于特定的场景，不具有通用性。而且，现有技术仅在接入过程中保障业务资源并不能保障业务在其整个运行过程中也能满足业务需求，一旦业务建立连接，构建了端到端QoS映射关系后，不具备根据网络的实时变化特性动态调整适配策略的能力，特别是对于局域网侧到广域网的QoS映射方案较为生硬，策略不够灵活。因此，现有技术在异构网络环境下，无法最大程度的保障级联网络业务的QoS，不能最大限度的利用网络资源，也无法使用户得到较高的业务满意度。
下一代异构无线网络环境大多为局域网与广域网的级联网络，如WiFi与UMTS级联网络、LTE的家庭蜂窝与区域蜂窝级联网络、WLAN与卫星网络级联网络等。因此，如何在异构级联网络环境下实现局域网到广域网的QoS控制，成为下一代异构融合网络需解决的关键问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是，实现业务QoS与级联网络动态资源的高度互耦，最大限度的保证级联网络端到端QoS。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种异构级联网络双环QoS控制系统，包括局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关；
局域网QoS控制环用于保证局域网传输业务的QoS；
广域网QoS控制环用于保证广域网侧多网多链路并行传输的QoS；
级联网关位于局域网QoS控制环与广域网QoS控制环之间，用于存储局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略；
局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关均包括控制平面实体单元和传输平面实体单元；其中，控制平面实体单元位于控制平面，与传输平面实体单元相连，用于接收传输平面实体单元上报的网络资源使用状况，确定当前异构网络状态下的资源使用策略，并下发给传输平面实体单元；传输平面实体单元位于传输平面，与控制平面实体单元相连，用于按照控制平面实体单元下发的资源使用策略分配网络资源，发送数据。
进一步，局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关的控制平面实体单元均包括策略决策功能PDF模块、资源管理功能模块和策略数据库PB模块；局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关的传输平面实体单元均包括策略执行功能PEF模块、网络资源监测模块和数据发送模块。
进一步，级联网关中的策略数据库PB模块用于存储局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略；级联网关中的资源管理功能模块用于管理局域网和广域网资源使用状况；级联网关中的传输平面实体单元连接局域网和广域网，用于中继从局域网到广域网的业务数据。
本发明还提出一种异构级联网络双环QoS控制方法，具体为：
局域网控制平面实体单元接到业务请求后，根据当前局域网网络资源使用状况，确定当前业务在局域网下的资源使用策略，下发给传输平面实体单元予以执行；
局域网传输平面实体单元将带有QoS需求信息的数据通过局域网链路发送至级联网关传输平面实体单元，同时更新局域网控制平面资源管理功能模块的网络资源状态信息；
级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、局域网侧网络资源状况和广域网侧异构网络资源状况，选择局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定广域网侧异构网络资源使用策略，并下发给其传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行；
级联网关传输平面数据发送模块根据策略执行功能PEF模块的指令利用广域链路将数据信息发送至广域网信息服务器，完成数据的传输及QoS控制；
广域网控制平面实体单元接到业务请求后，根据当前广域网侧异构网络资源使用状况，确定当前业务在异构网络下的资源使用策略，并下发给传输平面实体单元予以执行；
广域网传输平面实体单元将带有QoS需求信息的数据通过广域网链路发送至级联网关传输平面实体单元，同时更新广域网控制平面资源管理功能模块的异构网络资源状态信息；
级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、广域网侧异构网络资源状况和局域网侧网络资源状况，选择广域网QoS控制环到局域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定局域网侧网络资源使用策略，并下发给其传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行；
级联网关传输平面数据发送模块根据策略执行功能PEF模块的指令利用广域链路将数据信息发送至局域网信息服务器，完成数据的传输及QoS控制。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明构建了双环QoS控制架构，利用级联网关动态调整局域网和广域网侧之间QoS资源映射策略，实现业务QoS与级联网络动态资源的高度互耦，最大限度的保证级联网络端到端QoS。
附图说明
图1是一种应用本发明异构级联网络双环QoS控制系统及方法的网络拓扑结构示意图。
图2是本发明异构级联网络双环QoS控制系统简要结构示意图。
图3是本发明异构级联网络双环QoS控制系统详细结构示意图。
具体实施方式
如图2和图3所示，本发明异构级联网络双环QoS控制系统，包括局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关；局域网QoS控制环用于保证局域网传输业务的QoS；广域网QoS控制环用于保证广域网侧多网多链路并行传输的QoS；级联网关位于局域网QoS控制环与广域网QoS控制环之间，用于存储局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略；
局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关均包括控制平面实体单元和传输平面实体单元；其中，控制平面实体单元位于控制平面，与传输平面实体单元相连，用于接收传输平面实体单元上报的网络资源使用状况，确定当前异构网络状态下的资源使用策略，并下发给传输平面实体单元；传输平面实体单元位于传输平面，与控制平面实体单元相连，用于按照控制平面实体单元下发的资源使用策略分配网络资源，发送数据。
局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关的控制平面实体单元均包括策略决策功能PDF模块、资源管理功能模块和策略数据库PB模块；局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关的传输平面实体单元均包括策略执行功能PEF模块、网络资源监测模块和数据发送模块。
在级联网关中，级联网关的策略数据库PB模块用于存储局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略；级联网关的资源管理功能模块用于管理局域网和广域网资源使用状况；级联网关的传输平面实体单元连接局域网和广域网，用于中继从局域网到广域网的业务数据。
本发明局域网QoS控制环实施QoS控制的过程为：策略决策功能PDF模块根据资源管理功能模块给出的当前局域网网络资源使用状况，从策略数据库PB模块中选择合适的资源使用策略下发给策略执行功能PEF模块，策略执行功能PEF模块按照下发的资源使用策略使用网络资源，同时网络资源监测模块发现网络资源变化后将网络资源信息上报至资源管理功能模块，资源管理功能模块更新当前局域网网络资源使用状况。
本发明广域网QoS控制环实施QoS控制的过程为：策略决策功能PDF模块根据资源管理功能模块给出的当前各异构网络资源使用状况，从策略数据库PB模块中选择合适的资源使用策略下发给策略执行功能PEF模块，策略执行功能PEF模块按照下发的资源使用策略使用网络资源，同时网络资源监测模块发现网络资源变化后将网络资源信息上报至资源管理功能模块，资源管理功能模块更新当前异构网络资源使用状况。
本发明级联网关的QoS控制过程为：级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、局域网侧网络资源状况以及广域网侧异构网络资源状况，选择局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定广域网侧异构网络资源使用策略，并下发给传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行。
如图3所示，本发明异构级联网络双环QoS控制方法的具体实施过程为：
局域网控制平面实体单元接到业务请求后，根据当前局域网网络资源使用状况，确定当前业务在局域网下的资源使用策略，下发给传输平面实体单元予以执行；
局域网传输平面实体单元将带有QoS需求信息的数据通过局域网链路发送至级联网关传输平面实体单元，同时更新局域网控制平面资源管理功能模块的网络资源状态信息；
级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、局域网侧网络资源状况和广域网侧异构网络资源状况，选择局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定广域网侧异构网络资源使用策略，并下发给其传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行；
级联网关传输平面实体单元利用广域链路将数据信息发送至广域网信息服务器，完成数据的传输及QoS控制；
广域网控制平面实体单元接到业务请求后，根据当前广域网侧异构网络资源使用状况，确定当前业务在异构网络下的资源使用策略，并下发给传输平面实体单元予以执行；
广域网传输平面实体单元将带有QoS需求信息的数据通过广域网链路发送至级联网关传输平面实体单元，同时更新广域网控制平面资源管理功能模块的异构网络资源状态信息；
级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、广域网侧异构网络资源状况和局域网侧网络资源状况，选择广域网QoS控制环到局域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定局域网侧网络资源使用策略，并下发给其传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行；
级联网关传输平面实体单元利用广域链路将数据信息发送至局域网信息服务器，完成数据的传输及QoS控制。
实施例
图1给出了一种实施本实施例的网络拓扑结构示意图。在局域网侧，终端用户1通过超短波链路与级联网关相连；在广域网侧，级联网关通过移动网络、短波网络和卫星网络接入核心网。核心网中部署虚拟重构服务器和终端用户2。其中，虚拟重构服务器用于对多条链路过来的数据进行整合恢复，而后发送给终端用户2。
基于上述环境，实现业务QoS与级联网络动态资源的高度互耦，最大限度的保证级联网络端到端QoS的过程为：
终端用户1产生数据业务后发送至终端用户1的控制平面实体单元；
终端用户1控制平面实体单元接到业务请求后，查询资源管理功能模块，根据当前局域网网络资源使用状况，确定当前业务在局域网下的资源使用策略，下发给传输平面实体单元予以执行。
终端用户1传输平面实体单元数据发送模块将带有QoS需求信息的数据通过局域网链路发送至级联网关传输平面实体单元；
终端用户1传输平面网络资源监测模块将新的网络资源使用状况反馈给控制平面实体单元资源管理功能模块，更新局域网控制平面资源管理功能模块的网络资源状态信息；
级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、局域网侧网络资源状况和广域网侧异构网络资源状况，选择局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定广域网侧异构网络资源使用策略，并下发给其传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行；
级联网关传输平面实体单元数据发送模块根据策略执行功能PEF模块的指令将数据通过多条广域网链路发送至虚拟重构服务器；
虚拟重构服务器将数据整合、恢复后转发至终端用户2。
Claims (3)
1.一种异构级联网络双环QoS控制系统，其特征在于，包括局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关；
所述局域网QoS控制环用于保证局域网传输业务的QoS；
所述广域网QoS控制环用于保证广域网侧多网多链路并行传输的QoS；
所述级联网关位于局域网QoS控制环与广域网QoS控制环之间，用于存储局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略；
所述局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关均包括控制平面实体单元和传输平面实体单元；其中，
控制平面实体单元位于控制平面，与传输平面实体单元相连，用于接收传输平面实体单元上报的网络资源使用状况，确定当前异构网络状态下的资源使用策略，并下发给传输平面实体单元；
传输平面实体单元位于传输平面，与控制平面实体单元相连，用于按照控制平面实体单元下发的资源使用策略分配网络资源，发送数据；
所述局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关的控制平面实体单元均包括策略决策功能PDF模块、资源管理功能模块和策略数据库PB模块；
所述局域网QoS控制环、广域网QoS控制环和级联网关的传输平面实体单元均包括策略执行功能PEF模块、网络资源监测模块和数据发送模块；
局域网QoS控制环实施QoS控制的过程为：策略决策功能PDF模块根据资源管理功能模块给出的当前局域网网络资源使用状况，从策略数据库PB模块中选择合适的资源使用策略下发给策略执行功能PEF模块，策略执行功能PEF模块按照下发的资源使用策略使用网络资源，同时网络资源监测模块发现网络资源变化后将网络资源信息上报至资源管理功能模块，资源管理功能模块更新当前局域网网络资源使用状况；
广域网QoS控制环实施QoS控制的过程为：策略决策功能PDF模块根据资源管理功能模块给出的当前各异构网络资源使用状况，从策略数据库PB模块中选择合适的资源使用策略下发给策略执行功能PEF模块，策略执行功能PEF模块按照下发的资源使用策略使用网络资源，同时网络资源监测模块发现网络资源变化后将网络资源信息上报至资源管理功能模块，资源管理功能模块更新当前异构网络资源使用状况；
级联网关的QoS控制过程为：级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、局域网侧网络资源状况以及广域网侧异构网络资源状况，选择局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定广域网侧异构网络资源使用策略，并下发给传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行。
2.如权利要求1所述的异构级联网络双环QoS控制系统，其特征在于，
所述级联网关中的策略数据库PB模块用于存储局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略；
所述级联网关中的资源管理功能模块用于管理局域网和广域网资源使用状况；
所述级联网关中的传输平面实体单元连接局域网和广域网，用于中继从局域网到广域网的业务数据。
3.一种异构级联网络双环QoS控制方法，其特征在于，
局域网控制平面实体单元接到业务请求后，根据当前局域网网络资源使用状况，确定当前业务在局域网下的资源使用策略，下发给传输平面实体单元予以执行；
局域网传输平面实体单元将带有QoS需求信息的数据通过局域网链路发送至级联网关传输平面实体单元，同时更新局域网控制平面资源管理功能模块的网络资源状态信息；
级联网关控制平面实体单元根据业务的QoS需求、局域网侧网络资源状况和广域网侧异构网络资源状况，选择局域网QoS控制环到广域网QoS控制环的映射策略，根据所选择的映射策略确定广域网侧异构网络资源使用策略，并下发给其传输平面实体单元中的策略执行功能PEF模块执行；
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