CN1716866A - 一种实现端到端服务质量可靠性保证的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现端到端服务质量可靠性保证的方法，为承载节点设置其备份节点，并将所设置的备份关系上报并保存于该承载节点归属的承载控制层实体，该方法还包括：a.判断是否有存在备份的承载节点发生故障，如果有，则将该故障承载节点上的所有业务切换到该故障承载节点的备份节点上，并上报承载节点当前状态；b.判断当前发生故障的承载节点是否与非本管理域的承载节点相连，如果是，则故障承载节点所属的承载控制层实体通知对端域的承载控制层实体网络拓扑资源发生变化；否则，执行步骤c；c.承载控制层实体根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的资源占用。该方法能保证承载网络中业务的连续性以及网络QoS的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及服务质量保障技术，尤指一种利用边缘或边界路由器备份实现承载控制层中端到端服务质量(QoS)可靠性保证的方法。
背景技术
随着互联网规模的不断扩大，各种各样的网络服务争相涌现，先进的多媒体系统也层出不穷。由于实时业务对网络传输时延、延时抖动等特性较为敏感，当网络上有突发性高的文件传输(FTP)或者含有图像文件的超文本传输(HTTP)等业务时，实时业务就会受到很大影响；另外，由于多媒体业务将占用大量的带宽，所以也将使得现有网络中需要得到保证的关键业务难以得到可靠的传输。于是，为保证关键业务得到可靠的传输，各种服务质量(QoS，Qualityof Service)技术便应运而生。互联网工程任务组(IETF，Internet Engineering TaskForce)已经提出了很多服务模型和机制，以满足QoS的需求。目前业界比较认可的是在网络的接入或边缘使用综合业务(Int-Serv，Integrated Service)模型，而在网络的核心使用区分业务(Diff-serv，Differentiated Service)模型。
Diff-serv模型仅通过设定优先等级的措施来保障QoS，该模型虽然有线路利用率高的特点，但具体的效果难以预测。因此，业界为骨干网的Diff-Serv模型引入了一个独立的承载控制层，建立了一套专门的Diff-Serv QoS信令机制，并为Diff-Serv网络专门建立了一个资源管理层，管理网络的拓扑资源，这种资源管理Diff-Serv方式被称为有独立承载控制层的Diff-Serv模型。图1为该模型的示意图，其中，101为业务服务器，属于业务控制层，可实现软交换等功能；102为承载网资源管理器，属于承载控制层；实心圆如103为边缘路由器(ER，Edge Router)，空心圆如104为核心路由器(CR，Core Router)，斜线填充的圆如105为边界路由器(BR，Border Router)；ER、CR、BR都属于承载网络，可以统称为连接节点(CN，Connection Node)；CR和BR也可以合称为传输路由器(TR，Transmit Router)。图1中，承载网络中的每个虚线椭圆为一个管理域，分别由一个承载网资源管理器来管理，每个管理域中包括BR或ER、以及若干个CR。
在图1所示的这种模型中，承载网资源管理器负责配置管理规则和网络拓扑，为客户的业务带宽申请分配资源。每个管理域的承载网资源管理器之间通过信令传递客户的业务带宽申请请求和结果，以及各承载网资源管理器为业务申请分配的路径信息等。当承载控制层处理用户的业务带宽申请时，将确定用户业务的路径，承载网资源管理器会通知ER按照指定的路径转发业务流。
承载网资源管理器中的路由包含信令路由和业务路由两种，信令路由指的是各个承载网资源管理器如何找到下一跳承载网资源管理器的过程；业务路由指的是承载网资源管理器如何根据业务流信息查找合适的承载标签交换路径(LSP)的过程，具体包括域内路由和域间路由。
通常，承载网是根据承载控制层确定的路径来实现用户业务流按指定的路由进行转发的，目前，业界主要是利用多协议标签交换(MPLS)技术，使用资源预留方式沿着承载控制层指定的业务流路径建立LSP，或使用基于流量工程的资源预留协议(RSVP-TE)或限制路由的标记分配协议(CR-LDP)的显式路由机制建立端到端的LSP。
在承载网络中，可靠性保证是非常重要的，目前，在承载网络中已经有不少保证可靠性的方法，最简单的就是冷备份。所谓冷备份是指将一个网络实体作为另一个网络实体的完全备份，比如：将网络实体B作为网络实体A的冷备份，那么，备份实体B在原实体A发生故障时，就会完全替代原实体A。当然，原实体A所对应的承载连接和业务连接都需要重建。
冷备份的方法在网络建设初期实现简单，因为节点无需实时地进行倒换和平滑。但是，冷备份只适用于小型网络，因为小型网络中业务量小且实时性要求不高，允许中断重建。在小型网络中，冷备份是最有效的路由机制，总能出色地工作。可是，随着业务量的增长，实时性要求高的业务的膨胀，用户希望感觉不到业务被中断。这样，故障时会中断业务进行重建，就成了冷备份最大的缺点。试图在复杂的、实时性要求高的广域网中使用冷备份，将会使很多业务在承载网某段故障时，被迫中断重建，从而使得QoS不能得到保证。
现有技术中还提供了一种独立承载控制层的Diff-serv模型方案，称为服务骨干实验网(QBone，Quality-of-Service backbone)的带宽代理器模型。如图2所示，该模型为每个Diff-Serv管理域都设置了相应的带宽代理器(BB，BandwidthBroker)201，该带宽代理器负责处理来自用户主机、业务服务器或者网络维护人员的带宽申请请求，并根据当前网络的资源预留状况和配置的策略以及与用户签订的业务服务等级协定(SLA，Service Level Agreement)，确定是否批准用户的带宽申请。该带宽管理器内记录着各类SLA配置信息、物理网络的拓扑信息、路由器的配置信息和策略信息、用户认证信息、当前的资源预留信息、网络占用状态信息等大量静态或动态的信息。同时，带宽管理器还需要记录路由信息，以确立用户的业务流路径和跨域的下游带宽管理器位置。但是，在这种带宽代理器模型中并未考虑可靠性的设计。
另外，还有一种NEC公司提出的Rich QoS方案。如图3所示，在该方案中，将QoS服务器作为关键部件，同时该方案中还包括与QoS服务器相配套的策略服务器、目录服务器以及网管监控服务器。策略服务器根据QoS服务器及管理接口等策略配置信息，设置相关的路由器的参数和配置；目录服务器则是一个统一、集中的数据库，用于保存网络设备配置信息、用户信息和QoS信息；而网管监控服务器则负责收集承载网各路由器和链路的拥塞状态等信息，供QoS服务器为业务申请选路时参考；而QoS服务器则负责根据承载网络的拓扑和资源状况为QoS业务请求分配满足要求的承载路径。在实际应用中，需要在QoS服务器上预先设置好承载网络的拓扑和带宽状况，配置好选路规则。当业务服务器向QoS服务器发出带宽请求后，QoS服务器纪录该呼叫的资源请求，并根据其QoS要求，以及承载网络的当前拓扑和当前资源状况为业务请求分配满足要求的承载路径，将分配的结果反馈业务服务器。QoS服务器还可根据业务的带宽占用情况，向策略服务器发出相应的LSP策略修改命令，策略服务器根据QoS服务器的命令，配置相应的边缘路由器。在该方案中，边缘路由器将使用MPLS LSP建立的显式路由技术，并根据QoS服务器指定的路径，重新建立或调整LSP。
在上述的Rich QoS方案中，QoS服务器所管理的仍然是一个较复杂的、路由器数量比较多的承载网络，路由器数量多；同时，也未考虑可靠性设计，扩展性很差，网络规模受限，不能适应一个全国公众网的端到端业务需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现端到端服务质量可靠性保证的方法，使其能保证承载网络中业务的连续性以及网络QoS的可靠性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种实现端到端服务质量可靠性保证的方法，为承载节点设置其备份节点，并将所设置的备份关系上报并保存于该承载节点归属的承载控制层实体，该方法还包括以下步骤：
a.判断是否有存在备份的承载节点发生故障，如果没有，则返回步骤a，否则，将该故障承载节点上的所有业务切换到该故障承载节点的备份节点上，并向该故障承载节点归属的承载控制层实体上报承载节点当前状态；
b.判断当前发生故障的承载节点是否与非本管理域的承载节点相连，如果是，则故障承载节点所属的承载控制层实体通知对端域的承载控制层实体网络拓扑资源发生变化；否则，执行步骤c；
c.承载控制层实体根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的资源占用。
其中，步骤a所述判断为：所述故障承载节点的备份节点根据是否收到对端的心跳握手信号来检测对端承载节点是否发生故障。步骤a所述判断进一步包括：由承载控制层实体检测是否有承载节点发生故障，如果有，则根据自身记录的承载节点间的备份关系判断当前的故障承载节点是否存在备份，如果存在，则承载控制层实体根据备份关系通知该故障承载节点的备份节点接管故障承载节点的所有业务。
上述方案中，步骤b中故障承载节点所属的承载控制层实体发出通知后，进一步包括：获得对端域承载控制层实体返回的确认。
上述方案中，步骤c进一步包括：故障承载节点所属的承载控制层实体判断是否需要向故障承载节点的备份节点发送故障承载节点上的策略信息。
上述方案中，步骤c具体包括：故障承载节点所属的承载控制层实体收到上报信息，根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的拓扑资源占用。或者，步骤c具体包括：故障承载节点所属的承载控制层实体收到上报信息以及对端域承载控制层实体返回的确认后，根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的拓扑资源占用；同时，对端域承载控制层实体根据所收到的网络拓扑资源变化信息，更新自身域内和域间的拓扑资源占用。
该方法进一步包括：故障承载节点恢复正常后，自动变为备用节点；所述恢复正常的承载节点所属的承载控制层实体修改该承载节点的可用状态。
上述方案中，所述承载节点为边缘路由器、或为边界路由器、或为二者组合。所述承载控制层实体为承载网资源管理器。
本发明所提供的实现端到端服务质量可靠性保证的方法，采用备用承载节点的方式，对作为承载节点的边缘路由器或边界路由器设置互为备份的两个承载节点，当其中的某个承载节点发生故障时，通过互为备用的路由器之间的故障切换，使业务能够快速从原承载节点界切换到备份承载节点上，从而保证业务连接能够在承载路由器发生故障时继续得到同等QoS的服务，大大提高了端到端QoS的可靠性保障。
并且，本发明可以针对各种业务的不同情况，根据网络的具体情况，满足用户对业务的QoS需求。该方法实现简单，易于维护管理，可适用于任何规模的网络。另外，互为备用的承载节点同时也可以起到负载均衡的作用。
附图说明
图1为现有技术中独立的承载控制层网络模型示意图；
图2为现有技术中QBone的带宽代理器模型示意图；
图3为现有技术中IP QoS方案体系结构示意图；
图4为本发明中独立承载控制层网络模型的组成结构示意图；
图5为本发明方法的具体实现流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：采用备份承载节点的方式，来支持在承载节点发生故障时，故障承载节点上的业务数据流能够切换到备用承载节点上，从而使业务连接继续得到服务，进而提高业务的QoS可靠性保证。这里，承载节点是指边缘路由器(ER)，或是边界路由器(BR)。
图4为本发明中独立承载控制层网络模型的组成结构示意图，如图4所示，401为业务服务器，属于业务控制层，用于实现软交换等功能；402为承载网资源管理器，属于承载控制层。在承载网络中，包括几个管理域：管理域A、管理域B、管理域C。403和403’是边缘路由器，属于管理域A，403与403’是互为备份的两个承载节点；405和405’是边界路由器，属于管理域B，405与405’是互为备份的两个承载节点；同样，406和406’是边界路由器，属于管理域C，406与406’是互为备份的两个承载节点。这里，边界路由器405与406相连，那么，相应的边界路由器405’也与406’相连。图4中，403与403’之间、405与405’之间、406与406’之间的虚线，表示在403与403’之间、405与405’之间、406与406’之间存在检测对方是否处于正常状态的心跳机制，以及互相交换路由信息的交互连接机制。
对于承载网络中的所有边缘路由器和边界路由器来说，可以根据用户需求或网络规划要求，为某些或所有边缘路由器或边界路由器设置备份。因此，本发明方法实现的前提就是：为承载网络某个管理域中的某个或某些边缘路由器或边界路由器设置其备份承载节点，并通知该承载节点归属的承载控制层实体，记录所设置的承载节点之间的备份关系；同时，在互为备份的承载节点之间建立心跳机制，用于检测对方是否处于正常运行状态，这里所述的心跳机制可以是：互为备份的两个承载节点之间周期性的发送心跳握手信号，如果在周期时间内收到对端的心跳握手信号，说明对端节点工作正常，否则，认为对端节点发生故障。互为备份的两个承载节点在正常工作状态下，可以各自独立完成一部分路由功能，当两个承载节点中的某个节点发生故障后，另一节点就马上接管故障节点的所有业务，同时还继续自己原来负责的业务。设置备份节点之后，在承载控制实体和互为备份的承载节点种都保存有节点间的备用关系。这里，承载控制层实体是承载网资源管理器。
另外，还可以进一步在互为备份的两个承载节点之间建立用于其它数据交互的连接机制，使两个承载节点之间能互相交换路由信息。
基于此，本发明方法的具体实现过程如图5所示，包括以下步骤：
步骤501～502：检测并判断是否有存在备份的承载节点发生故障，如果没有，则返回步骤501；如果有，则将该故障承载节点上的所有业务切换到该故障承载节点的备份节点上，即：该故障承载节点的备份节点接管故障承载节点的所有业务，并向该故障承载节点归属的承载控制层实体上报承载节点当前状态。承载控制层实体收到上报信息后，修改自身存储的相应承载节点的状态。当故障承载节点恢复正常时，自动变为当前正常工作的承载节点的备用节点，同时相应的承载控制层实体修改该承载节点的可用状态。
本步骤的实现可分为两种情况：一种是由备份节点检测对端节点是否发生故障；另一种是由承载控制层实体检测是否有承载节点发生故障。
对于第一种情况，当某个具有备份节点的承载节点发生故障时，该故障承载节点的备份节点能通过心跳机制的检测感知对端发生故障，则该故障承载节点的备份节点就立即接管故障承载节点的所有业务，并向承载控制层实体发通告，表示自己已经接管故障承载节点的业务。
对于第二种情况，承载控制层实体检测到某个承载节点发生故障后，主动进入故障处理流程，具体说就是：承载控制层实体如承载网资源管理器检测是否有承载节点发生故障，如果没有，则不做任何处理或继续检测；如果有，则根据自身记录的承载节点间的备份关系判断该故障承载节点是否存在备份，如果存在，则承载控制层实体根据备份关系通知该故障承载节点的备份节点，立即接管故障承载节点的所有业务。
步骤503～504：判断当前发生故障的承载节点是否与其它管理域中的承载节点相连，也就是判断故障是否发生在承载网管理域的边缘，如果没有，则直接执行步骤505；否则，故障承载节点所属的承载控制层实体通知对端域的承载控制层实体网络资源和拓扑结构发生变化，即：故障承载节点所属的承载控制层实体通知故障承载节点所连接的承载节点所属的承载控制层实体已发生承载节点的切换，故障承载节点上的所有业务已切换到其备份节点上。
比如：图4中如果边界路由器105发生故障，则边界路由器105上的所有业务会切换到边界路由器105’上，同时由于边界路由器105与边界路由器106相连，而边界路由器105属于CM1的管理域A，边界路由器106属于CM2的管理域B，所以CM1需要通知CM2边界路由器106所连接的管理域A中的边界路由器发生了切换。此时，如果只是边界路由器105与边界路由器106相连、边界路由器105’与边界路由器106’相连，则CM2还需要进行边界路由器106到边界路由器106’的切换；如果边界路由器106与边界路由器105和边界路由器105’都相连，则CM2不需要进行边界路由器的切换。
故障承载节点所属的承载控制层实体向对端域发出通知后，还要等待获得对端域承载控制层实体返回的确认。
两个承载控制层实体之间的交互可以通过已有的交互协议和流程来实现。
步骤505：承载控制层实体收到上报的承载节点切换信息后，或是收到上报的切换信息及对端域承载控制实体的确认后，根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的资源占用情况。
这里，该承载控制层实体还可以进一步判断是否需要向故障承载节点的备份节点下发原故障承载节点上的策略信息，以保证新承载节点继续为故障承载节点的所有业务数据流提供同样的QoS保证，如果需要，则承载控制层实体向故障承载节点的备份节点下发原故障承载节点上的策略信息，否则，不作处理。
同时，如果某个域的承载控制实体收到其他域承载控制实体发来的拓扑资源变化消息，则该收到消息的承载控制实体需要根据受影响的业务连接情况更新自身域内和域间拓扑资源占用情况。这里，所述的更新需要根据呼叫拓扑、呼叫所需资源来综合调整域内和域间的资源占用。比如：发生故障的边界路由器105上原来存在50个电话业务连接，占用100K的带宽，那么，发生承载节点的切换后，50个电话业务切换到了边界路由器105’上，相应的，拓扑结构以及域内、域外的资源分配都发生了变化，承载控制实体如承载网资源管理器就需要根据变化后的资源占用情况以及所构成的新的网络拓扑结构，进行自身域内和域外资源占用的调整，比如：业务连接所占用路由的调整等等。具体如何完成域内、域外资源调整不是本申请的重点，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种实现端到端服务质量可靠性保证的方法，其特征在于，为承载节点设置其备份节点，并将所设置的备份关系上报并保存于该承载节点归属的承载控制层实体，该方法还包括以下步骤：
a.判断是否有存在备份的承载节点发生故障，如果没有，则返回步骤a，否则，将该故障承载节点上的所有业务切换到该故障承载节点的备份节点上，并向该故障承载节点归属的承载控制层实体上报承载节点当前状态；
b.判断当前发生故障的承载节点是否与非本管理域的承载节点相连，如果是，则故障承载节点所属的承载控制层实体通知对端域的承载控制层实体网络拓扑资源发生变化；否则，执行步骤c；
c.承载控制层实体根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的资源占用。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a所述判断为：所述故障承载节点的备份节点根据是否收到对端的心跳握手信号来检测对端承载节点是否发生故障。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a所述判断进一步包括：由承载控制层实体检测是否有承载节点发生故障，如果有，则根据自身记录的承载节点间的备份关系判断当前的故障承载节点是否存在备份，如果存在，则承载控制层实体根据备份关系通知该故障承载节点的备份节点接管故障承载节点的所有业务。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中故障承载节点所属的承载控制层实体发出通知后，进一步包括：获得对端域承载控制层实体返回的确认。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c进一步包括：故障承载节点所属的承载控制层实体判断是否需要向故障承载节点的备份节点发送故障承载节点上的策略信息。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c具体包括：故障承载节点所属的承载控制层实体收到上报信息，根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的拓扑资源占用。
7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤c具体包括：故障承载节点所属的承载控制层实体收到上报信息以及对端域承载控制层实体返回的确认后，根据受故障承载节点影响的业务连接占用拓扑资源情况更新自身的拓扑资源占用；同时，对端域承载控制层实体根据所收到的网络拓扑资源变化信息，更新自身域内和域间的拓扑资源占用。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：故障承载节点恢复正常后，自动变为备用节点；所述恢复正常的承载节点所属的承载控制层实体修改该承载节点的可用状态。
9、根据权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，所述承载节点为边缘路由器、或为边界路由器、或为二者组合。
10、根据权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，所述承载控制层实体为承载网资源管理器。
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