弹性分组环网中有效利用带宽资源的方法及装置
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域,尤其涉及一种弹性分组环网中针对不同类业务的带宽分配方法及装置。
背景技术
RPR(弹性分组环)技术是一种新兴的城域网组网技术,属于MAC(媒体接入控制)层协议,RPR技术是为优化数据包的传输而提出的,它吸收了千兆以态网技术的经济性,SDH(同步数字序列)对技术对延时和抖动的严格保障,以及50ms环网环保护和恢复等特性,并具有空间复用,带宽动态分配,支持多业务级别等特点。这使其成为当前光网络上传输数据包的一种优化技术,正得到业界广泛的关注和重视。
为对RPR技术有进一步的了解,下面再结合附图对RPR环网的结构和节点的结构作进一步的说明。
RPR环网是采用反向双环结构,内环和外环彼此独立,都可以完成数据帧发送和接收,同时又互为备份、保护。环网最多可以支持255个节点相连。最优化的环网最大周长为2000公里。RPR环网结构如图1所示,其中外环定义为ringlet0,内环定义为ringlet1;S为各个节点;两个节点之间的部分定义为span;两个节点之间的每一个连接定义为links。
RPR节点的结构则如图2所示,由物理层实体和MAC实体组成,其中MAC实体包含一个MAC控制实体,即图中的control,两个数据通道实体和环向选择实体,即图中的select。外环数据通过西向物理实体接收进来,经过外环数据通道接收送往MAC client(用户侧实体)或通过东向物理实体转发。内环数据通过东向物理实体接收进来,经过内环数据通道接收送往用户侧实体或通过西向物理实体转发。用户侧实体接收两个环向数据的同时可以通过东西两个物理实体发送数据上环网。
在网络应用过程中,不同的应用对网络传输延时和时延抖动的敏感程度是不一样的。例如,实时语音业务对传输有严格的时延要求,但却能容忍少量的分组丢失,而FTP(文件传送协议)应用却不能容忍分组丢失,但对时延却没严格要求。当网络资源有限,同时业务量比较大时,需要根据业务类型和其对服务要求的不同采取相应的控制机制。RPR协议提出了通过对业务进行分类,并对不同的业务类型采用不同的带宽分配方式的建议,以此来尽量满足不同业务对网络业务Qos(服务质量)的要求;目前,在RPR的MAC层,客户数据被分为3种类型,具体见下表:
业务优先级 |
服务质量 |
是否受RPR公平算法控制 | 应用 |
class |
subclass |
带宽保证 |
延时抖动 |
带宽类型 |
A |
A0 |
Yes | low |
分配的预留带宽 |
No | Real time |
A1 | 分配的可回收 |
B |
B_CIR |
Bounded | Near realtime |
B_EIR | No | unbounded | 争用的 | Yes |
C | |
Best effort |
表中:
ClassA:A类业务带宽是分配的,能获得有保障的CIR(信息速率),很低的端到端延时和一定范围的抖动。ClassA又分为两个子等级:subclassA0对应于预留的带宽,subclassA1对应于可回收的带宽,所谓的可回收的带宽是指分配给A1类业务的但A1类业务暂不应用,且其他业务可以临时占用的带宽;
ClassB:在分配的带宽范围内,即表中的B_CIR,提供有保证的带宽,一定范围的延时和抖动。对超过分配的带宽部分被称为“超额信息速率(EIR)”,即表中的B_EIR,提供尽力而为的数据传送,不提供保证的带宽,也不保证其延时和抖动,对此部分业务要受RPR的公平算法控制;
ClassC:提供尽力而为的数据传送,不提供保证的带宽,也不保证其延时和抖动,对此部分业务要受RPR的公平算法控制;
从上述RPR协议提出的通过对业务进行分类对不同的业务类型采用不同的带宽分配方式的建议可以看出:RPR的MAC层希望通过预先分配带宽(又称带宽预留)的方法保证A类业务和B类业务的承诺信息速率,但MAC层对C类业务不做带宽分配,仅随机提供带宽,即C类业务只能使用没有分配的带宽或已分配给A、B类业务但可回收的带宽,因此环网不能对C类业务承诺所能提供的最小带宽和最大延时抖动,即尽力而为。当出现带宽资源争用时,RPR MAC使用WFA(Weight Fairness Algorithm,加权公平算法)来对C类业务进行速率控制。在MAC内部A类业务还可以进一步分为两个子类:A0子类,A1子类。做这种划分的目的提高环网回收那些已分配给A类业务但没有使用的带宽的能力。当A1子类分配的带宽没有被使用或没被用完时,可被B,C类回收利用。
上述针对RPR协议提出的不同业务类型的带宽分配方案中,目前还没有一种可行的解决方案,因而使得在RPR环网中目前还无法实现所述的各类业务的带宽回收,这样也就无法保证RPR环网中带宽资源的有效利用,同样也无法保证RPR环网中对不同类型的业务采用不同级别的带宽分配方案。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题,本发明的目的是提供一种弹性分组环网中有效利用带宽资源的方法及装置,从而实现在RPR环网中可以针对不同类型的业务提供不同的带宽分配方案,保证了RPR环网中的带宽资源可以得到有效的利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
本发明提供了一种弹性分组环网中有效利用带宽资源的方法,包括:
A、针对RPR(弹性分组环)网中的不同类型业务分别设置对应的速率整形器,并分别设定各速率整形器的控制参数及传输控制方式,所述的传输控制方式包括各速率整形器间相关联的控制方式;
B、将需要在RPR网中传输的业务根据其业务类型选择对应的速率整形器,并根据设定的控制参数及传输控制方式进行业务的传输。
所述的弹性分组环网中有效利用带宽资源的方法中,步骤A所述的不同类型业务为:在RPR网中,根据待传输业务的传输优先级将其分划为不同类型业务。
所述的不同类型业务包括:分配预留带宽的业务,分配可回收带宽的业务及可利用回收带宽的业务,且与各不同类型业务对应设置的速率整形器分别为预留带宽速率整形器、带宽可回收速率整形器和回收带宽速率整形器。
所述的分配可回收带宽的业务进一步包括:多个不同优先级的分配可回收带宽的业务,且各业务分别对应设置着具有相应优先级的速率整形器。
所述的弹性分组环网中有效利用带宽资源的方法中,步骤A所述的各速率整形器的控制参数包括:
分配的令牌数、令牌更新周期、令牌最大值、令牌最小值和丢包门限值。
所述的弹性分组环网中有效利用带宽资源的方法中,步骤A所述的各速率整形器间相关联的控制方式包括:
所述的带宽可回收速率整形器之间,及带宽可回收速率整形器与回收带宽速率整形器间的相关联的控制方式。
所述的相关联的控制方式包括:
设置与带宽可回收速率整形器相关联的速率整形器可以占用的带宽资源包括该所述带宽可回收速率整形器分配到的带宽资源;
当所述的带宽可回收速率整形器对应的业务到来时,需要对所述带宽可回收速率整形器及与其相关联的该速率整形器进行带宽的调整;
且所述的与带宽可回收速率整形器相关联的速率整形器包括:各优先级的带宽可回收的速率整形器或回收带宽速率整形器。
所述的相关联的控制方式还包括:
当所述的速率整形器占用了与其相关联的速率整形器的带宽资源,且与其相关联的速率整形器对应的业务到来时,则需要禁止继续传输占用其带宽资源的速率整形器对应的业务。
本发明还提供了一种弹性分组环网中有效利用带宽资源的装置,包括:
传输业务分析器:分析待传输的业务,并根据业务的类型将所述业务发送给与其对应的带宽预留速率整形器、可回收带宽速率整形器或回收带宽速率整形器;
带宽预留速率整形器:为其分配固定的且其他速率整形器不可以占用的带宽资源,用于控制传输RPR网中的带宽预留的业务;
带宽可回收速率整形器:为其分配需要的且其他速率整形器可以占用的带宽资源,用于控制传输RPR网中的分配可回收带宽的业务;
回收带宽速率整形器:用于控制传输RPR网中的可以利用为其他业务分配的可回收带宽进行传输的业务,该速率整形器可以占用的带宽资源包括与其相关联的可回收速率整形器分配到的带宽资源。
所述的可以占用其他速率整形器分配到的带宽资源的速率整形器设置有与被占用带宽资源的速率整形器连接的通道,所述的通道用于传输被占用带宽资源的速率整形器所控制的业务类型的资源占用信息。
所述的弹性分组环网中有效利用带宽资源的装置中:
所述的带宽可回收速率整形器进一步包括:
高优先级带宽可回收速率整形器:为其分配需要的且其他速率整形器可以占用的带宽资源,用于控制传输RPR网中的高优先级的分配可回收带宽的业务;
低优先级带宽可回收速率整形器:为其分配自身需要的带宽再加上高优先级带宽可回收速率整形器分配到的带宽,且其他速率整形器可以占用该带宽资源,用于控制传输RPR网中的分配可回收带宽的业务;
或,所述的带宽可回收速率整形器进一步包括:
多个带宽可回收速率整形器,每个带宽可回收整形器可以占用的带宽资源包括为自身分配的需要的带宽资源再加上其他带宽可回收速率整形器分配到的带宽资源,用于控制传输RPR网中的分配可回收带宽的业务。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,本发明采用了多通道输入的速率整形器,使得各速率整形器间可以占用设定速率整形器的可回收的带宽资源,从而有效地保证了RPR网络中的资源利用率。也就是说,在网络传输过程中,业务传输优先级较低的业务可以占用为高优先级业务分配的且未使用的可回收带宽资源,并在需要进行高优先级业务的传输时可以收回被占用的带宽资源,这样,提高了网络中业务传输性能,并提高了网络带宽资源的利用率。
本发明的实现为当前针对RPR网络的带宽回收的建议有了较为可行的技术方案,合理地解决了RPR网络中带宽资源有效利用的问题。
附图说明
图1为RPR环网结构示意图;
图2为RPR环网及其中的节点的结构示意图;
图3为在RPR环网中应用速率整形器进行速率限制的示意图;
图4为所述的速率整形器的结构示意图;
图5为本发明所述的带宽回收的原理示意图;
图6、图7、图8、图9和图10分别为不同的带宽回收过程示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想是利用设置的多通道输入的速率整形器(即Shaper)实现RPR网络中带宽资源的有效利用,使得分配了可回收带宽资源的速率整形器在自身业务不应用该带宽资源的情况下,所述的可回收带宽资源可以被其他业务应用。
本发明所述的方法的具体实施方式如下所述:
首先,需要针对RPR网中的不同类型业务分别设置对应的速率整形器,并分别设定各速率整形器的控制参数及传输控制方式,所述的传输控制方式包括各速率整形器间相关联的控制方式;
所述的不同类型业务为:在RPR网中,根据待传输业务的传输优先级将其分划为不同类型业务,所述的不同类型业务可以包括:分配预留带宽的业务,分配可回收带宽的业务及可利用回收带宽的业务,各业务的优先级别依次降低,且其中所述的分配可回收带宽的业务还可以进一步划分为多个不同的优先级别的业务类型,具体可以参见背景技术描述部分的表中所示,当然,在实际应用过程中可以根据需要采用其他的业务类型划分方式;与所述的各不同类型业务对应设置的速率整形器分别为预留带宽速率整形器、带宽可回收速率整形器和回收带宽速率整形器;其中,所述的分配可回收带宽的业务所包括的多个不同优先级的分配可回收带宽的业务又分别对应设置着具有相应优先级的速率整形器;
所述的设定的各速率整形器的控制参数包括:分配的令牌数Credit、令牌更新周期Interval(该参数和分配的令牌数决定了业务传输的速率)、令牌最大值HiLimit、令牌最小值Lowlimit和丢包门限值Drpthreshd;基于设定的参数,实际分配的带宽计算如下:平均限制速率=Credit/Interval,最大突发速率=HiLimit/Interval;
每个速率整形器都有一个令牌桶“token bucket”,每个令牌更新周期令牌桶将增加一定数量的令牌,同时当有本速率整形器控制的业务流过时会根据流过的字节减少令牌桶中的令牌数量。每个速率整形器均设有三个门限:高门限(即Highlimit)、低门限(即Lowlimit)和丢包门限(即Drpthreshd),三个门限的作用是:当令牌增加时,当前令牌数始终取经过令牌更新周期增加后的令牌数和高门限值两者中的较小值,从而限制网络中突发流量;当令牌桶的令牌低于低门限时,代表令牌桶中的令牌用完应给出指示信号,指示应停止发送对应类型的业务;
所述的各速率整形器间相关联的控制方式包括:所述的带宽可回收速率整形器之间,及带宽可回收速率整形器与回收带宽速率整形器间的相关联的控制方式;也就是说,所述的各速率整形器间相关联的控制方式可以是不同或相同优先级的带宽可回收速率整形器之间的相关联控制方式,也可以是不同或相同优先级的带宽可回收速率整形器及回收带宽速率整形器之间的相关联的控制方式;
所述的相关联的控制方式具体包括:
设置与带宽可回收速率整形器相关联的速率整形器可以占用的带宽资源包括该所述带宽可回收速率整形器分配到的带宽资源;其中,所述的与带宽可回收速率整形器相关联的速率整形器可以为:各优先级的带宽可回收的速率整形器或回收带宽速率整形器,需要说明的是,在应用过程中,可以设置为仅有高优先级的带宽可回收速率整形器的可回收带宽资源可以被低优先级的带宽可回收速率整形器或回收带宽速率整形器占用,也可以设置为不同或相同优先级的带宽可回收速率整形器可以互相占用为彼此分配的可回收带宽资源;所述的速率整形器可以占用的带宽资源是指当该速率整形器对应的业务到来时,进行业务传输时可以应用的带宽资源;
当所述的带宽可回收速率整形器对应的业务到来时,需要对所述带宽可回收速率整形器及与其相关联的该速率整形器进行带宽的调整,即从分别从所述带宽可回收速率整形器及与其相关联的该速率整形器进行减去该业务传输过程中占用的带宽资源;
当所述的速率整形器占用了与其相关联的带宽可回收速率整形器的带宽资源,且与其相关联的速率整形器对应的业务到来时,则需要禁止继续传输占用其带宽资源的速率整形器对应的业务,以保证各带宽可回收速率整形器可以优先使用自身分配的可回收带宽资源。
经过了上述的配置处理后,则在RPR网络中,可以将需要在RPR网中传输的业务根据其业务类型选择对应的速率整形器,并根据设定的控制参数及传输控制方式进行业务的传输。
本发明还提供了一种RPR网中有效利用带宽资源的装置,如图4和图5所示,该装置具体包括:
传输业务分析器:分析待传输的业务,并根据业务的类型将所述业务发送给与其对应的带宽预留速率整形器、可回收带宽速率整形器或回收带宽速率整形器,该分析器位于图5的用户侧Client中;
带宽预留速率整形器:为其分配固定的且其他速率整形器不可以占用的带宽资源,用于控制传输RPR网中的带宽预留的业务,如图5中的ShaperA0,该速率整形器适用于网络中传输优先级别要求比较高的业务;
带宽可回收速率整形器:为其分配需要的且其他速率整形器可以占用的带宽资源,用于控制传输RPR网中的分配可回收带宽的业务,如图5中的ShaperA1和ShaperB;
所述的带宽可回收速率整形器进一步包括:
高优先级带宽可回收速率整形器:为其分配需要的且其他速率整形器可以占用的带宽资源,用于控制传输RPR网中的高优先级的分配可回收带宽的业务,如图5所示的ShaperA1;
低优先级带宽可回收速率整形器:为其分配自身需要的带宽再加上高优先级带宽可回收速率整形器分配到的带宽,且其他速率整形器可以占用该带宽资源,用于控制传输RPR网中的分配可回收带宽的业务,如图5所示的ShaperB;
或者,所述的带宽可回收速率整形器还可以进一步包括多个带宽可回收速率整形器,每个带宽可回收整形器可以占用的带宽资源包括为自身分配的需要的带宽资源再加上其他带宽可回收速率整形器分配到的带宽资源,用于控制传输RPR网中的分配可回收带宽的业务;
回收带宽速率整形器:用于控制传输RPR网中的可以利用为其他业务分配的可回收带宽进行传输的业务,该速率整形器可以占用的带宽资源包括与其相关联的可回收速率整形器分配到的带宽资源,如图5中的ShaperF,该速率整形器适用于网络中传输优先级较低的业务。
该装置中,所述的可以占用其他速率整形器分配到的带宽资源的速率整形器设置有与被占用带宽资源的速率整形器连接的通道,所述的通道用于传输被占用带宽资源的速率整形器所控制的业务类型的资源占用信息,也就是说所述的带宽可回收速率整形器及回收带宽速率整形器包括多个输入通道,如图4所示。
前面对本发明所述的方法及装置实施试进行了说明,下面再结合具体的应用实例对本发明作进一步说明。RPR技术中对速率的控制,带宽的回收所利用的核心器件是速率整形器Shaper,速率整形器设计的好坏直接关系到产品的性能。为了简化实际设计,我们在实际的RPR芯片设计中采用了通用的速率整形器Shaper电路,其中设定的三个门限值(高门限、低门限和丢包门限),以及令牌更新周期和分配的令牌数都是可配置的,通过不同的参数配置可以实现各种RPR网中需要的速率整形器,根据目前RPR带宽回收的需要可以确定所述的速率整形器最大支持四组输入即可以满足需求。每组输入提供当前速率整形器所控制业务类型的令牌信息,所述的令牌信息即为所述业务类型的流量需要占用的令牌数量信息。通过设计多组输入的速率整形器扩展了Shaper电路控制的业务流数量,满足本发明提供的带宽资源利用方案的需求,如图5中的shaperD便需要四组输入。当然,在实际的设计过程中还可以根据实际的需要设置速率整形器的输入组数。
现仍以背景技术部分所述图表提供的RPR网中的带宽分配建议为例对本发明。
首先,说明B类业务对A1类业务的可回收带宽的回收方法,如图5、图6、图7和图8所示;
通过对ShaperA1,ShaperB的带宽进行统一限制实现B类业务对A1类业务的带宽回收具体实现如图5所示:ShaperA1仅限制A1类业务速率,ShaperB限制A1类业务速率和B类业务速率,此时用户侧实体MAC client下发的A1类业务同时减ShaperA1令牌和ShaperB令牌,而针对下发的B类业务则只减ShaperB令牌,具体是可以通过控制速率整形器的通道选择信号来实现,例如,当用户侧实体下发A1类业务时,同时令所述速率整形器ShaperA1和ShaperB的通道选择信号均为有效(该信号有效时,则相应的速率整形器将会根据流过的业务量的大小进行令牌减少处理),当下发B类业务时,则仅令速率整形器ShaperB的通道选择信号有效。而带宽配置可进行相应更改,ShaperA1配置的带宽为分配给A1类业务的带宽,ShaperB配置的带宽为分配给A1类业务和B类业务的带宽之和,这样便可完成B类业务对A1类业务分配到的可回收带宽的占用,即实现B类业务对A1类业务的带宽回收。
假设分配给A1类业务的带宽BandwidthA1为100M,分配给B类业务的带宽BandwidthB为100M,基于带宽回收考虑,可以将ShaperA1的带宽配置为100M,ShaperB的带宽配置为200M,当用户侧实体下发A1类业务时,同时选中ShaperA1和ShaperB的输入通道,当用户侧实体下发B类业务时选中ShaperB的输入通道。
其中,B类业务回收A1类业务没有使用的A1类带宽的情况为:当用户侧实体下发A1类业务带宽为50M,则ShaperB还有150M带宽可供B类业务使用,相当于B可使用A1类业务未用的50M带宽,如图6所示。
A1类业务还可回收已被B类业务“侵占”的带宽,具体处理过程为:用户侧实体下发A1类业务带宽为50M,B类业务可下发150M,当A1类业务下发60M的业务,由于ShaperB带宽已用完(A1用50M,B用150M)则反压用户侧实体,禁止发送B类业务,而由于ShaperA1的带宽没用完,故不反压,可上到60M带宽,如图7所示。如果用户侧实体下发的A1类业务带宽持续增加在ShaperA1带宽用完前,均能收回已被B类业务“侵占”的带宽,最后A1下发100M,B下发100M,如图8所示,通过对ShaperA1,ShaperB带宽进行统一限制实现了B类业务对A1类业务的带宽回收,同时A1类业务又可收回被B侵占的带宽。
其次,再对C类业务对A1类业务和B类业务带宽回收的处理过程进行说明。如图5所示,ShaperF仅限制C类业务速率,ShaperD限制A1类,B类和C类业务速率,此时用户侧实体MAC client下发的所有非A0类业务均减ShaperD令牌,同样,可以通过控制速率整形器的通道选择信号来实现;ShaperD配置的带宽为环网非A0类业务的带宽;由于C类业务带宽是不可分配的,属于回收带宽速率整形器,理论上可不用,所以可将ShaperF配置的很大。
假设此时没有物理层实体转发的业务,设分配给A1类业务的带宽为100M,分配给B类业务的带宽为100M,ShaperD配置的带宽为500M,ShaperF配置的带宽为500M。A1类业务同时选中ShaperA1,ShaperB和ShaperD的输入通道,B类业务选中ShaperB和ShaperD的输入通道,C类业务选中ShaperF和ShaperD的输入通道。
其中,C类业务回收A1、B类业务没有使用的带宽的处理过程为:当用户侧实体下发A1、B类业务带宽各为50M,则ShaperB还有100M剩余带宽,其中50M为A1类业务剩余带宽,50M为B类业务剩余带宽。ShaperD还剩400M带宽可供C类业务使用,而ShaperF配置的带宽为500M,不起限制作用,如图9所示。
A1、B类业务收回被C类业务“侵占”的带宽的处理过程为:当用户侧实体下发A1类业务带宽为50M,则ShaperB还有150M,如此时大量下发B类业务,则B优先侵占A1的带宽,ShaperD的还剩300M带宽给C类业务可用。如图10所示,通过上述方法实现C类业务对A1,B类业务的带宽回收,同时A1,B类业务又可收回被C类业务侵占的带宽
由上述描述可以看出,通过设计一个四通道输入的速率整形器,根据配置不同实现了图3所示的RPR协议中要求的各种速率整形器shM,shI,shA0,shA1,shB,shF,shD等,此控制器使用灵活,功能强大,大大简化设计。
同时,利用通用速率整形器灵活的特点,仅仅通过更改配置和控制信号便完成了B类业务对A1类业务带宽回收。
另外,通过更改通用速率整形器的配置和控制信号完成了C类业务对A1类业务和B类业务的带宽回收。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。