CN1739269A - 借助于流经网络边界的通信业务的与链路有关的极限值在面向分组的网络中限制通信业务 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对面向分组的网络进行接入控制的方法。对分组群，借助于与网络的子链路(L)有关的极限值(ILB(L，w)，ELB(L，v))进行许可检查，其中所述极限值是经子链路(L)传送的整个通信业务的极限，所述通信业务通过网络的入口节点(w)或者出口节点(v)流通。如果传输允许会导致通信业务超过极限值(ILB(L，w)，ELB(L，v))，那么不允许传输数据分组群。可以对应该传输流的分组的所有子链路进行该接入控制。通过接入控制，可以在子链路(L)上避免过载情况或者拥塞。可以将本发明的接入控制与其他接入控制相结合，以便获得网络的优化使用。

Description

借助于流经网络边界的通信业务的与链路有关的极限值在面向 分组的网络中限制通信业务

本发明涉及在面向分组的网络中限制通信业务的方法。

目前，对面向分组的网络的技术研究是网络技术、交换技术和互联网技术等领域内的工程师的集中活动范围。

在此，尽可能将面向分组的网络用于任何业务的目的是重要的。传统上是通过面向分组的网络进行时间不紧急的数据传输，例如传输文件或者电子邮件。具有实时要求的语音传输传统上借助于时分复用技术通过电话网来展开。在此，人们通常称之为TDM(时分多路复用)网络。除了实现数据和语音传输外，通过布设具有高带宽或高传输容量的网络还在可行的范围内推动了与图像有关的业务的实现。例如在视频点播业务或可视会议的范围内，实时地传输视频信息是将来网络业务的重要类型。

这种研究的目的在于，尽可能通过面向分组的网络执行所有的业务，与数据有关的、与语音有关的以及与视频信息有关的业务等。对于在不同业务范围内传输数据的不同要求，通常定义了业务类。主要在具有实时要求的业务中以预定的业务质量进行的传输需要对经网络的分组传输进行相应的控制。在英语中有一系列的概念涉及通信业务的控制：traffic management(业务管理)、trafficconditioning(业务调节)、traffic shaping(业务整形)、trafficengineering(业务工程)、policing(监控)等等。对于面向分组的网络的通信业务控制，在本领域文献中讲述了各种方案。

在ATM(异步传输模式)网络中，为整个传输链路上的每个数据传输进行一种预留。通过这种预留来限制通信业务量。为了监视，逐段地进行过载控制。按照分组头部的CLP比特(CLP：信元丢失优先级)对分组进行可能的舍弃。

Diff-Serv方案在IP(互联网协议)网络中被应用，并且旨在通过引入业务类而为具有高质量要求的业务提供更好的业务质量。在此也常称之为CoS(业务类)模型。Diff-Serv方案在IETF公开的编号为2474和2475的RFC中讲述过。在Diff-Serv方案的范畴内，借助于数据分组的IP头内的DS(差分服务)字段并通过设置DSCP(DS代码点)来进行分组通信的优先化。借助于“per hop”资源分配来实现该优化，也就是说，在节点内按照在DS字段内通过DSCP参数所规定的业务类来对分组进行不同的处理。也即，按照业务类来进行通信业务的控制。该Diff-Serv方案将导致对优先业务类的通信业务进行特许的处理，但不会导致可靠地控制通信业务量。鉴于业务质量而经IP网络进行传输的另一种措施通过RSVP(资源预留协议)来给出。该协议涉及一种预留协议，借助于该协议沿一个路径进行带宽预留。于是，通过该路径能够进行一种业务质量(QoS)的传输。该RSVP协议与一种能经IP网络实现虚拟路径的MPLS(多协议标签交换)协议一起使用。为保证该QoS的传输，通常沿着该路径控制通信业务量，并在必要时进行限制。然而，由于引入路径而丧失了IP网络原来的许多灵活性。

有效地控制通信业务是集中地为了保证传输质量参数。此外，在通过面向分组的网络传输数据的范畴内，当控制通信业务时还要注意数据传输时的高度灵活性和低复杂性，例如IP网络大量地具有这种高度灵活性和低复杂性。但是，在采用具有端对端路径预留的RSVP协议时，这种灵活性和低复杂性又会大部分失去。像Diff-Serv的其他方法不会产生可靠的业务类。

本发明的任务在于，给出一种用于面向分组的网络的有效通信业务控制，其克服了常规方法的上述缺点。

该任务通过权利要求1或者权利要求2所述的用于在面向分组的网络中限制通信业务的方法来解决。

在本发明方法的范围内，针对流的需经所述网络传输的数据分组群进行一种与子链路有关的许可检查。在第一本发明方法中，该许可检查借助于经子链路流通的通信业务部分的极限值来进行，该部分在网络入口节点处进入网络，数据分组群也应该经该网络入口节点进入网络。如果允许传输会导致通信业务量超过所述的极限值，那么不允许传输该数据分组群。

在第二本发明方法中，借助于经子链路流通的通信业务部分的极限值来进行许可检查，所述部分被继续传输到网络出口节点，数据分组群应该经该网络出口节点离开网络。如果传输许可会导致通信业务量超过该极限值，那么不允许传输该数据分组群。

根据改进方案，针对流的分组进行两种许可检查，其中一种借助于经流的网络入口节点传送的通信业务的极限值来进行，该通信业务经子链路流通，而另一种借助于经子链路传送的通信业务的极限值来进行，该通信业务经与流相同的网络出口节点离开网络。

例如可以在应该将流传输到网络中所经的网络入口节点处进行许可检查。

子链路可以例如通过两个网络节点之间的连接给出。也可以使用概念连接段或者链路来代替子链路。

所述面向分组的网络还可能涉及子网络。在IP(互联网协议)系统中例如存在将整个网络划分为被称作“自主系统”的网络的网络结构。本发明的网络例如可以是一种自主系统或者业务供应商(ISP：互联网业务供应商)的负责范围内的整个网络的一部分。在子网络的情况下，可以通过子网络内的通信业务控制或者通过子网络之间的有效通信来确定用于经整个网络传输的业务参数。

概念“流”通常被用来称呼源和目的地之间的通信业务。在此，“流”涉及面向分组的网络入口节点和网络出口节点，即在本申请的语音用法意义上，流的所有分组都通过同样的入口节点和同样的出口节点进行传输。分组群例如被分配给一个连接(在TCP/IP传输中通过IP地址和起始处理器以及目标处理器的端口号来定义)和/或一个业务类。

面向分组的网络的入口节点是将分组传送到网络所经的节点；出口节点是分组离开网络所经的网络节点。在英语文献中，经常称之为ingress节点和egress节点。例如可以给定一个包括边缘节点和内部节点的网络。当例如分组能够通过网络的所有边缘节点到达网络或者离开网络时，在该情形下，网络的边缘节点既是网络入口节点又是网络出口节点。

本发明的许可检查可以通过一个节点内或者连接在该节点前的计算机内的控制实例来进行。在此，一个控制实例可以接管多个节点的控制功能。

通过本发明的许可检查，控制网络子链路上的通信业务量。可以通过经网络的所有入口节点和出口节点对与子链路有关的极限值求和来计算出子链路总业务量的极限。通过限制通信业务可以防止子链路上的过载情况或者拥塞。例如借助于统计信息如此确定极限值，使得过载或者拥塞只以非常小的几率出现。由此避免分组的延迟和舍弃。

对网络的所有子链路，按照本发明进行业务量的限制或者控制。如果接入控制之一不正常，即对在流的数据分组的路径中的一条链路超过极限值，那么为需传输的流，对在应该传输流的分组时所经的所有子链路进行本发明的接入控制，并且不允许该流。

可以在具有商定的服务质量特征(SLA：服务水平协议)的传输意义上限制通信业务量，例如根据通信业务的优先化。对低优先化的通信业务例如可以通过极限值容忍较高的舍弃概率。

在网络内对整个通信业务量进行控制，对保证具有QoS数据传输的业务是重要的。通过对所有的网络入口节点和网络出口节点确定经节点传送的通信业务的极限值，可以达到所述目的。通过将对所有网络入口节点或者网络出口节点的极限值相加，可以将经入口节点和出口节点传送的通信业务的与子链路有关的极限值与相应子链路上的最大通信业务量的值联系起来。在此，子链路上通信业务量的最大值通常不仅仅取决于带宽，而且还取决于所使用的网络技术。例如一般要考虑，是否涉及LAN(局域网)、MAN(城域网)、WAN(广域网)或者主干网。例如对实时应用的网络必须一起考虑不同于传输容量的参数、例如在传输时的延迟。例如对于具有CSMA/CD(载波多路监听(带)冲突检测)的LAN接近100％的负荷率与延迟联系在一起，实时应用一般排斥该延迟。于是，从子链路上的最大通信业务量的最大值可以确定经入口节点和出口节点传送的通信业务的极限值。

可以借助于经验值或者节点和子链路的已知特性确定在例如借助于网络入口节点和网络出口节点可表征的单个流和经网络的单个子链路的部分通信业务量之间的关系。也能够测定网络，以便获得经与网络入口节点和网路出口节点有关的单个子链路的部分业务通信量。在通信业务理论中，经常使用概念业务矩阵和业务分布情况。这里该业务矩阵的项通过平均通信业务量给出，在分配给矩阵元素的由网络输入和网络输出组成的对之间预测所述平均通信业务量。业务分布情况的概念与之不同，该业务分布情况指真正出现的通信业务。从通信业务矩阵和网络内路由的信息可以如此确定本发明使用的极限值，使得避免过载情况。

本发明具有以下优点，即只有在入口节点和出口节点处才必须把信息提出以用于接入控制。这些信息例如对所有入口节点或者出口节点包括经相应节点传送的通信业务的极限值和当前值。信息的范围是有限的。信息的更新耗费低。内部节点在许可控制方面不需要接管功能。因此，该方法耗费相对较低，并且比为单个子链路设定许可控制的方法具有更低的复杂度。与诸如ATM或者MPLS等传统的方法相比，节点内不需要预留路径。

将本发明的接入控制与其他接入控制相组合，其中如果所有接入控制正常，那么允许流的分组。可能的其他接入控制使用例如下列极限值：

●整个通信业务的极限值，该通信业务经入口节点(ingress节点)流入网络。

●整个通信业务的极限值，该通信业务经出口节点(egress节点)离开网络。

●在由入口节点(ingress节点)和出口节点(egress节点)组成的对之间的整个通信业务的极限值。

可以在网络边缘进行所有这些其他的接入控制，这样网络的内部节点不必为接入控制存储与子链路有关的状态信息。

可以在网络单个子链路上的整个通信业务量和在许可控制时所使用的极限值之间建立一种关系。可以作为具有边缘条件或者约束条件的优化问题以不等式的形式确立该关系。对此，为了表达网络入口节点和网络出口节点之间的通信业务量和网络子链路上的通信业务量之间的关系，部分通信业务量经网络单个子链路流通。

另外，该表达允许，在确定许可检查的极限或者极限值时采用不等式形式的其他准则。例如在确定许可检查的极限或者极限值时可以采用不等式形式的条件，该条件取决于具有较大延迟时间的子链路上高优先权通信业务的少量通信业务量。另一例子是出口节点的例子，经所述出口节点可以将分组传输到其他网络的多个入口节点，即该出口节点具有到多个其他网络的接口。如果后接网络的入口节点可以比出口节点处理更少的数据量，那么可以通过不等式形式的另一约束条件保证，通过出口节点传送到入口节点的通信业务超过其容量。

根据本发明改进方案，在子链路出现故障时，重新利用以下条件确定一种或者多种许可检查的极限或者极限值：经该出现故障的子链路不传输分组。通过重新确定极限值可以达到，经其他链路传送否则应该经出现故障的链路传输的通信业务，而不会因为该转送的通信业务而出现过载。所以可以灵活地对故障作出反应。

可以通过选择极限值或者极限来保证针对链路故障的防备性保护。在此，对多数可能的干扰情况分别确定极限或者极限值，其中通信业务量在故障情况下也保持在许可的范围内，也就是说，诸如渡越时间延迟和分组损耗率等参数保持在通过质量要求为数据传输限定的范围内。于是，将极限或者极限值确定在研究的干扰情况的值的最小值。也就是说，通过选择极限或者极限值获知每个干扰情况。多数干扰情况可以例如包括链路的所有故障。

下面借助于附图在实施例的范围内对本发明进行更详细的描述。

附图示出本发明网络。边缘节点通过实心圆标明，而内部节点通过空心圆标明。链路通过节点之间的连接来表示。作为示例，入口节点用w表示，出口节点用v表示，以及链路用L表示。通过链路L来传输节点I和E之间的通信业务的一部分。在入口节点w和出口节点v处的许可检查与其他边缘节点处的许可检查一起确保在链路L中不出现过载。

下面来描述本发明方法的数学关系。在实践中，一般根据最大的链路容量来确定极限或者极限值。出于更简单的数学表示，下面考察相反的情况，即根据极限或者极限值计算链路的规格大小。于是可以利用数字方法来解决该相反的问题。

为了下面更详细地描述，引入下列量：

ILB(L，w)：经链路L的在网络入口节点w处进入网络的通信业务的极限值(ILB代表Ingress Link Budget)，

ELB(L，v)：经链路L的在网络出口节点v处离开网络的通信业务的极限值(ELB代表Egress Link Budget)，

c(L，F)：在网络段或者链路L上汇聚的通信业务量，

aV(w，v，L)：在入口节点w和出口节点v之间的整个通信业务量的经链路L的部分通信业务量，

Ingress(w)：通过网络入口节点w的通信业务的极限值，

Egress(v)：通过出口节点v的通信业务的极限值，

δ(w，v)：网络入口节点w和网络出口节点v之间的通信业务量，

BBB(w，v)：入口节点w和出口节点v之间的通信业务量的极限。

链路L上的通信业务量c(L，F)是由经所述链路L传送的单个流的汇聚的部分项。如果f1，……，fn是流，其中从所述经链路L传送通信业务的一部分，并且它的p(L，fi)，iε{1，……，n}是经链路L传送的流部分fi的度量值，那么有：

c(L，F)＝∑fi*p(L，fi)，对i＝1，……，n求和。

如果允许链路L上的流时，通过入口节点w进入网络的部分c(L，F)超过极限值ILB(L，w)，或者流到出口节点v的部分c(L，F)超过极限值ELB(L，v)，那么不允许从入口节点w到出口节点v的流。

在确定网络的规格大小时，对所有链路遵守下列两个条件：

c(L，F)≤∑ILB(L，w)，对所有入口节点w求和，(1)

和

c(L，F)≤∑ELB(L，v)，对所有出口节点v求和。(2)

对所有链路L有：

c(L，F)＝∑δ(i，j)·aV(w，v，L)，对所有w和v求和。(3)

例如借助于单工算法可以为ILB(L，w)和ELB(L，v)的规定值计算最大c(L，F)，它满足不等式(1)、(2)或者(1)和(2)。(方程(3)的解具有边缘条件(1)、(2)或者(1)和(2))。正好相反，对一组极限或者极限值ILB(L，w)或者ELB(L，v)检测，是否可能在链路L上出现不允许的高负载。在这种情况下，可以改变极限或者极限值来抵制过高负载。

本发明方法简单地允许，通过改变极限或者极限值对干扰作出反应。因此，在链路L出现故障时，这种关系可以不考虑所述链路(例如通过将这些链路L的所有aV(i，j，L)置零)。通过该关系的新的表达可以计算出改变的极限或者极限值，以作为许可准则防止在网络内部过载。

对具有附加许可检测的实施方案

●或者借助于在入口节点流入网络的通信业务的极限值Ingress(w)，

●或者借助于在出口节点离开网络的通信业务的极限值Egress(v)，

●或者借助于在网络入口节点w和网络出口节点v之间的通信业务量的极限值BBB(w，v)，

来表述其他的不等式：

对所有入口节点w

Σδ(w，v)≤Ingress(w)，对所有v求和。(4)

对所有出口节点v

∑δ(w ，v)≤Egress(v)，对所有w求和。(5)

对所有2元组(w，v)

δ(i，j)≤BBB(w，v)。(6)

再次适用方程(3)在边缘条件下求解。可以在任意组合条件(1)、(2)、(4)、(5)和(6)的情况下，进行优化。分别针对所有链路L，所有入口节点w或者出口节点v或者由入口节点和出口节点组成的所有2元组(w，v)的(1)、(2)、(4)、(5)和(6)形式的边缘条件组对确定网络的规格大小是充分的。另外可以采用其他条件分别任意地作为条件的完整组(即例如对所有链路L或者所有入口节点w)或者作为单条件(例如条件(1)或者(2)用于确定的链路L)。因为在表达该问题时利用附加条件来满足更多条件，所以c(L，F)的最大值小于或者等于在没有附加条件求解时的情况。附加条件限制解空间，并且在极限值具有相同值时就链路L的规格大小而言导致更小的值c(L，F)。因此，在链路L的最大容量c(L，F)具有相同的规定值的情况下，逆转该问题时，附加条件导致极限值的更大的值。所以，在确定极限时具有更大的灵活性，并因此在网络最佳负荷方面具有更大的灵活性。例如可以根据网络的拓扑引入附加条件。

Claims (8)

1.用于在具有多个子链路的面向分组的网络中限制通信业务的方法，其中

-针对流的需经所述网络传输的数据分组群进行与子链路(L)有关的许可检查，其中

-所述数据分组群应该在网络入口节点(w)处进入所述网络，

-借助于在所述网络入口节点(w)进入并且经所述子链路(L)传送的整个通信业务的极限值(ILB(L，w))进行所述的许可检查，和

-如果允许传输会导致所述子链路(L)上的通信业务超过所述极限值(ILB(L，w))，那么不允许传输所述数据分组群。

2.用于在具有多个子链路的面向分组的网络中限制通信业务的方法，其中

-针对流的需经所述网络传输的数据分组群进行与子链路(L)有关的许可检查，其中

-所述数据分组群应该在网络出口节点(v)处离开所述网络，

-借助于经所述子链路(L)传送并通过网络出口节点(v)离开所述网络的整个通信业务的极限值(ELB(L，v))进行所述许可检查，和

-如果允许传输会导致所述子链路(L)上的通信业务超过所述极限值(ELB(L，v))，那么不允许传输所述数据分组群。

3.按照权利要求1与2所述的方法，其特征在于，

-进行与所述子链路(L)有关的两种许可检查，其中

-根据权利要求1进行一种许可检查，和

-根据权利要求2进行另一种许可检查，和

-如果允许传输会导致所述子链路(L)上的通信业务超过所述两个极限值(ILB(L，w)，ELB(L，v))之一，那么不允许传输所述数据分组群。

4.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

-针对在传送属于流的分组群的分组时所经的所有子链路(L)，按照权利要求1或者2进行一种许可检查或者按照权利要求3进行两种许可检查。

5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

-进行另一种许可检查，其中

-借助于通过流的网络入口节点(Ingress(w))传送的整个通信业务的极限值进行所述许可检查，和

-如果允许传输会导致所述网络入口节点(w)处的通信业务超过所述极限值(Ingress(w))，那么不允许传输所述数据分组群。

6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

-进行另一许可检查，其中

-借助于通过流的网络出口节点(Egress(v))传送的整个通信业务的极限值进行所述的许可检查，和

-如果允许传输会导致所述网络出口节点(v)处的通信业务超过所述极限值(Egress(v))，那么不允许传输所述数据分组群。

7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

-进行另一许可检查，其中

-借助于从流的所述网络入口节点(Ingress(w))到所述网络出口节点(Egress(v))传送的整个通信业务的极限值(BBB(w，v))进行所述许可检查，和

-如果允许传输会导致所述网络入口节点(w)和所述网络出口节点(v)之间的通信业务超过所述极限值(BBB(w，v))，那么不允许传输所述数据分组群。

8.具有执行按照权利要求1至6之一所述方法的工具的边缘节点。