CN1145709A - 通信网络控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

通信网络(1)包括用传输路径(6、7与8)链接在一起的若干网络节点(2、3、4与5)。网络管理器(9)通过分类进入的呼叫并从数据库(14)中选择适当的均值对峰值比特率分布控制接纳呼叫到传输路径上。然后与监视的传输路径负荷一起利用所选择的分布来确定反映负荷的后验分布。在后验分布的基础上用呼叫接纳算法考虑诸如有效带宽来作出接收还是拒绝呼叫的决定。

Description

通信网络控制方法与装置

本发明涉及通信网络控制方法与装置。

为了保持通信网络中的业务质量，有必要限制允许进入网络中的呼叫的数目。网络上允许的最佳呼叫数目由取决于干线速度及诸如缓冲器大小等其它硬件制约的网络特征所决定。呼叫类型的混合及各种类型的相对数目也是一种重要的考虑。

当网络用户知道他要放在网络上的呼叫的平均比特率时，便有可能用采用卷积或大偏移逼近(Convolutionor Large Deviation Approximation)技术的方法来确定网络能否承载该呼叫而不使业务质量下降到最小值以下。然而在实践中用户不太可能知道呼叫的平均比特率，在网络承载宽带业务的情况下尤其如此。已经提出过监视网络的通信业务负荷及以动态方式来改善控制方法。这种方法称作动态连接进入控制(CAC)。

已知围绕将在提供宽带业务的通信网络上承载的数据类型的不确定性，通信领域中通常认为在采用异步传送模式技术(ATM)的网络上不可能采用统计多路复用技术。

本发明起源于发明人的下述理解：虽然试图与网络进行连接的资源不大可能知道其平均比特率，但无疑地知道其峰值比特率。

按照本发明，提供了用于控制在节点之间的传输路径上从第一网络节点到第二网络节点的呼叫的接纳的通信网络控制方法，包括提供特定呼叫类别的活动分布数据库，分类呼叫，从数据库中选择一种适用于该呼叫的分布，确定由该类别的呼叫引起的传输路径上的当前负荷，从所选择的分布及当前负荷中导出后验活动分布，及根据后验活动分布拒绝或接受该呼叫。

通过提供特定呼叫类别的活动分布数据库及从中生成由该类别的呼叫引起的当前负荷的测定，能够得出后验活动分布，一种更好的活动估计。

活动分布可以是方差分布或各种形式的比特率分布，可将它看成是一种特定类别的呼叫正在达到一定的呼叫负荷的似然性或概率。最好，活动分布是均值对峰值比特率分布。

然后呼叫接纳控制算法利用后验分布来确定是否能将该呼叫接受到网络上。做到这一点的较佳方法是从后验分布中确定传输路径上的当前负荷的有效带宽。从有效带宽中可确定如果接受该呼叫时的业务质量并将其与要求的业务质量比较。如果保持业务质量便接受该呼叫，否则为该传输路径拒绝该呼叫。

后验分布最好是用选择的分布与当前负荷的Bayesian分析生成的。呼叫最好是按照呼叫宣告的参数分类的。在一个较佳实施例中，该参数是呼叫的峰值比特率。其它可以使用的参数很可能是它是否是诸如视频或利用特定类型的设备等的特定类型的呼叫。

在某些网络中，可将总的传输路径带宽中的一定带宽分配给一定类别的呼叫。然而在其它网络中则没有任何集中的带宽分配。虽然在前一形式的网络中有可能将呼叫类别的后验分布与分配给该类别的带宽进行比较，并用它作为是否接受该呼叫的基础，在后一种网络中最好周期性地监视由所有呼叫类别在传输路径上引起的负荷并存储监视到的负荷的测定值。然后通过诸如确定存储的负荷与后验分布的有效带宽并将其与传输路径的容量进行比较以保证保持所要求的业务质量，而在存储的监视负荷与后验分布的基础上接受呼叫。

周期性地监视传输路径上的负荷的优点超过在接收到允许特定类别的呼叫进入传输路径中的请求时生成诸如各呼叫类别的后验分布之处在于达到接受还是拒绝该呼叫的决定的速度。

按照本发明的第二方面，提供了用于控制通过节点之间的传输路径从第一网络节点到第二网络节点的呼叫的接纳的装置，包括：在使用中用于保存特定类别的呼叫的活动分布的数据库的存储器；用于分类呼叫的装置；用于从数据库中选择一种适用于该类别的分布的装置；用于确定由该类别的呼叫引发的传输路径上的当前负荷的装置；用于从选择的分布与当前负荷中生成后验活动分布的装置；以及根据后验分布拒绝或接受该呼叫的装置。

现在参照附图只用示例的方式描述本发明的一个特定实施例，附图中：

图1示出由按照本发明的方法控制的一个通信网络；

图2为说明图；

图3为用在图1中所示的通信网络中的表数据结构；

图4为用来控制图1中所示的网络的方法的流程图；以及

图5为说明图。

参见图1，通信网络1包括用传输路径6、7与8链接的多个节点2、3、4与5。节点与传输路径的精确性质取决于网络，它们可以是诸如多路复用器、转换开关与光纤。网络的操作是由网络管理器9控制的，后者本身可以是包含诸如Sun公司出售的Sun微型计算机等已知类型的计算机终端的一个节点(或分布在若干节点上)，它沿已知类型的控制数据路径10、11、12与13监视及控制节点2、3、4与5并与它们通信。网络管理器具有包含关于具有特定宣告的峰值比特率的呼叫类型的均值对峰值比特率分布数据的历史数据库14及测定的负荷的数据存储器9a。节点5经由传输路径5c服务于电话5a。

图2中示出两种典型的均值对峰值比特率分布。这两种分布可认为是在呼叫具有特定的均值对峰值比特率的似然性的意义上的呼叫的活动的测定值。可以看出分布31为具有比分布32大的活动的呼叫类别或类型的分布。这是因为其最大或然均值对峰值比特率，分布31的峰值比分布32更接近1。

在实践中，数据库14中将以具有图3中所示的数据结构的表41的形式保持大量的早先分布。表41包括两个字段，第一数据字段42称作峰值及第二数据字段43称作分布。

峰值字段42中包含作出将呼叫放在网络上的请求时节点宣告的可能峰值比特率值的范围。

分布字段43中包含适用于存储在峰值字段42中的各峰值比特率范围的分布曲线的参数化形式。

网络管理器9以下面描述的方式进行操作来控制网络1。

考虑在下述条件下操作的网络1。节点4正在与节点3及节点2通信。呼叫通信业务为诸如恒定比特率与可变比特率声音与视频数据等呼叫类型的混合物。网络管理器周期性地测定传输路径上由呼叫类别引发的负荷，如图4中所示的流程图中框21所示。将确定的负荷存储在数据存储器9a中，如框22所示。然后网络管理器9在呼叫连接请求框23中监视网络。如果在框24所示的延时之后未接收到呼叫连接请求，则如框21所示再次测定负荷。

当前不在对其它节点传输数据的节点5想要传输数据并请求网络管理器9允许其连接到节点4。这是由图4中所示的流程图的框25表示的。在请求连接时，节点5宣告其由构成节点5的设备类型确定的且从而是该节点“知道”的峰值比特率。

然后将宣告的峰值与存储在历史数据库14中的值范围比较，这实际上分类呼叫，如框26所示，并选择适当的历史上的均值对峰值比特率分布，如框27所示。

网络管理器9如框28所示测定网络负荷，但在这一情况中这是要接受的呼叫类别的负荷。具体地，它监视发送与接收节点之间的传输路径上的负荷，本例中为路径6。

然后网络管理器9利用测定的负荷与选择的分布生成后验分布，如框29所示。生成后验分布的较好方式为用Bayesian分析，并且它是均值对峰值比特率对概率的一种分布，如上所述，但反映特定类别的当前呼叫负荷的预测工况。

然后网络管理器9在呼叫接纳算法中应用后验分布，如框30所示，来确定是接受该呼叫，如框31所示，还是拒绝该呼叫，如框32所示。

确定是否将呼叫接受到传输路径上的较好方法为通过确定当前呼叫负荷的有效带宽，如下面要描述的。

传输路径6具有容量C且支持分开在I个不同类别中的若干呼叫。各类别中的呼叫共用相同的特征。如果第j个类别中的一个呼叫的有效带宽为aj，并且有nj个这种呼叫，则只在下述条件下能保持业务质量： $C\≥\underset{j=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{aj}.\mathrm{nj}$

从而，如果网络管理器9从后验分布中导出传输路径6上的负荷的平均比特率的估计值。然后与该类别的呼叫的峰值比特率一起利用估计的平均比特率以下述方式计算有效带宽。

如果在Bayesian分析中，呼叫的峰值比特率被正规化到1，且早先的分布π(P)表示作为平均比特率对峰值比特率之比定义的呼叫的活动(P)的原始可信度。

如果链路当前携带的(这一类型的)n个呼叫所产生的负荷表示为Sn，并且在测量周期中为s。

如果以单个呼叫的活动为p为条件，P(Sn＝s|p)为最后的测量周期中负荷Sn为s的概率。

活动的后验分布π(P|Sn＝s)便由下式给出， $\mathrm{\π}\left(p\right|S_n=s)=\frac{\mathrm{\π}\left(p\right)P(S_n=s|p)}{\underset{0}{\overset{1}{\∫}}\mathrm{\π}\left(p\right)P(S_n=s|p)\mathrm{dp}}$

单元损耗概率L定义如下

容量为C的一个资源所支持的n个呼叫的单元损耗概率的估计值

由下式给出， $\hat{L}(n,s)=\frac{E[S_n\left(t\right)-C|S_n\left(0\right)=s]}{\mathrm{nE}\left[X\left(t\right)\right|S_n\left(0\right)=s]}$ 其中Sn(o)表示用来得出后验分布的监视到的负荷，Sn(t)为时间t上这一类型的所有呼叫的负荷，而X(t)则为时间t上单个呼叫产生的负荷。

上式可表示为： $\hat{L}(n,s)=\frac{\underset{0}{\overset{1}{\∫}}\underset{m=1}{\overset{n-c}{\mathrm{\Σ}}}P\{S_n\left(t\right)\≥C+m|p\}\mathrm{\π}\left(p\right|S_n\left(0\right)=s)\mathrm{dp}}{n\underset{0}{\overset{1}{\∫}}\mathrm{p\π}\left(p\right|S_n\left(0\right)=s)\mathrm{dp}}$

如果最大允许单元损耗为Lmax，能够多路复用的这一类型的最大呼叫数Nmax因而必须服从， $L_{\max }\≥\hat{L}(n,s)=\frac{\underset{0}{\overset{1}{\∫}}\underset{m=1}{\overset{n_{\max }-c}{\mathrm{\Σ}}}P\{S_{n\max }\left(t\right)\≥C+m|p\}\mathrm{\π}\left(p\right|S_n\left(0\right)=s)\mathrm{dp}}{n\underset{0}{\overset{1}{\∫}}\mathrm{p\π}\left(p\right|S_n\left(0\right)=s)\mathrm{dp}}$

这能用有效逼近估算出， $P\{S_{n\max }\left(t\right)\≥C|p\≈\exp \{-n_{\max }(\frac{c}{n_{\max }}{l}_n\frac{c}{n_{\max p}}+(1-\frac{c}{n_{\max }})l_n\left(\frac{1-\frac{c}{n_{\max }}}{1-p}\right))\}$

对于n_maxP＜C 及

              P{Sn_max(t)≥C|p}＝1

对于n_maxP≥C及

利用下式从n_max中得出呼叫的有效带宽α， $\mathrm{\α}=\frac{c}{n_{\max }}$

将这一有效带宽加到网络管理器9从数据库9a中检索出的存储网络负荷的有效带宽上。然后将总有效带宽与传输路径6的容量进行比较，如果能保持要求的业务质量，便允许呼叫进入传输路径6上。

如果不能保持要求的业务质量，便选择一条替代传输路径并重新考虑如前。

在其它实施例中，可通过提供存储特定负荷的特定呼叫类别的有效带宽及呼叫数目的表的一个数据库来确定传输路径上的负荷。然后网络管理器通过输入考虑中的传输路径上的各种类别的呼叫数目而得出有效带宽。

作为表结构提供负荷值，由于这些值不是联机生成的而可以减少所需的处理时间量。这将导致需要比联机生成这些值时所需的较大的存储容量。

实际上，对于特定类别的呼叫可利用用单元负荷对连接数目的图上的曲线表示的接纳界限，如图5中所示。曲线A表示已知关于试图建立对网络的连接的设备的平均比特率的确实的先前信息的情况。而曲线B则表示只是不明确的信息的情况。能够看出当确实的先前信息已知时，一个节点只接受80个呼叫。而已知较少的信息时，在单元负荷增加(上升到1)时只接受少数呼叫(40)。当测量负荷降低时，由于这些呼叫生成较低的通信量而算法允许接受较多的呼叫。

曲线B可作为一个函数或作为查找表中的一组参数化的值保存。从而可将当前单元负荷的值输入到表中而从表中输出允许的连接数。如果不超过这一连接数，便能将另一个呼叫接受到网络上。

例如，如果当前单元负荷为Y则允许能有60个连接到该单元上。

在某些实施例中，保持在历史数据库中的先前分布可由网络管理器用监视到的负荷来更新。

如果为一条特定的传输路径拒绝了呼叫，网络管理器可用熟悉本技术的人员熟知的方式为该呼叫寻找一条替代路径。然后通过从选择的历史分布及新传输路径的负荷中生成一种后验分布而以相同的方式测试这一新路径。

Claims (13)

1、一种用于控制通过节点之间的传输路径从第一网络节点到第二网络节点的呼叫的接纳的通信网络控制方法，包括提供特定类别的呼叫的活动分布的数据库；分类呼叫；从数据库中选择一种适用于该呼叫的分布；确定由该类别呼叫引发的传输路径上的当前负荷；从选择的分布与当前负荷中生成后验活动分布；及在后验分布的基础上拒绝或接受该呼叫。

2、权利要求1中所要求的方法，其中的活动分布为均值对峰值比特率分布。

3、权利要求1或2中所要求的方法，其中的后验分布是用Bayesian分析从选择的分布与当前负荷中生成的。

4、权利要求1、2或3中所要求的方法，其中的呼叫是通过参照呼叫宣告的峰值比特率分类的。

5、权利要求1、2、3或4中任何一项中所要求的方法，其中的呼叫的有效带宽是从后验分布确定的，并将有效带宽与传输路径的带宽进行比较以确定该传输路径接受还是拒绝该呼叫。

6、权利要求5中所要求的方法，其中假定将呼叫接受到传输路径上时用有效带宽来确定预测业务质量，并将预测业务质量与要求的业务质量进行比较，如果预测业务质量低于要求的业务质量便拒绝该呼叫。

7、前面任何一项权利要求所要求的方法，其中监视所有呼叫类别在传输路径上的负荷并存储监视的负荷的测定值，及根据所存储的监视的负荷与后验分布接受呼叫。

8、用于控制通过节点之间的传输路径从第一网络节点到第二网络节点的呼叫的接纳装置，该装置包括：在使用中保存特定类别的呼叫的活动分布的数据库的存储器；用于分类呼叫的装置；用于从数据库中选择适用于该类别的一种分布的装置；用于确定由该类别的呼叫引发的传输路径上的当前负荷的装置；用于从选择的分布与当前负荷中生成一种后验活动分布的装置；以及根据后验分布拒绝或接受该呼叫的装置。

9、权利要求8中所要求的装置，其中的活动分布为均值对峰值比特率分布。

10、权利要求8或9中所要求的装置，其中用于生成后验活动分布的装置包含执行Bayesian分析的装置。

11、权利要求8、9或10中任何一项中所要求的装置，其中的用于分类呼叫的装置包含峰值比特率与对应的活动分布的一张查找表。

12、前面任何一项权利要求中所要求的装置，其中用于接受或拒绝呼叫的装置从后验分布中确定一个有效带宽并将该有效带宽与传输路径的带宽进行比较来确定接受还是拒绝该呼叫，从而接受或拒绝该呼叫。

13、前面任何一项权利要求中所要求的装置，包括在使用中存储要求的业务质量的装置；用于假定接受该呼叫时预测业务质量的装置；及用于将预测的业务质量与要求的业务质量进行比较的装置，如果预测的业务质量低于要求的业务质量便拒绝该呼叫。

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