CN1299466C - 在多域异构ip网络中服务等级规范的分解装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置和方法，该装置由顺序连接而互相传递信息的四个模块：用户接口模块，路由分析模块，PDB信息获取模块和参数分解模块所组成；该装置使用分布式技术设置在每个自治域，或者是由若干个自治域共用一个该装置，各个装置之间采用Web服务或公共对象请求代理结构CORBA接口交换信息。该装置能够给内容提供商、服务提供商以及大企业客户等需要与网络提供商签订跨经多个域的SLA的客户提供各个相关单域SLS的参考信息，以便客户与网络提供商之间在签定多域异构IP网络中的SLA时，能够获知整条路径上各个自治域的SLS，从而获得优化的SLS选择，保证端到端服务质量的实现。

Description

在多域异构IP网络中服务等级规范的分解装置和方法

技术领域

本发明涉及一种IP网络中提供服务质量保障业务的装置和方法，确切地说，涉及一种在多域异构IP网络中服务等级规范的分解装置和方法，属于网络互连通信技术领域。

背景技术

随着Internet的发展，人们越来越认识到在Internet上提供增值业务能够获得高额利润。于是，在Internet出现了各种各样的增值业务：(1)内容提供商(如Sina、Sohu)通过为用户提供分门别类的信息，吸引用户浏览其网页，在网页上为商家打广告，从而向商家收取费用；(2)VoIP：IP电话作为一种费用低廉的通话方式，吸引了众多用户，因此其成为推动Internet发展的强大动力；(3)VPN：虚拟专用网能够为分公司遍布各地的大企业提供安全的信息通道，逐渐受到大企业客户的青睐；(4)视频会议：使得处在不同地方的与会者无需到达会场就能面对面地交流信息，不仅减少旅行开销，更能提高工作效率。

通常，人们将提供增值业务的实体统称为服务提供商。这些增值业务为网络提供商NP(Network Provider)带来了盈利的契机，因为增值业务的提供需要底层网络的支持；换句话说，需要向网络提供商购买带宽。现有的网络中，底层网络可能属于不同的网络提供商，就中国的网络现状来看，中国移动、中国电信、网通、国家教委等都有各自的网络基础设施。即使在同一个网络提供商的网络中，根据管理需求，网络也被划分为多个自治域。因此，服务提供商可能需要购买多个网络提供商的多个自治域的带宽。

另一方面，各种增值业务对于网络能力的要求互不相同，比如VoIP服务对于时延和抖动非常敏感，视频会议需要较高的带宽和较为平稳的吞吐量保证。为了优化用户体验，以便扩大顾客群，服务提供商需要为用户提供具有服务质量QoS保证的业务。显然，这个目标的实现必须得到底层网络的支持，因此，底层网络需要为增值业务提供有QoS保证的带宽。

众所周知，现有的Internet只能提供尽力而为的传输服务，为了在Internet上提供QoS保证，因特网工程任务组IETF提出了综合服务IntServ和区分服务DiffServ体系架构。其中IntServ采用资源预留协议RSVP作为信令，在建立连接之前，需要在整条路径上通过RSVP预留资源，只有当路径上的所有节点和链路都有足够资源时，该连接才允许接纳。由于IntServ需要在核心路由器上保存每个微流的状态，因此可扩展性非常差。为了解决可扩展性问题，RFC2475提出了通过增加边缘复杂度来简化核心的DiffServ体系架构。在DiffServ体系架构中，边缘路由器根据数据包的流量特性(如时延、抖动或用户提出的其他需求)对数据包进行标记。有着相同网络需求的数据包被划分到同一转发等价类中，并用IP头中的DSCP(区分服务码字)字段进行标识。各个网络提供商根据其网络设备的现状和经济实力的差异，可能会采用不同的QoS技术，这些底层的技术细节对于服务提供商来说是不可见的。

在购买带宽时，服务提供商需要和网络提供商签订服务等级协议SLA。SLA的概念涉及许多领域(详细信息可查阅IETF的相关草案)，这里对其作简要介绍。SLA包含有两部分：(1)商业部分，如签约双方、权力责任、计费规则等等；(2)技术部分即服务等级规范SLS，如源、目节点IP地址、预留带宽大小、时延、抖动、丢包率等QoS参数，以及其它一些与网络相关的技术参数。对服务提供商来说，最关心的是端到端的QoS。例如VoIP服务提供商关心的是两个VoIP网关之间的时延和抖动，大企业用户关心组成VPN的分公司网络之间的时延大小，至于需要购买的带宽跨多少个网络、跨多少个域、每个自治域保证怎样的QoS，服务提供商则无从知道。但是，服务提供商在与网络提供商签订SLA时，需要明确指出底层网络提供的QoS保障。

底层网络的能力可以用每域行为PDB(Per-Domain Behavior)来描述。PDB是因特网工程任务组IETF在DiffServ体系架构中提出的概念(可参阅RFC3086)。DiffServ工作组提出这个概念的目的是预测某种转发行为的汇聚流在DiffServ域中的端到端性能。实际上，PDB不仅可以用于DiffServ体系架构，也可以用于任何QoS技术的自治域中，用于表达该自治域能够提供的网络性能。因此，在本发明中，PDB不再用于限定数据包的转发行为，而是作为网络性能参数的标志。PDB信息可以通过分析测量数据得到之，边缘路由器对之间的时延、抖动和丢包率都是自治域的PDB参数。

到目前为止，CADENUS，TEQUILA和AQUILA工程已初步实现了在Internet上提供具有QoS保证的业务。这三个工程都是欧盟EC资助的信息社会技术IST(Information Society Technologies)计划下一代网络NGN(NextGeneration Network)工程的一部分，属于Internet基础设施Internet Infrastructure工作组，它们各自独立，都是完整的IP QoS解决方案。在这三个工程中，也涉及到与用户签订SLA的问题。在CADENUS中，采用E2E Analyzer来分析端到端性能，但没有涉及到SLS的分解问题。TEQUILA提出了一个通用的基于SLA的DiffServ域QoS管理构架，但没有涉及在多个DiffServ域之间实现端到端的QoS定量管理问题。IST项目中的HARMONICS提出了一个基于DiffServ的端到端QoS管理机制，但该项目只在域间传递DSCP(DiffServ Code Point)和带宽信息，严格来说，不可能对用户业务或业务应用要求的时延、数据包丢失率等性能参数实现定量的QoS管理。总之，这三个工程都没有涉及到SLS分解、全局SLS和单域SLS的问题。

内容提供商(如Sina、Sohu等)在向用户提供服务之前需要向网络提供商购买一定的带宽；VoIP服务提供商要在网络上提供VoIP服务，必须在各个VoIP网关之间预留带宽；而大企业等客户在构建虚拟专用网VPN时，也需要租用网络带宽。在现有的网络环境中，底层的承载网络可能属于不同的网络提供商，而网络提供商的网络根据管理需要划分为多个自治域。即使所有的网络都属于同一个网络提供商，该运营商也会根据管理需求将网络划分为多个自治域，在签订SLA时(特别是使用电子商务技术时)，需要指明在哪几个自治域预留带宽。因此，内容提供商、VoIP服务提供商以及大企业等客户需要与各个不同的网络提供商签订商业协议，即服务等级协议SLA。该SLA可能跨多个自治域，由于服务提供商无法确知底层路由，因此不知道应该和哪些网络提供商签订关于哪些自治域的SLA。另外，每个自治域有着不同的收费标准，与哪些网络提供商签订哪些自治域的SLA的选择将决定服务提供商购买带宽的成本。所以，一方面，服务提供商希望优化选择SLA。但是，另一方面，服务提供商对网络技术和网络相关信息的了解不充分；而且SLA中的技术部分SLS涉及多项性能参数，底层如何保障这些QoS参数也是服务提供商不可知的。这两方面的矛盾使得需要构建一个全局的SLS系统，向用户屏蔽网络拓扑、网络技术和性能差异等问题，为用户提供更为优质的服务。因此，如何对全局SLS进行分解而得到每个单域SLS，以便服务提供商能够根据单域SLS与网络提供商之间在多域异构IP网络中签定SLA，保证端到端服务质量的SLS分解问题已经引起业内人士的广泛关注和探求。

2004年6月，北京邮电大学的一篇博士论文《IP-DiffServ网络端到端定量QoS管理研究》中对SLS参数分解进行了研究，提出了DiffServ体系结构中端到端的定量QoS管理机制，即通过优化的QoS分割算法实现对用户业务或业务应用的端到端定量QoS管理。但是，该文献是在微流级别上解决该SLS分解问题，它是采用QoS参数的优化分割，需要域间互相交互，采用每跳行为PHB(Per-Hop Behavior)而非每域行为PDB信息进行分解；且主要从价格方面考虑分解优化。另外，该文献认为域间路由相对固定。更重要的是，该文献没有提出切实的实现方法，没有阐明各种参数的来源。此外，它与其它现有的文献一样，都假定底层的QoS技术是单一的，但实际网络中并非如此。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种在多域异构IP网络中服务等级规范的分解装置和方法，本发明能够给内容提供商、服务提供商以及大企业客户等需要与网络提供商签订跨经多个域的SLA的客户提供各个相关单域SLS的参考信息，以便客户与网络提供商之间在签定多域异构IP网络中的SLA时能够获知整条路径上各个自治域的SLS，从而获得优化的SLS选择，保证端到端服务质量的实现。

本发明的目的是这样实现的：一种在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：该装置由顺序连接而互相传递信息的四个模块：用户接口模块，路由分析模块，PDB信息获取模块和参数分解模块所组成；其中用户接口模块是用户访问该SLS分解装置的接口，其功能是：向用户提供图形化的访问界面，定义用户提交的全局SLS的标准格式和向用户返回的作为分解结果的单域SLS标准格式；路由分析模块的功能是：根据用户提交的全局SLS中的源目地址参数寻找各条可能的端到端路径，并判断该路径所经过的自治域，以及对每个自治域分别采用一个与某个网络提供商相对应的自治域标识符ASID进行标识；PDB信息获取模块的功能是：根据路由分析模块得到的各条可能的端到端路径，以自治域标识符ASID为索引，获取该路径上各个自治域的、至少包括每个自治域内边缘路由器对之间的时延和丢包率的各种PDB参数信息；参数分解模块的功能是：根据PDB信息获取模块获得的各个自治域的PDB信息，分别计算路由分析模块中得到的各条可能的端到端路径的端到端QoS参数，判断其中哪些路径的QoS参数能够满足全局SLS的QoS要求，再根据PDB信息获取模块发送来的PDB信息对能够满足要求的路径生成分解结果，发送给用户接口模块，由该模块返回给用户。

所述装置使用分布式技术设置在每个自治域，或者是由若干个自治域共用一个该装置，各个装置之间采用Web服务或公共对象请求代理结构CORBA接口交换信息。

所述全局SLS是指尚未经过分解、可能跨经多个网络提供商的多个自治域的端到端SLS，全局SLS中的QoS参数都是针对端到端提出的，至少包含有：源地址SrcIP，目的地址DesIP，带宽BW，端到端时延Delay_{SrcIP，DesIP}，端到端丢包率Loss_{SrcIP，DesIP}。

所述单域SLS是指经过分解、对应于单个自治域的SLS，单域SLS中的QoS参数都是针对同一个自治域内两个边缘路由器之间提出的，至少包括有：该自治域的入口边缘路由器IP地址、出口边缘路由器IP地址、带宽、时延和丢包率。

所述路由分析模块从用户提交的全局SLS中的源目地址参数寻找各条可能的端到端路径是通过查找自身维护的路由表和向临近的自治域的路由分析模块获取路由信息而得到的。

所述路由分析模块自身维护的路由表中存储有其从网管工具或该模块附加的、与网络上的路由器定期交换路由信息的路由组件得到的最新实时路由信息；路由分析模块还需要了解所在自治域的信息，以及该自治域内的、与其它各个临近自治域相连的边缘路由器的路由信息，以便路由分析模块根据自治域的信息和连接各个自治域的边缘路由器的信息，将所获取的路由信息中的端到端路径转换成只含有边缘路由器的形式，在路径上同时给出穿过的自治域的标识。

所述PDB信息获取模块是从每个自治域为SLS分解装置提供的接口获取该自治域的历史统计数据和/或实时测量的PDB信息，该接口采用CORBA或Web服务通信标准；所述PDB信息至少包括：自治域内各个边缘路由器对之间的时延和丢包率。

本发明的目的是这样实现的：一种在多域异构IP网络中服务等级规范的分解方法，其特征在于：包括下列操作步骤：

(1)用户接口模块接收到用户提交的全局SLS；

(2)用户接口模块将接收到的全局SLS转换成各个模块都能获取的内部表达形式，再将该全局SLS的内部表达形式发送给路由分析模块；

(3)路由分析模块接收到全局SLS后，对其中的源地址SrcIP和目的地址DesIP进行路由分析，得到多种路由方案，每个路由方案中都包含有该路径上的边缘路由器ER和自治域AS信息；

(4)路由分析模块将该多种路由方案都发送给PDB信息获取模块；

(5)PDB信息获取模块根据各个路径上的边缘路由器ER和自治域AS信息分别向各个自治域获取其PDB信息，得出多种路由方案的端到端路径上的各个自治域的PDB信息；

(6)PDB信息获取模块将多种路由方案的端到端路径上的各个自治域的PDB信息发送给参数分解模块；

(7)参数分解模块收到PDB信息后，分别计算和判断每一种路由方案是否能够满足全局SLS端到端路径的QoS参数，如果有能够满足QoS请求的路径，则将全局SLS分解成各个单域SLS；如果没有找到满足QoS请求的路径，则返回，并将没有找到合适路径的结果告知用户；

(8)参数分解模块将分解后的多种路由方案下的各个单域SLS发送给用户接口模块；

(9)用户接口模块将分解后的多种路由方案下的各个单域SLS发送给用户。

所述步骤(3)中，路由分析模块对全局SLS中的源地址SrcIP和目的地址DesIP进行的路由分析包括下列步骤：

(31)先查找自身路由表和向临近自治域的路由分析模块获取路由信息而得到由端到端路径组成的多种路由方案，此时的路径包括端到端路径上的核心路由器IP地址和边缘路由器IP地址；

(32)根据其所在的自治域信息和该自治域内与其它自治域相连接的边缘路由器的信息，将端到端路径转换成只含有边缘路由器的形式，且在路径上同时给出穿过的自治域的标识ASID；

(33)输出路由分析结果，每一条路径的信息包括：

其所经过的自治域信息：ASInfo＝{ASID₁，ASID₂......ASID_n}

对应的各个边缘路由器对信息：

ERInfo＝{<ERID₁，ERID₂>，<ERID₂，ERID₃>......<ERID_n，ERID_n+1>}，

式中：ASID_i是第i个自治域的标识，ERID_i表示第i个自治域的入口边缘路由器的IP地址，ESID_j表示第i个自治域的出口边缘路由器的IP地址，其中序号i、j皆为自然数，且j＝i+1；<ERID_i，ERID_j>对应于ASID_i表示第i个自治域ASID_i具有IP地址为ERID_i的入口边缘路由器与IP地址为ESID_j的出口边缘路由器。

所述步骤(7)中，参数分解模块根据PDB信息分别计算和判断每一种路由方案是否能够满足全局SLS端到端的QoS参数的算法包括下列步骤：

(71)判断时延是否满足需求：

如果全局SLS要求的端到端的时延不大于该端到端路径上经过的各个自治域内的时延之和，即时延 ${\mathrm{Delay}}_{\mathrm{SrcIP},\mathrm{DesIP}}\&le;\underset{<{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERID}}_j>\&Element;\mathrm{ERInfo}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Delay}}_{\mathrm{ERIDi},\mathrm{ERIDj}},$ 则满足需求；式中：Delay_{SrcIP，DesIP}表示全局SLS要求的端到端的时延，即源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的时延；Delay_{ERIDi，ERIDj}表示第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器与出口边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的时延，属于PDB信息；ERInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上的边缘路由器对信息；

(72)判断丢包率是否满足需求：

如果全局SLS要求的端到端的丢包率不大于1减去该端到端路径上经过的各个自治域内不丢包率之积的差，即丢包率 ${\mathrm{Loss}}_{\mathrm{SrcIP},\mathrm{DesIP}}\&le;1-\underset{<{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERID}}_j>\&Element;\mathrm{ERInfo}}{\mathrm{\&Pi;}}(1-{\mathrm{Loss}}_{\mathrm{ERIDi},\mathrm{ERIDj}});$ 则满足需求；式中：Loss_{SrcIP，DesIP}表示全局SLS要求的端到端的丢包率，即源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的丢包率；Loss_{ERIDi，ERIDj}表示第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器与出口边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的丢包率，属于PDB信息；1-Loss_{ERIDi，ERIDj}表示第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器与出口边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的不丢包的概率；ERInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上的边缘路由器对信息；

(73)如果前述步骤计算的时延和丢包率都满足全局SLS需求，则分解成n个单域SLS，自然数n为该全局SLS跨经的所有自治域的数目，其中第i个自治域的单域SLS的QoS参数SLS_ASIDi至少包括：源地址：第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器的IP地址ERID_i；目的地址：第i个自治域ASID_i的出口边缘路由器的IP地址ERID_j；带宽BW：全局服务等级规范SLS的带宽请求；时延Delay_{ERIDi，ERIDj}：第i个自治域ASID_i的边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的时延；丢包率Loss_{ERIDi，ERIDj}：第i个自治域ASID_i的边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的丢包率；SLS_ASIDi中的ASID_i∈ASInfo，ASInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上所经过的自治域信息。

本发明是一种在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置和方法，为了解决SLS分解问题，本发明引入了全局SLS和单域SLS的概念，给内容提供商、服务提供商和大企业客户等需要与网络提供商签订跨经多个域的SLA的客户提供了参考信息。本发明所以提出SLS分解服务而非SLA分解服务，是因为源、目IP地址、QoS参数都是属于SLA中的技术部分，即前面所谓的SLS；另外，SLA的商业部分的参数是需要签约双方互相协商确定的，涉及到经济上的利益。因此，本发明只对SLA的技术部分，即SLS进行分解。客户只需要向SLS分解装置提供一个全局的SLS，指明源地址和目的地址以及需要网络保证的QoS参数，本发明的SLS分解装置就会给客户返回应该与各个相关网络提供商签订的单域SLS，这种分解能保证全局SLS中的端到端QoS参数得到满足。

本发明与前述的北京邮电大学博士论文提及的SLS分解方法相比较，存在以下不同点：首先，面向的对象不同，本发明主要用于解决服务提供商与网络提供商之间签定多域服务等级协议SLA的问题，SLS分解是在汇聚流级别上进行的；其次，本发明是从技术角度寻找能够保证端到端服务质量的SLS分解方案。另外，本发明认为在实际情况中，域间路由的变动比较频繁，即域间路由是不固定的，因此存在多条域间路由的可能性。最重要的是，本发明提出了在实际网络中能够采用工业技术手段实现SLS分解的装置和方法。此外，本发明通过采用PDB信息以及分布式技术屏蔽了底层QoS技术的异构性，从而能在异构IP网络中进行SLS分解。这些都是本发明相对现有技术的创新之处。

本发明的SLS分解装置较好地解决了内容提供商、服务提供商和大企业客户在多网络提供商提供相关运行网络的环境下签订SLA存在的一系列问题，该装置向用户提供统一的服务接口，屏蔽了网络拓扑、技术和性能的差异。使得用户在不了解网络细节的情况下，仍能获得优化的SLA选择。用户只要提供端到端的QoS参数，就能够得到整条路径上各个自治域的SLS。

本发明装置采用分布式的系统结构，能够屏蔽各个自治域底层QoS技术的异构性，各个自治域之间不直接交互，而是由SLS分解装置向各个自治域采集PDB信息进行统一处理。由于该装置对整个网络有着全局的视图，在分解时能够更为快速准确。各个自治域可以根据实际情况采用现行技术的不同测量方式实现PDB参数的采集测量，向SLS分解装置提供PDB数据。另外，在SLS分解时采用PDB信息能够使分解更为快速有效。SLS分解装置所需的路由信息可以由不同的网管软件提供，只要符合相关接口定义即可。总之，本发明提出了能够应用于实际网络中的在汇聚流级别上实现的SLS分解方案，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为说明跨域签订SLA存在的问题示意图；

图2为本发明SLS分解装置的功能模块的结构组成和各个模块相互之间交互数据的示意图；

图3为本发明SLS分解装置在图1中采用分布式结构的示意图；

图4为本发明SLS分解装置的各个模块进行交互实现SLS分解的操作流程图；

图5为本发明SLS分解装置的一个分解流程的实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。首先，对跨域签订SLA存在的问题作进一步详细说明：

参见图1，大企业用户需要在处于不同地点的两个分公司(Private Network1和Private Network2)之间建立虚拟专用网VPN，而VoIP服务提供商要在两个VoIP Gateway之间预留带宽。实际网络状况是：自治域AS1、AS3属于网络提供商NP1，自治域AS2、AS5属于网络提供商NP2，自治域AS4属于网络提供商NP3。从图1中可以看到，大企业用户的VPN搭建方式有多种选择：(1)AS1-＞AS2-＞AS4；(2)AS1-＞AS3-＞AS4；(3)AS1-＞AS5-＞AS4，等等。在第一种和第三种方案中，大企业用户需要分别与NP1、NP2和NP3签订SLA，而在第二种方案中，则需要分别与NP1和NP3签订SLA。大企业用户只知道自己的Private Network1和Private Network2的IP地址范围，并不清楚底层网络环境，因此，大企业用户就会产生疑问“我究竟应该和谁签订SLA？”。同样，VoIP服务提供商也存在相同的问题，两个VoIP网关之间的带宽预留方案也有多种选择：(1)AS2-＞AS1-＞AS5，(2)AS2-＞AS3-＞AS5，(3)AS2-＞AS4-＞AS5。究竟选择哪一种方案将决定与哪些网络提供商签订商业合同。

另一方面，内容提供商、服务提供商以及大企业等客户对于网络的资源需求不仅仅局限于带宽，还可能要求网络提供时延、抖动、丢包率等服务质量QoS保证。显然，只靠单个自治域的信息无法决定网络的端到端特性是否能够满足SLA的需求。如前所述，用户不知道底层的路由，也无法了解底层各个自治域的网络性能参数，因此无法确定服务数据流走哪条路才能够得到服务质量保证，也无法确定各个自治域应该为自己提供什么样的QoS参数。

下面采用上述的大企业用户的事例来说明这个问题：表1是大企业用户的VPN的SLA中的全局SLS的端到端QoS参数，这些数值是大企业客户知道的。表2是图1中各个自治域中的PDB信息，包括自治域中边缘路由器ER之间的时延和丢包率，这些数值对于大企业客户则是透明的，换句话说，大企业客户无法知道这些网络参数值。

参数名	数值
		源IP地址	Private Network1网关的IP地址
目的IP地址	Private Network2网关的IP地址
		预留带宽值	80M
端到端时延	≤110ms
		丢包率	≤0.6％
时延抖动	(暂不考虑)

表1：VPN的全局SLS参数

ASID	源ER	目的ER	时延(ms)	丢包率(％)
					1	ER1	ER2	35	0.1
ER1	ER3	45	0.3
				ER2		ER1	40	0.15
2	ER2	ER8	30						0.22
				ER2	ER4	30	0.2
	ER4	ER8	35					0.3
				3	ER2	ER6	45		0.15
ER2	ER7	37	0.23
					ER6	ER7	32	0.35
4	ER4	ER5	40						0.15
				ER4	ER6	50	0.2
	ER5	ER6	35					0.3
				5	ER3	ER6	30		0.25
ER3	ER7	27	0.15
					ER3	ER9	35	0.1
ER6	ER7	43	0.2
					ER6	ER9	36	0.26
ER7	ER9	45	0.3

表2：各个自治域的PDB信息

根据表2的数据，分别计算上述几个VPN构建方案的端到端QoS参数值：

(1)AS1-＞AS2-＞AS4：在该方案中，端到端路径上需要通过以下几个边缘路由器：ER1-＞ER2-＞ER4-＞ER5

a、端到端时延＝t_ER1，ER2+t_ER2，ER4+t_ER4，ER5＝35ms+30ms+40ms＝105ms；

b、丢包率＝1-(1-P_ER1，ER2)(1-P_ER2，ER4)(1-P_ER4，ER5)＝1-(1-0.1％)(1-0.2％)(1-0.15％)＝0.45％

(2)AS1-＞AS3-＞AS4：在该方案中，端到端路径上需要通过以下几个边缘路由器：ER1-＞ER2-＞ER6-＞ER5

a、端到端时延＝t_ER1，ER2+t_ER2，ER6+t_ER6，ER5＝35ms+45ms+35ms＝115ms；

b、丢包率＝1-(1-P_ER1，ER2)(1-P_ER2，ER6)(1-P_ER6，ER5)＝1-(1-0.1％)(1-0.15％)(1-0.3％)＝0.55％

(3)AS1-＞AS5-＞AS4：在该方案中，端到端路径上需要通过以下几个边缘路由器：ER1-＞ER3-＞ER6-＞ER5

a、端到端时延＝t_ER1，ER3+t_ER3，ER6+t_ER6，ER5＝45ms+30ms+35ms＝110ms

b、丢包率＝1-(1-P_ER1，ER3)(1-P_ER3，ER6)(1-P_ER6，ER5)＝1-(1-0.3％)(1-0.25％)(1-0.3％)＝0.85％

根据大企业客户VPN SLA中的QoS参数需求，可以看出：只有方案一的端到端时延和丢包率都满足需求，方案二不满足端到端时延需求，方案三不满足丢包率需求。因此，对于大企业客户来说，只能选择方案一，分别与NP1、NP2和NP3签订SLA。

然而，在现有的情况下，大企业客户无法知道底层的路由技术，更无法知道各个网络的技术参数，因此，大企业客户无法确定和哪些网络提供商签订怎样QoS保证的SLA，特别是在采用电子商务技术时，这个问题尤为突出。

为了给内容提供商、服务提供商和大企业客户等需要与网络提供商签订跨多个域的SLA提供参考消息，本发明提供了在多域异构IP网络中服务等级规范的分解装置和方法。该装置由顺序连接而互相传递信息的四个模块(参见图2)：用户接口模块，路由分析模块，PDB信息获取模块和参数分解模块所组成。下面分别对每个模块进行详细介绍。

用户接口模块是用户访问该SLS分解装置的接口，该接口向用户提供图形化的访问界面，并定义了用户提交的全局SLS的标准格式以及SLS分解服务返回给用户的结果(单域SLS)的标准格式。用户可以通过浏览器浏览该页面，根据页面提示填写全局SLS的表单(即图2中用户接口模块左侧上方所示图形)，点击提交按钮将该全局SLS提交给SLS分解装置。SLS分解装置接收到全局SLS后，经过处理，返回给用户分解以后的多个单域SLS(即图2中用户接口模块左侧下方所示图形)。全局SLS中包含以下参数：源地址SrcIP，目的地址DesIP，带宽BW，端到端时延Delay_{SrcIP，DesIP}，端到端丢包率Loss_{SrcIP，DesIP}。全局SLS还可以包含其它QoS参数，为了清楚说明分解过程，这里认为全局SLS只包含以上参数。

路由分析模块的主要功能是：根据用户提交的全局SLS中的源目地址参数寻找可能的端到端路径(可能有多条)，并判断该路径所经过的自治域，以及对每个自治域分别采用一个自治域标识符ASID进行标识。当SLS分解装置接收到用户提交的全局SLS时，将把全局SLS中的源地址和目的地址交给路由分析模块。路由分析模块通过查找自身维护的路由表和向其余的自治域的路由分析模块获取路由信息，能够找到所有可能的端到端路径。该路径包括端到端路径上核心路由器IP和边缘路由器IP。取得端到端路径后，根据自治域的信息以及连接各个自治域的边缘路由器的信息，路由分析模块将端到端路径转换成只含有边缘路由器的形式，在路径上同时还给出穿过的自治域的ID。路由分析模块输出信息如下：自治域信息：ASInfo＝{ASID₁，ASID₂......ASID_n}，边缘路由器信息：ERInfo＝{<ERID₁，ERID₂>，<ERID₂，ERID₃>......<ERID_n，ERID_n+1>}，其中<ERID_i，ERID_j>对应于ASID_i。

路由分析模块所需要了解的路由信息是通过网管工具得到的，也可以在路由分析模块中加上类似于路由器的路由功能、定期与网络上的路由器交换路由信息的路由组件来了解最新实时路由信息。另外，路由分析模块还需要了解所在自治域的信息(如该自治域的ID)，以及该自治域内的、与其它各个临近自治域相连的边缘路由器的路由信息。因为SLS分解装置设置在每个自治域，或者是由若干个自治域共用一个该装置，因此路由分析模块保存的路由信息最多不超过几个自治域，路由表存储的内容不会很多。

PDB信息获取模块的功能是：根据路由分析模块得到的各条可能的端到端路径，以自治域ID为索引，获取该路径上各个自治域的PDB信息。该信息包括每个自治域内边缘路由器对之间的时延和丢包率等各种参数。每个自治域需要为SLS分解装置提供获取PDB信息的接口，具体的实现技术可以采用CORBA或Web Service等各种分布式技术，只要符合SLS分解装置的接口标准即可。各个自治域的PDB参数可以根据各自的网络技术采用不同的测量方法来得到实时数据，也可以通过分析历史统计数据得到历史参数。PDB信息获取模块获取的信息包括：

时延：Delay_{ERIDi，ERIDj}  其中<ERID_i，ERID_j>∈ERInfo，向自治域ASID_i获得；

丢包率：Loss_{ERIDi，ERIDj} 其中<ERID_i，ERID_j>∈ERInfo，向自治域ASID_i获得。及抖动等QoS参数。

参数分解模块的功能是：根据PDB信息获取模块获得的各个自治域的PDB信息，分别计算路由分析模块中得到的各条可能的端到端路径的QoS参数，判断其中哪些路径的端到端QoS参数能够满足全局SLS的QoS要求，再对能够满足要求的路径生成分解结果，并发送给用户接口模块，由该模块返回给用户。

判断和分解算法如下：

(1)判断时延是否满足需求：

如果全局SLS要求的端到端的时延不大于该端到端路径上经过的各个自治域内的时延之和，即时延 ${\mathrm{Delay}}_{\mathrm{SrcIP},\mathrm{DesIP}}\&le;\underset{<{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERID}}_j>\&Element;\mathrm{ERInfo}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Delay}}_{\mathrm{ERIDi},\mathrm{ERIDj}},$ 则满足需求；式中Delay_{SrcIP，DesIP}表示端到端的时延，即源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的时延；Delay_{ERIDi，ERIDj}表示自治域ASID_i的边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的时延，属于PDB信息；ERInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上的边缘路由器对信息；

(2)判断丢包率是否满足需求：

如果全局SLS要求的端到端的丢包率不大于1减去该端到端路径上经过的各个自治域内不丢包概率之积的差，即丢包率 ${\mathrm{Loss}}_{\mathrm{SrcIP},\mathrm{DesIP}}\&le;1-\underset{<{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERID}}_j>\&Element;\mathrm{ERInfo}}{\mathrm{\&Pi;}}(1-{\mathrm{Loss}}_{\mathrm{ERIDi},\mathrm{ERIDj}});$ 则满足需求；式中Loss_{SrcIP，DesIP}表示端到端的丢包率，即源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的丢包率；Loss_{ERIDi，ERIDj}表示自治域ASID_i的边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的丢包率，属于PDB信息；1-Loss_{ERIDi，ERIDj}表示自治域ASID_i的边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的不丢包的概率；ERInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上的边缘路由器对信息；

(3)如果时延和丢包率都满足需求，则分解成n个单域SLS，n为该全局SLS跨经的所有自治域的数目，其中第i个自治域的单域SLS的QoS参数SLS_ASIDi至少包括：源地址ERID_i：自治域ASID_i的入口边缘路由器的IP地址；目的地址ERID_j：自治域ASID_i的出口边缘路由器的IP地址；带宽BW：全局服务等级规范SLS的带宽请求；时延Delay_{ERIDi，ERIDj}：边缘路由器ERID_i和ERID_j之间的时延；丢包率Loss_{ERIDi，ERIDj}：边缘路由器ERID_i和ERID_j之间的丢包率；式中ASID_i∈ASInfo，ASInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上所经过的自治域信息。

本发明的SLS分解装置使用分布式技术设置在每个自治域(如图3所示)，或者是由若干个自治域共用一个该装置，这些装置之间通过分布式技术如Web服务或CORBA交换信息。该装置呈现给用户的方式可以有多种，如用户可以通过Web来访问该装置，或是通过客户端程序使用CORBA总线与该装置交换数据。用户只要按照规定的格式提供给该装置需要分解的全局SLS，该装置就会根据网络状况返回给用户分解以后的单域的SLS，返回结果可以有多种方案，用户可以根据实际需要进行选择。

参见图4和图5，介绍本发明装置的整个SLS分解操作方法的处理流程以及接口数据。其中图5是图1中分析的大企业客户希望构建VPN的SLS分解流程的一个实例，描述了SLS分解过程中各个模块之间互相传递的相关参数以及对参数处理后得出的结果。该大企业客户的全局SLS如前面的表1所示，各域的PDB信息如表2所示。整个分解过程包括下列操作步骤：

(1)用户接口模块接收到大企业客户提交的全局SLS，全局SLS的形式如图中所示；

(2)用户接口模块接收到的全局SLS后，将其转换成各个模块都能获取的内部表达形式，但全局SLS所包含的内容没有改变；再将该全局SLS的内部表达形式发送给路由分析模块；

(3)路由分析模块接收到全局SLS后，对其中的源地址SrcIP和目的地址DesIP进行路由分析，得到多种路由方案(图5中只显示了路由方案一的参数的具体数值，但图中显示了共有三个路由方案)，每个路由方案中都包含有该路径上的边缘路由器ER和自治域AS信息；

(4)路由分析模块将该多种路由方案都发送给PDB信息获取模块；

(5)PDB信息获取模块根据各个路径上的边缘路由器ER和自治域AS信息分别向各个自治域的PDB信息提供接口获取其PDB信息，得出多种路由方案的端到端路径上的各个自治域的PDB信息(参见图5右下侧的三个矩形框)；

(6)PDB信息获取模块将多种路由方案的端到端路径上的各个自治域的PDB信息发送给参数分解模块；

(7)参数分解模块收到PDB信息后，分别计算和判断每一种路由方案是否能够满足全局SLS的端到端QoS参数，如果有能够满足QoS请求的路径，则将全局SLS分解成各个单域SLS(图5中展示了满足全局SLS要求的一条路径中的三个单域SLS)；如果没有找到满足QoS请求的路径，则返回，并将没有找到合适路径的结果告知用户；

(8)参数分解模块将分解后的多种路由方案下的各个单域SLS发送给用户接口模块；

(9)用户接口模块将分解后的多种路由方案下的各个单域SLS发送给用户。

本发明已经进行了仿真实施试验，在该仿真试验中部署了大于20个路由节点的多域环境。在域边缘部署业务源，用户在域边缘接入网络，发起QoS申请。每一个域有独立的域内资源管理和接纳控制机制，负责域内资源部署和业务接纳。用户通过QoS管理系统的界面浏览、申请业务，形成业务SLA；系统将SLA中的技术部分SLS发送给域间管理模块；域间管理模块将跨域的SLS分解为各个域内的SLS。本发明提出的SLS分解装置驻留在域间管理模块中，SLA管理模块向服务提供商提供界面，充当SLS分解装置的用户接口模块，替代服务提供商将全局SLS提交给SLS分解装置；SLS分解装置将全局SLS分解成各个域内的单域SLS，并通过SLA管理模块与用户之间的界面将结果呈现给用户。SLS分解装置需要的自治域信息、路由信息则通过系统项目中自行开发的网管软件——拓扑发现模块提供，而各个自治域的PDB信息则由系统项目中网络监测模块提供。实施试验基本实现了发明目的。

Claims (10)

1、一种在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：该装置由顺序连接而互相传递信息的四个模块：用户接口模块，路由分析模块，PDB信息获取模块和参数分解模块所组成；其中用户接口模块是用户访问该SLS分解装置的接口，其功能是：向用户提供图形化的访问界面，定义用户提交的全局SLS的标准格式和向用户返回的作为分解结果的单域SLS标准格式；路由分析模块的功能是：根据用户提交的全局SLS中的源目地址参数寻找各条可能的端到端路径，并判断该路径所经过的自治域，以及对每个自治域分别采用一个与某个网络提供商相对应的自治域标识符ASID进行标识；PDB信息获取模块的功能是：根据路由分析模块得到的各条可能的端到端路径，以自治域标识符ASID为索引，获取该路径上各个自治域的、至少包括每个自治域内边缘路由器对之间的时延和丢包率的各种PDB参数信息；参数分解模块的功能是：根据PDB信息获取模块获得的各个自治域的PDB信息，分别计算路由分析模块中得到的各条可能的端到端路径的端到端QoS参数，判断其中哪些路径的QoS参数能够满足全局SLS的QoS要求，再根据PDB信息获取模块发送来的PDB信息对能够满足要求的路径生成分解结果，发送给用户接口模块，由该模块返回给用户。

2、根据权利要求1所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：所述装置使用分布式技术设置在每个自治域，或者是由若干个自治域共用一个该装置，各个装置之间采用Web服务或公共对象请求代理结构CORBA接口交换信息。

3、根据权利要求1所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：所述全局SLS是指尚未经过分解、可能跨经多个网络提供商的多个自治域的端到端SLS，全局SLS中的QoS参数都是针对端到端提出的，至少包含有：源地址SrcIP，目的地址DesIP，带宽BW，端到端时延Delay_{SrcIP，DesIP}，端到端丢包率Loss_{SrcIP，DesIP}。

4、根据权利要求1所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：所述单域SLS是指经过分解、对应于单个自治域的SLS，单域SLS中的QoS参数都是针对同一个自治域内两个边缘路由器之间提出的，至少包括有：该自治域的入口边缘路由器IP地址、出口边缘路由器IP地址、带宽、时延和丢包率。

5、根据权利要求1所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：所述路由分析模块从用户提交的全局SLS中的源目地址参数寻找各条可能的端到端路径是通过查找自身维护的路由表和向临近的自治域的路由分析模块获取路由信息而得到的。

6、根据权利要求5所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：所述路由分析模块自身维护的路由表中存储有其从网管工具或该模块附加的、与网络上的路由器定期交换路由信息的路由组件得到的最新实时路由信息；路由分析模块还需要了解所在自治域的信息，以及该自治域内的、与其它各个临近自治域相连的边缘路由器的路由信息，以便路由分析模块根据自治域的信息和连接各个自治域的边缘路由器的信息，将所获取的路由信息中的端到端路径转换成只含有边缘路由器的形式，在路径上同时给出穿过的自治域的标识。

7、根据权利要求1所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解装置，其特征在于：所述PDB信息获取模块是从每个自治域为SLS分解装置提供的接口获取该自治域的历史统计数据和/或实时测量的PDB信息，该接口采用CORBA或Web服务通信标准；所述PDB信息至少包括：自治域内各个边缘路由器对之间的时延和丢包率。

8、一种在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解方法，其特征在于：包括下列操作步骤：

(1)用户接口模块接收到用户提交的全局SLS；

(2)用户接口模块将接收到的全局SLS转换成各个模块都能获取的内部表达形式，再将该全局SLS的内部表达形式发送给路由分析模块；

(3)路由分析模块接收到全局SLS后，对其中的源地址SrcIP和目的地址DesIP进行路由分析，得到多种路由方案，每个路由方案中都包含有该路径上的边缘路由器ER和自治域AS信息；

(4)路由分析模块将该多种路由方案都发送给PDB信息获取模块；

(5)PDB信息获取模块根据各个路径上的边缘路由器ER和自治域AS信息分别向各个自治域获取其PDB信息，得出多种路由方案的端到端路径上的各个自治域的PDB信息；

(6)PDB信息获取模块将多种路由方案的端到端路径上的各个自治域的PDB信息发送给参数分解模块；

(7)参数分解模块收到PDB信息后，分别计算和判断每一种路由方案是否能够满足全局SLS端到端路径的QoS参数，如果有能够满足QoS请求的路径，则将全局SLS分解成各个单域SLS；如果没有找到满足QoS请求的路径，则返回，并将没有找到合适路径的结果告知用户；

(8)参数分解模块将分解后的多种路由方案下的各个单域SLS发送给用户接口模块；

(9)用户接口模块将分解后的多种路由方案下的各个单域SLS发送给用户。

9、根据权利要求8所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解方法，其特征在于：所述步骤(3)中，路由分析模块对全局SLS中的源地址SrcIP和目的地址DesIP进行的路由分析包括下列步骤：

(31)先查找自身路由表和向临近自治域的路由分析模块获取路由信息而得到由端到端路径组成的多种路由方案，此时的路径包括端到端路径上的核心路由器IP地址和边缘路由器IP地址；

(32)根据其所在的自治域信息和该自治域内与其它自治域相连接的边缘路由器的信息，将端到端路径转换成只含有边缘路由器的形式，且在路径上同时给出穿过的自治域的标识ASID；

(33)输出路由分析结果，每一条路径的信息包括：

其所经过的自治域信息：ASInfo＝{ASID₁，ASID₂......ASID_n}

对应的各个边缘路由器对信息：

ERInfo＝{<ERID₁，ERID₂>，<ERID₂，ERID₃>......<ERID_n，ERID_n+1>}，

式中：ASID_i是第i个自治域的标识，ERID_i表示第i个自治域的入口边缘路由器的IP地址，ESID_j表示第i个自治域的出口边缘路由器的IP地址，其中序号i、j皆为自然数，且j＝i+1；＜ERID_i，ERID_j＞对应于ASID_i表示第i个自治域ASID_i具有IP地址为ERID_i的入口边缘路由器与IP地址为ESID_j的出口边缘路由器。

10、根据权利要求8所述的在多域异构IP网络中服务等级规范SLS的分解方法，其特征在于：所述步骤(7)中，参数分解模块根据PDB信息分别计算和判断每一种路由方案是否能够满足全局SLS端到端的QoS参数的算法包括下列步骤：

(71)判断时延是否满足需求：

如果全局SLS要求的端到端的时延不大于该端到端路径上经过的各个自治域内的时延之和，即时延 ${\mathrm{Delay}}_{\mathrm{SrcIP},\mathrm{DesIP}}\&le;\underset{<{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERlD}}_j>\&Element;\mathrm{ER}\ln \mathrm{fo}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Delay}}_{{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERID}}_j},$ 则满足需求；式中：Delay_SrcIP，DesIP表示全局SLS要求的端到端的时延，即源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的时延；Delay_{ERIDi，ERIDj}表示第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器与出口边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的时延，属于PDB信息；ERInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上的边缘路由器对信息；

(72)判断丢包率是否满足需求：

如果全局SLS要求的端到端的丢包率不大于1减去该端到端路径上经过的各个自治域内不丢包概率之积的差，即丢包率 ${\mathrm{Loss}}_{\mathrm{SrcIP},\mathrm{DesIP}}\&le;1-\underset{<{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERID}}_j>\&Element;\mathrm{ERInfo}}{\mathrm{\&Pi;}}(1-{\mathrm{Loss}}_{{\mathrm{ERID}}_i,{\mathrm{ERID}}_j}),$ 则满足需求；式中：Loss_{SrcIP，DesIP}表示全局SLS要求的端到端的丢包率，即源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的丢包率；Loss_{ERIDi，ERIDj}表示第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器与出口边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的丢包率，属于PDB信息；1-Loss_{ERIDi，ERIDj}表示第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器与出口边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的不丢包的概率；ERInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上的边缘路由器对信息；

(73)如果前述步骤计算的时延和丢包率都满足全局SLS要求，则分解成n个单域SLS，自然数n为该全局SLS跨经的所有自治域的数目，其中第i个自治域的单域SLS的QoS参数SLSAS_IDi至少包括：源地址：第i个自治域ASID_i的入口边缘路由器的IP地址ERID_i；目的地址：第i个自治域ASID_i的出口边缘路由器的IP地址ERID_j；带宽BW：全局服务等级规范SLS的带宽请求；时延Delay_{ERIDi，ERiDj}：第i个自治域ASID_i的边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的时延；丢包率Loss_{ERIDi，ERIDj}：第i个自治域ASID_i的边缘路由器对ERID_i和ERID_j之间的丢包率；SLS_ASIDi中的ASID_i∈ASInfo，ASInfo是由路由分析模块得出的源IP地址SrcIP和目的IP地址DesIP之间的端到端路径上所经过的自治域信息。

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