CN1756143A - 传输网络带宽的时段复用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传输网络带宽的时段复用系统，包括网管；用户数据存储单元；链路容量调整单元以及对用户的传输流量数据按时段进行统计，并实时监测、接受网管指令和对用户带宽进行管理的流量工程单元。本发明还提供了一种传输网络带宽的时段复用方法，包括：A、预先为用户设置带宽，并对该用户的数据流量按时段进行统计，生成带宽重设置数据；B、根据所述带宽重设置数据为用户重新分配带宽；C、实时监测用户的数据流量，并根据所述数据流量生成带宽重设置数据；D、根据带宽重设置数据判断用户的使用带宽是否要重新分配带宽。本发明以解决在满足业务要求的情况下实现用户间带宽的公平共享，从而有效地提高了带宽的利用率。

Description

传输网络带宽的时段复用系统及方法

技术领域

本发明涉及网络系统，特别是涉及一种传输网络带宽的时段复用系统及方法。

背景技术

随着互联网的飞速发展，数据业务必将成为网络业务的主流。现代传输领域基于光纤同步数字传输技术(SDH)体系，对传输带宽的管理以SDH的“容器”分配为基础，每种容器对应一种传输速率，如C12、C4容器分别对应约2Mbps和约155Mbps的传输速率。目前，SDH技术体系又衍生出许多新的应用技术，不论何种应用技术，对传输带宽的管理都是基于SDH的“容器”分配的基础上的。

但是，在实际过程中，为了提高带宽利用率，最常用的方式是共享带宽。因此会出现部分共享用户的业务挤占大量带宽的情况，进而影响其他共享用户的业务。例如：某共享用户的业务使用了两个C4容器，这就意味着该业务占用了310Mbps的带宽(每个C4容器对应155Mbps)，尽管可以采用虚级联技术，或者其它带宽保护技术来扩展有效带宽，但是该业务如果始终以长时间，例如“7天×24小时”，全天候地占用这310Mbps的带宽，其他共享用户则无法再复用这两个C4容器。假设，若干个用户共享两个C4容器，这样在一定程度上可以较充分地利用带宽，具体实现时可以将上述多个用户的业务汇聚起来，共享同一条传输路径。以以太网业务为例，如果用户甲和用户乙峰值带宽需求都接近310Mbps，但是大部分非峰值时段又不需要那么大的带宽，于是共同租用两个C4容器，那么甲、乙用户的业务可以通过在传输链路共享两个C4容器提供的带宽完成，在共享两个C4容器的同时，还可以用虚拟局域网VLAN技术将两者的业务隔离开，并采用预定接入速率CAR技术限制每个用户的最大接入带宽。这种方法的缺陷在于，当其中一个用户不需要占用带宽时，另一个用户也无法复用他们的带宽资源，而且如果两个用户在相同时刻出现峰值带宽需求，就会导致互相挤占最后谁也无法得到充足的带宽。

由上述可知，现有技术中的带宽复用存在以下缺点：首先，无法保证用户间业务的公平共享，使用带宽复用的共享用户之间会出现部分用户某因业务繁忙占用大量带宽而影响他人业务使用该网络带宽的现象，共享效果差。

其次，安全性不好，共享带宽就意味着不同用户的业务将通过同一物理媒质传输，即使有虚拟网VLAN隔离，但该虚拟网的设备昂贵和配置复杂，而且不能提供较高程度的网络安全保证。

发明内容

本发明解决的问题是：提供一种共享效果好、安全程度高的传输网络带宽的时段复用系统及方法，以解决传输网络中带宽的公平共享和安全性问题。

为解决上述问题，本发明提供一种传输网络带宽的时段复用系统，包括：

网管；

用户数据存储单元；

链路容量调整单元，与用户数据存储单元相连，根据调整带宽指令，通过改变传输网络中采用虚级联构成的虚容器的数量来实现虚级联链路带宽的无损调整；其中，还包括：

流量工程单元，分别与网管单元、链路容量调整单元和用户数据存储单元相连，用于先设置用户带宽，按时段统计用户的数据流量，并对用户的数据流量进行实时监测、接受网管指令以及对用户带宽进行时段性管理。

其中，所述的流量工程单元包括：

统计子单元，与用户数据存储单元相连，用于监测用户的数据流量，并统计其使用带宽，提供配置指导信息，以及将监测结果及相关数据实时上报；

网管接口子单元，分别与统计子单元和网管相连，根据收到的数据设置带宽切换配置和时刻切换点，并将该信息上报网管；

钟控子单元，与网管接口子单元相连，用于检查用户带宽的切换时间点，如果到了用户带宽的切换时间点就启动网管接口子单元进行该用户带宽切换。

指令子单元，与网管接口子单元和链路容量调整单元相连，用于将收到的数据转换为链路容量调整单元的带宽调整指令。

其中，所述网管接口子单元包括：显示子单元，用于显示多个用户各个时段复用带宽的需求量；计费子单元，与显示子单元相连，用于记录多个用户各个时段使用复用带宽的费用；切换子单元，分别与计费子单元和显示子单元相连，用于对用户带宽的动态切换。

所述切换子单元是由带宽切换函数组成。

其中，所述的钟控子单元包括一个时刻表，所述时刻表的每个表项是由用户名、带宽切换时间点、指向下一个表项的指针组成，用于比较当前系统时间和当前指针指向的表项的时间点是否相同，如果相同，就启动该时间点对应用户的带宽切换函数，同时指针指向下一个表项。

本发明还提供一种传输网络的时段复用方法，所述方法包括以下步骤：

A、预先为用户设置带宽，并对该用户的数据流量按时段进行统计，生成带宽重设置数据；

B、根据所述带宽重设置数据为用户重新分配带宽，并对用户的带宽进行无损伤的调整；

C、实时监测用户的数据流量，并根据所述数据流量生成带宽重设置数据；

D、根据所述带宽重设置数据判断用户的实际使用带宽与设置带宽的差值是否大于设定的门限，如果是，执行步骤B，否则，执行步骤C。

所述在步骤B之间还包括：将所述生成带宽重设置数据发送给用户确认。

所述在生成所述带宽重设置数据后，生成带宽分配时刻表。

所述在步骤B中，根据所述带宽分配时刻表为用户重新分配带宽。

所述步骤B还包括：

B1、如果用户需重新分配带宽，则向网管发出带宽重新分配信号；

B2、网管接收信号后根据所述带宽分配时刻表发出带宽调整指令。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在传输网络中保证用户间带宽的公平共享，性能和安全性得到保证，费用结算方式简单易行；另外面向应用层面，一方面在完全满足业务要求的情况下，节约最终用户的支出，另一方面运营商可以最大限度地利用现有带宽，节约了网络设备扩容支出，还可以凭借灵活的带宽租赁方式获得更高的收入。

附图说明

图1是传输网络带宽的时段复用系统的结构图；

图2是传输网络带宽的时段复用方法的流程图。

具体实施方式

本发明传输网络带宽的时段复用系统是在现有技术同步数字/同步光纤(SDH/SONET)的传输网络的基础上，增加了流量工程单元2，在借助于链路容量调整单元3的无损带宽调整技术，在满足业务要求的情况下，实现用户间带宽的公平共享，从而有效地提高了带宽的利用率。

如图1示，是传输网络带宽的时段复用系统的结构图。本发明传输网络带宽的时段复用系统是一种流量工程，包括：流量工程单元2，链路容量调整单元3、网管4和用户业务数据流1，其中，流量工程单元2包括以下单元：网管接口子单元21、统计子单元22、钟控子单元24和指令子单元23，而网管接口子单元又包括：显示子单元、计费子单元和切换子单元(图1中未显示)。在该系统中，各单元的功能和作用分别为：

所述链路容量调整单元3，与用户数据存储单元和指令子单元相连，是根据指令子单元的调整带宽指令，通过改变传输网络中采用虚级联构成的虚容器的数量来实现虚级联链路带宽的无损调整；是现有技术，在这里只作简单的描述：链路容量调整单元提供了一种虚级联VC链路首端和末端的适配功能，可用来增加或减少SDH网中采用虚级联构成的虚容器的容量大小。所述链路容量调整单元3的功能之一就是手动无损调整带宽，它可以接收外部其他单元的带宽调整指令，并根据所述指令调整带宽。即指令子单元向链路容量调整单元发出带宽调整指令，链路容量调整单元根据所述指令进行带宽无损调整。

所述流量工程单元2预先设置用户带宽，按时段统计用户的数据流量，并对用户的数据流量进行实时监测、接受网管指令以及对用户带宽进行时段性管理(定时切换带宽)之外，还可以增加带宽的图形界面显示，把每个用户在各个时段的带宽和该网元的总带宽都显示出来，方便用户对使用带宽费用的了解及结算等。

所述统计子单元22，用于对数据流进行带宽统计，提供配置指导信息。该单元不停地监视各个客户的流量情况，如果发现客户的流量总是大于或者小于设定的带宽配置，就向网管接口子单元上报，并提供相关数据，比如：某时段流量总是超过设定带宽达50％、某时段流量只有设定带宽的80％等等。

所述网管接口子单元21，提供便捷的配置方式和直观的带宽统计信息。网络管理员从这里配置各个客户各个时段的带宽，并且向网管提供上报接口使网管能够随时了解系统的带宽分配情况。另外，还用于创建用户基类，基类中包含用户名、带宽数组、时间段数组、用户流量统计历史信息、命令接收函数、和网管输出函数等等。每增加一个新用户就实例化一个用户类，这就将用户、带宽、流量关联起来了。

其中，所述网管接口子单元包括：用于显示多个用户各个时段复用带宽的需求量的显示子单元，用于记录多个用户各个时段使用复用带宽的费用的计费子单元，用于对用户带宽的动态切换的切换子单元。

其中，所述切换子单元是由带宽切换函数组成。所述带宽切换函数主要包括带宽增大函数、带宽减小函数等，是目前业界已有技术能够提供的标准函数集，其输入参数则从指令子单元获得(指令子单元则把当前网络需要的带宽调整动作“翻译”成上述函数集能够理解的参数)。

所述钟控子单元24，与网管接口子单元相连，用于检查用户带宽的切换时间点，如果到了用户带宽的切换时间点就启动网管接口子单元进行该用户带宽切换。

其中，所述钟控子单元包括一个时刻表，所述时刻表的每个表项是由“用户名”、“带宽切换时间点”、“指向下一个表项的指针”三部分构成。“指向下一个表项的指针”所指向的表项是时间点稍后于本表项，且最接近本表项时间点的表项。时间点处于最末尾的表项的“指向下一个表项的指针”则指向最前端的表项，由此，整个时刻表构成了完整的环形链表。该时刻表用于比较当前系统时间和当前指针指向的表项的时间点是否相同，如果相同，就启动该时间点对应用户的带宽切换函数，同时链表指针指向下一个表项。

所述指令子单元23，向链路容量调整单元发出带宽调整指令。这是流量工程单元与链路容量调整单元3的适配接口，该子单元包含的是系统底层的参数，如果是在虚级联情况下，这些参数包含每个用户对应的虚极联链VC TRUNK号、该VC TRUNK对应的SDH时隙号、以及与LCAS相关的参数，根据网管接口子单元的指令，指令子单元的函数将带宽调整指令具体化为VC TRUNK号、时隙号等参数，并传递给LCAS单元。如果是在非虚级联的其他网络条件下，也应能理解上述内容所对应的描述主体号、该VC TRUNK对应的SDH时隙号、以及与LCAS相关的参数，根据网管接口子单元的指令，本单元的函数将带宽调整指令具体化为VC TRUNK号、时隙号等参数，并传递给LCAS单元，即将网管接口子单元21传过来的数据转换为链路容量调整单元3的带宽切换指令(链路容量调单元LCAS及其类似协议都有接收该指令的标准接口)。

另外，本发明在进行复用时进行了带宽切换操作，实现了用户数据的隔离，这与当前普遍使用的传统带宽共享方式不同，下面举例对此进行说明。如果用户A、B共同复用3个虚容器，若某一时段A用户获得两个虚容器的使用权而B用户只获得剩下那个虚容器的使用权时，A用户的数据只在他自己的两个虚容器中传输，B用户的数据亦然，从而A、B用户的数据从物理链路级隔离开；若进行带宽切换，A用户的其中一个虚容器被切换给B使用后，该虚容器里将只有B用户的数据，A、B的数据仍然是隔离的。而在现有技术中传统带宽共享的情况下，虽然也实现了用户数据的隔离，但是该隔离是逻辑隔离，其依赖的因素太多，稍不经意就会造成信息泄漏或者链路堵塞。下面仍以上例对此进行说明，如果用户A、B的数据都同时能够获得3个虚容器的使用权，只能靠用户数据报文本身的MAC地址、VLAN标签、MPLS标签或者接入设备的端口号等进行标识，从而在逻辑上避免了数据的错误转发，达到隔离的目的。但是，一般情况下这样的隔离是可以的，而在高速传输网络中这样的逻辑隔离依赖的因素太多，哪怕是网络管理员一个不经意的错误、或者网络黑客的一次攻击，都可能造成信息泄漏或者链路拥塞。因此本发明在安全性保证方面得到很好的物理隔离。

相应的，还请参阅图2，是传输网络带宽的时段复用方法的流程图。所述时段复用方法包括以下步骤：

A、预先为用户设置带宽，并对该用户的数据流量按时段进行统计，生成带宽重设置数据；

B、根据所述带宽重设置数据为用户重新分配带宽，并对用户的带宽进行无损伤的调整；

C、实时监测用户的数据流量，并根据所述数据流量生成带宽重设置数据；

D、根据所述带宽重设置数据判断用户的实际使用带宽与设置带宽的差值是否大于设定的门限，如果是，执行步骤B，否则，执行步骤C。

下面对上述步骤做详细的描述：

所述步骤A具体包括步骤S10和步骤S11，所述步骤S10：所述用户是指广义的用户或者是指所有租用网络资源者，根据自身需求估算需要的带宽资源，运营商(网络资源所有者)根据用户的要求给予相关的带宽资源；

步骤S11：在步骤S10实施的同时，运营商利用本发明的流量工程单元对用户的实际流量按时段进行统计，并生成带宽重设置数据。这个过程将会持续一段时间，比如24小时、一周或者一个月，具体时长根据用户要求而定。在这段时间内用户必须按照传统带宽租用的方式支付租金；运营商将提供7×24小时服务，带宽为步骤S10中客户指定的数值。

所述在步骤B之间还包括步骤S12：步骤S11结束时运营商已经获得了客户的精确流量统计数据，每个时段的带宽与步骤S10中客户指定的带宽进行比较，其租金按“多退少补”的原则进行，用户和运营商取得一致意见(确定时段带宽复用)后就可以执行下一步骤S13。

所述步骤B具体包括步骤S13：在网管子单元和钟控子单元中，根据所测用户的实际数据流量设置每个时段需要分配给该用户的带宽设置数据及时间切换点，并根据需要为用户重新分配带宽。以后用户在每个时段得到的带宽将有所不同，相应地用户需要支付的租金也将执行所确定带宽时段复用后的价格。所述的带宽设置数据是指为用户分配所使用的容器，以及根据所述带宽设置数据确定带宽分配时刻点。

所述步骤C具体包括：步骤S14：虽然在步骤S12、S13已经确定了客户的时段复用带宽，但是用户消耗的实际带宽随着时间的推移是有可能产生变化的。本步骤S14就是在继续监视客户带宽消耗情况，并根据用户的需要提供带宽设置指导信息。即实时监测用户的数据流量，并根据所述数据流量生成带宽重设置数据，随着时间的推移，所述带宽重设置数据在不断的更新。

所述步骤D具体包括步骤S15：根据所述带宽重设置数据判断用户的实际使用带宽与设置带宽的差值是否大于设定的门限，如果用户的流量情况和步骤S12中确定的时段复用带宽有较大出入，本步骤将通过网管接口子单元上报给网管。网络管理员可以据此与用户再次协商，再次重复步骤S12和步骤S13的过程，从而有效地保证了用户的业务流量和经济都能始终处于最佳状态。

所述在根据带宽重设置数据给用户重新分配带宽的同时，网管发出指令对用户的带宽进行无损伤的调整。所述步骤具体包括步骤S16、步骤S17和步骤S18，所述步骤S16：钟控子单元根据带宽时刻表，向网管发出带宽重新分配信号，即在约定的时间“提醒”网管接口子单元进行带宽调整；

步骤S17：网管接口子单元根据步骤S12确定的时段带宽发出带宽调整请求，经指令子单元“翻译”后，将相关指令传送给链路容量调整单元；

步骤S18：链路容量调整单元根据指令子单元传过来的标准指令进行无损带宽调整。

另外，为了能最大限度的利用带宽，节约网络的设备扩容支出，电信运营商建议该因特网服务提供商ISP采取“分时不等带宽租用”的方式，所述分时不等带宽租用的租金计算公式为：带宽＝∑(该时段内单位带宽价格×带宽×时长)，即在满足业务需求的情况下充分利用带宽复用，同时又减少了用户的带宽费用的支出，从而能够公平的依据其付给运营商的价格得到相应的带宽服务保证。

下面结合应用实施例对本发明作进一步详细的描述：

随着传输领域数据业务的不断开展，其面对的用户群也开始出现多样化，从拥有光纤同步数字传输网SDH和提供带宽租赁业务的电信运营商的角度来看，有带宽接入/因特网提供服务提供商ISP、企业/政府机关、商业网站/因特网内容提供商ICP等等，这些用户对于网络带宽的使用方式往往是各不相同的，但是绝大多数用户对于网络带宽需求都是并不需要“7天×24小时”地全天候占用他们所购买的所有带宽。正是这个现象为本发明的提供了应用的场合。

如表1所示：假设采用现今带宽租用方式时单位带宽价格为5，采用新技术后单位带宽价格定为10，从表格数据可以看到“涨价”并不影响创造双赢的局面。某因特网服务提供商ISP开展家庭带宽接入服务，他向电信运营商申请接入带宽，中国电信利用本发明对因特网服务提供商ISP的流量进行统计，一段时间后统计得到该因特网服务提供商ISP的比较稳定的带宽占用统计信息：如表1所示，每周六周日峰值带宽占用达到200M，而其他时间只有100M；每天的峰值带宽占用时段都集中在晚上，而白天仅需晚上带宽占用量的10％而产生这种典型带宽占用分布情况的原因是该因特网服务提供商ISP致力于发展家庭宽带用户。有鉴于此，电信运营商建议该因特网服务提供商ISP采取“分时不等带宽租用”的方式，即：周六、周日租用的峰值带宽为200Mbps，其他时间租用的峰值带宽为100Mbps；峰值带宽只在晚间的12个小时提供给该因特网服务提供商ISP，白天则只提供峰值10％的带宽。至于收费则按“∑(该时段内单位带宽价格×带宽×时长)”的方式收费。其周一至周日的带宽费用结算详见表1，在这就不再赘述。

表1：采用本发明时客户的租金与未采用本发明时租金的比较

	峰值带宽(Mbps)	峰值带宽租用时长(Hour)	单位带宽价格	闲时带宽与峰值带宽比例	日租金小结	租用带宽方式(传统)	单位带宽价格(传统)	日租金小结
									周日	200	12	10	10％	26400(200Mb*12Hr*10+200Mb*10％*(24-12)Hr*10)	200Mb*24Hr	5	48000(200Mb*24Hr*5)
周一	100	12	10	10％	13200	同上	同上	同上
									周二	100	12	10	10％	13200	同上	同上	同上
周三	100	12	10	10％	13200	同上	同上	同上
									周四	100	12	10	10％	13200	同上	同上	同上
周五	100	12	10	10％	13200	同上	同上	同上
									周六	200	12	10	10％	26400	同上	同上	同上
每周租金					118800			168000

因此，在完全满足带宽需求的前提下，该因特网提供服务提供商ISP可以从本发明中极大获益——租金减少到传统租用方式的70％左右！作为电信运营商也不会因此而受损失，因为他可以把该因特网提供服务提供商ISP闲时不用的带宽租用给别的客户——例如恰好有另一家因特网提供服务提供商ISP是致力于政府企事业机关的上网业务，此因特网提供服务提供商ISP恰好在白天(政府机关上班时间)需要大量的带宽，而休息日和下班时间几乎不需要带宽。这样的话电信运营商就相当于把带宽按时段复用的方式租给了两家因特网提供服务提供商ISP，因此能够收取了两份租金。从而充分地利用了现有网络中的闲置带宽，取得了更多的利润。不仅如此，从网络建设成本上来看，如果按照现有的带宽使用方式，电信运营商投入的网络建设规模必须满足两家因特网提供服务提供商ISP所需的峰值带宽之和，否则无法满足需求。而时段复用之后将大大减少网络建设成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种传输网络带宽的时段复用系统，包括：

网管；

用户数据存储单元；

链路容量调整单元，与用户数据存储单元相连，根据调整带宽指令，通过改变传输网络中采用虚级联构成的虚容器的数量来实现虚级联链路带宽的无损调整；其特征在于，还包括：

流量工程单元，分别与网管单元、链路容量调整单元和用户数据存储单元相连，用于先设置用户带宽，按时段统计用户的数据流量，并对用户的数据流量进行实时监测、接受网管指令以及对用户带宽进行时段性管理。

2、根据权利要求1所述的传输网络带宽的时段复用系统，其特征在于，所述的流量工程单元包括：

统计子单元，与用户数据存储单元相连，用于监测用户的数据流量，并统计其使用带宽，提供配置指导信息，以及将监测结果及相关数据实时上报；

网管接口子单元，分别与统计子单元和网管相连，根据收到的数据设置带宽切换配置和切换时间点，并将该信息上报网管；

钟控子单元，与网管接口子单元相连，用于检查用户带宽的切换时间点，如果到了用户带宽的切换时间点就启动网管接口子单元进行该用户带宽切换。

指令子单元，与网管接口子单元和链路容量调整单元相连，用于将收到的数据转换为链路容量调整单元的带宽调整指令。

3、根据权利要求2所述的传输网络带宽的时段复用系统，其特征在于，所述网管接口子单元包括：显示子单元，用于显示多个用户各个时段复用带宽的需求量；计费子单元，与显示子单元相连，用于记录多个用户各个时段使用复用带宽的费用；切换子单元，分别与计费子单元和显示子单元相连，用于对用户带宽的动态切换。

4、根据权利要求3所述的传输网络带宽的时段复用系统，其特征在于，所述切换子单元是由带宽切换函数组成。

5、根据权利要求2所述的传输网络带宽的时段复用系统，其特征在于，所述的钟控子单元包括一个时刻表，所述时刻表的每个表项是由用户名、带宽切换时间点、指向下一个表项的指针组成，用于比较当前系统时间和当前指针指向的表项的时间点是否相同，如果相同，就启动该时间点对应用户的带宽切换函数，同时指针指向下一个表项。

6、一种传输网络的时段复用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、预先为用户设置带宽，并对该用户的数据流量按时段进行统计，生成带宽重设置数据；

B、根据所述带宽重设置数据为用户重新分配带宽，并对用户的带宽进行无损伤的调整；

C、实时监测用户的数据流量，并根据所述数据流量生成带宽重设置数据；

D、根据所述带宽重设置数据判断用户的实际使用带宽与设置带宽的差值是否大于设定的门限，如果是，执行步骤B，否则，执行步骤C。

7、根据权利要求6所述的传输网络的时段复用方法，其特征在于，在进行步骤B之前还包括：将所述生成带宽重设置数据发送给用户确认。

8、根据权利要求7所述的传输网络的时段复用方法，其特征在于还包括，在生成所述带宽重设置数据后，生成带宽分配时刻表。

9、根据权利要求8所述的传输网络的时段复用方法，其特征在于，在步骤B中，根据所述带宽分配时刻表为用户重新分配带宽。

10、根据权利要求9所述的传输网络的时段复用方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

B1、如果用户需重新分配带宽，则向网管发出带宽重新分配信号；

B2、网管接收信号后根据所述带宽分配时刻表发出带宽调整指令。

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