CN1783796A - 一种基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法，所述方法包括：利用分离式路由交换设备中的控制平面实现QoS控制层，所述QoS控制层包括多个QoS控制模块，所述QoS控制模块分布在所述中心交换子系统和所述业务处理子系统中，分别为QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块；所述QoS控制模块之间有信息交互，用于完成用户的身份认证、接入控制、QoS资源的统一管理、向外部申请资源。本发明方法减少了数据在传输过程的延时和抖动，有力的保障了数据流的服务质量；简化了IntServ/RSVP复杂的资源预留、接入控制操作，只需要在资源表中进行简单的查询、屏蔽等操作即可完成资源预留，提高了端到端的服务质量。

Description

一种基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法

技术领域

本发明涉及一种数据通信领域中服务质量QoS保障的方法，尤其涉及的是一种通讯领域中基于分离式路由交换设备的城域/广域网中QoS的实现方法。

背景技术

随着Internet的迅速发展，IP业务也得到了快速增长和多样化，对服务质量提出了更高的要求，尽力而为(best-effort)服务已经不能满足网络服务的需求，IP QoS已成为了下一代网络的关键技术。为了解决IP QoS问题，人们提出了IntServ模型和DiffServ模型，为进一步在现有网络上提高服务质量，又提出了带宽代理(BB)技术。

IntServ/RSVP

IntServ/RSVP的基本思想是以资源预留的方式来提供QoS保障。资源预留沿着从源端到目的端的路径进行，路径上的每一个节点建立和保存该服务的信息，并为该服务预留出一定的资源以保证该数据流的服务质量。

从理论上讲IntServ/RSVP模型完全可以为IP网络提供QoS保障，但要实现IntServ的QoS保证是很困难的，主要原因在于：

1)由于预留是基于每个数据流而进行的，因此使得节点中要保留每个流的状态信息，因此扩展性很差；

2)网络中每个节点都要维护各类数据库，并实现复杂的功能模块如资源预留、路由、接纳控制等，由此造成了极大的复杂性和资源浪费。

DiffServ

DiffServ通过对业务流分类，对不同的数据流采用不同的优先调度等级，完成流量的区分对待。

DiffServ的最大特点就是简单有效、扩展性强。其实施特点是采用聚合的机制将具有相同特性的若干业务流聚合起来，为整个聚合流提供服务，而不再面向单个业务流。

但其缺点是没有接入控制和信令机制，因此不能保证每个数据流的服务质量，特别是在出现阻塞的时候。

BB(Bandwidth Broker)

不论是IntServ还是DiffServ，都不能有效的监视和控制全网的资源，仍会出现一些链路过载、阻塞，而另一些链路空闲的不平衡情况，导致网络负载不均衡、路由动荡等缺陷。为此，又提出了带宽代理(Bandwidth Broker)，也就是网络资源管理器的概念。带宽代理完成一个主域(Domain)内自动接入控制决定和网络设备配置的功能，同时还负责管理主域之间的通信，通过与相邻网络的带宽代理通信来达到跨域之间的QoS实现的目的。

带宽代理的基本工作流程如图1所示，其主要步骤有：

1.初始状态时，BB将网络状态信息记录在资源池中，这些网络状态信息包括路径信息、链路状态信息等。

2.当一个用户(102)申请一个端到端的有一定服务质量要求的数据流时，首先向BB发出资源请求。

3.BB接收到请求后，在剩余的资源池中计算出一条能到达目的地并能满足用户要求的路径。

4.将路径信息和接入控制信息下发给边缘路由器104。

5.边缘路由器104根据BB下达的控制信息，在底层网络中建立一条LSP(Label switching path)，如图1所示路径114，115，116，117。

6.边缘路由器104接收到用户102的数据，按照指定的规则打上等级标记，并加上转发标签。用户102的数据流将沿着建立起来的LSP到达目的地。

7.在本次通信结束后，User102发出结束请求，BB刷新资源池信息，并通知边缘路由器104删除接入控制信息。

BB充分结合了DiffServ、MPLS等技术，为QoS提供了保障。但这种方法增加了新的设备和复杂的QoS信令，增加了网络的复杂程度，同时带宽代理设备BB如何有效实时的监视网络资源、快速响应用户QoS申请，目前尚无有效的技术手段加以解决。

综上所述，当前QoS机制主要存在于数据平面，IntServ模型会给网络核心节点带来较大的负担，不利于扩展；DiffServ模式虽然扩展性比较好，但缺乏对全网资源的统一分配，当DiffServ流很多时，依旧不能真正保证流的QoS，为运营带来困难。正在研制的带宽代理模式具有自动接入控制和分配网络资源的优势，但是额外的增加了一套设备，并且如何实时的监视和管理网络资源，及时反馈用户QoS申请也是一个需要解决的问题。从本质上，以上三种QOS机制都是基于现有的MESH网络结构，一个流往往要经过多跳才能达到目的地，这其中带来的延时和抖动，都不利于端到端的QoS实现。

因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法，针对上述现有技术的缺点，基于分离式路由交换设备，通过对传统路由交换设备形式和网络结构的改变，从根本上改变QoS问题的网络背景，在此基础上提出QoS实现方案，将城域/广域网的QoS实现问题简化到一个路由交换设备中实现QoS的问题，从而克服现有技术中实现QoS方法复杂的缺点，提高端到端的服务质量。

本发明的技术方案如下：

一种基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法，所述分离式路由交换设备包括中心交换子系统、业务处理子系统、接口子系统，

所述中心交换子系统包括数据交换模块和中心交换控制模块，所述数据交换模块完成报文数据收发和线速交换；所述中心交换控制模块完成各种交换信息控制、系统管理、资源管理；

所述业务处理子系统包括数据处理模块和业务处理控制模块，所述数据处理模块完成报文接入控制、报文处理、交换控制功能，所述业务处理控制模块完成本子系统管理、协议处理和协助完成全系统的业务资源管理；

所述接口子系统完成报文数据的接入；

所述方法还包括：

利用分离式路由交换设备中的控制平面实现Qos控制层，所述QoS控制层包括多个QoS控制模块，所述QoS控制模块分布在所述中心交换子系统和所述业务处理子系统中，分别称为QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块；所述QoS控制模块之间有信息交互，用于完成用户的身份认证、接入控制、Qos资源的统一管理、向外部申请资源。

所述的方法，其中，所述方法还包括设置一策略执行功能体，其具有QoS资源控制策略执行的能力，由所述QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块执行，根据上层的资源控制策略要求或自身的策略计算结果，结合网络资源状态，共同完成接入控制功能。

所述的方法，其中，所述方法由所述QoS边缘控制模块完成用户身份认证，协助所述QoS中心控制模块完成接入控制，在所述业务处理子系统中配置/创建数据处理策略；由所述QoS中心控制模块完成用户的接入控制，QoS资源的统一管理，并向外部网络申请网络资源。

所述的方法，其中，所述方法可由所述QoS边缘控制模块完成用户的身份认证、接入控制、在业务处理子系统中配置/创建数据处理策略，所述QoS中心控制模块完成资源的统一管理，向外部网络申请网络资源。

所述的方法，其中，所述方法由所述QoS中心控制模块完成用户的身份认证、接入控制、QoS资源的统一管理、向外部网络申请网络资源；由所述QoS边缘控制模块在业务处理子系统配置/创建数据处理策略。

所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：

a1)用户发起QoS申请；

a2)对用户的身份进行认证和接入控制；

a3)生成用户数据策略；

a4)业务结束处理。

所述的方法，其中，所述方法还包括不在同一个城域/广域网内的基于会话方式的QoS实现时的以下步骤：

a5)外部网络资源申请，如果检查到目标用户不在本系统内，所述QoS中心控制模块则在用户申请的QoS参数基础上，产生一个新的QoS申请，向外部网络申请资源预留；当本系统采用RSVP/RSVP-TE信令方式进行接入控制时，则可由出口的QoS边缘控制模块向外部网络申请资源预留；外部网络返回成功与否信息。

本发明方法所提供的一种基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法，与现有的Mesh网络结构的QoS实现相比，将一个城域/广域网内的QoS实现问题简化到一个路由交换系统中QoS的实现问题，减少了数据在传输过程的延时和抖动，有力的保障了数据流的服务质量；与现有的IntServ/RSVP模型相比，简化了IntServ/RSVP复杂的资源预留、接入控制操作，本发明只需要在资源表中进行简单的查询、屏蔽等操作即可完成资源预留；与现有的DiffServ模型相比，具有统一的资源管理，有效的接入控制，可为每一个用户提供绝对的QoS保障；与带宽代理(BB)相比，省去了BB为实现一个端到端的服务质量而进行的高速选路计算、路径建立和资源不断更新等复杂步骤，节省了用户通信的建立时间，节省了BB设备，提高了端到端的服务质量。

附图说明

附图中，

图1为现有技术的带宽代理BB的基本工作流程示意图；

图2为本发明的所述基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法中的分离式路由交换设备的结构图；

图3为本发明方法应用分离式路由交换设备组建城域/广域网示意图；

图4为本发明方法的QoS实现方案示意图；

图5为本发明方法中基于会话方式的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，将对本发明的较佳实施例加以详细描述。

本发明所述的基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法，是基于分离式路由交换设备组建的城域/广域网而提出的QoS实现方法，分离式路由交换设备如图2所示，由中心交换子系统、业务处理子系统、接口子系统组成。所述中心交换子系统包括两个主要功能模块：数据交换模块和中心交换控制模块。所述数据交换模块完成报文数据收发和线速交换；所述中心交换控制模块完成各种交换信息控制、系统管理、资源管理等功能。所述业务处理子系统包括两个主要功能模块：数据处理模块和业务处理控制模块。所述数据处理模块主要完成报文接入控制、报文处理、交换控制等功能。所述业务处理控制模块完成本子系统管理、协议处理和协助完成全系统的业务资源管理等功能。所述接口子系统主要完成报文数据的接入。

如图3所示为应用分离式路由交换设备组建城域/广域网的示意图，整个分组数据交换系统同一台大容量的路由交换设备的基本架构相似。所述接口子系统和所述业务处理子系统放在网络边缘，通过光纤等传输设备与所述中心交换子系统互联。

本发明的主要思路是由QoS控制层实现图3所示的城域/广域网内数据流的服务质量，利用分离式路由交换设备中的控制平面实现Qos控制层的功能。如图4所示，QoS控制层由多个QoS控制模块组成。QoS控制模块分布在中心交换子系统和业务处理子系统中，分别称为QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块。QoS控制模块之间有信息交互。QoS控制层主要完成用户的身份认证、接入控制、Qos资源的统一管理、向外部申请资源。QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块还可以有QoS资源控制策略执行的能力，即具有一策略执行功能体，根据上层的资源控制策略要求或自身的策略计算结果，结合网络资源状态，共同完成接入控制功能。

为实现QoS保障，可由QOS边缘控制模块完成用户身份认证，协助QoS中心控制模块完成接入控制，在业务处理子系统中配置/创建“数据处理策略”。由QoS中心控制模块完成用户的接入控制，QoS资源的统一管理，向外部网络申请网络资源。

也可由QoS边缘控制模块完成用户的身份认证、接入控制、在业务处理子系统中配置/创建“数据处理策略”，QoS中心控制模块完成资源的统一管理，向外部网络申请网络资源等。

也可由QoS中心控制模块完成用户的身份认证、接入控制、QoS资源的统一管理、向外部网络申请网络资源。由QoS边缘控制模块在业务处理子系统配置/创建“数据处理策略”。

按照QoS实现方案不同，可分为基于会话式的QoS实现和基于非会话式的QoS实现，下面按这两种方式分别描述QoS的实施方案。

基于非会话方式的QoS实现方案，参见图4：

1、QoS边缘控制模块根据用户和路由器之间的通讯策略，为不同类用户如话音、视频用户创建不同的“数据处理策略”。

2、用户数据流进入业务处理子系统，数据处理模块根据“数据处理策略”，对不同的数据流，打上等级标记，采用不同的分级处理。

基于会话方式的QoS实现方案：

基于会话方式的QoS实现方案，又可分为两种，一种是源端用户和目标端用户都在同一个城域/广域网内，另一种是源端用户和目标端用户不在同一个城域/广域网内。

都在同一个城域/广域网内的基于会话方式的QoS实现方案：

1、用户发起QoS申请。用户的Qos申请由接口子系统处理后送给业务处理子系统，转给QoS边缘控制模块；

2、用户的身份认证。QoS边缘控制模块根据用户和路由器之间的通讯策略，判断该用户是否有权限进行QoS申请。用户的身份认证也可在QoS中心控制模块进行，QoS边缘控制模块将用户的QoS申请转给中心控制模块，由QoS中心控制模块根据通讯策略，判断用户是否有权限进行QoS申请。

3、用户的接入控制。当源端用户和目标端用户都在同一个业务处理子系统内并且数据交换可在业务处理子系统完成的条件下，可通过QoS边缘控制模块判断本地是否有足够资源满足用户的资源请求。资源满足后，当QoS边缘控制模块还有控制策略执行能力时，再根据控制策略，判断是否允许用户接入。若允许接入，则完成接入控制，修改资源表格。若上述步骤有一个不满足时，则拒绝用户申请。当源端用户和目标端用户的数据交换需要通过中心交换子系统时，可由下面3种方法完成接入控制：

(一)由QoS中心控制模块为用户完成接入控制。QoS中心控制模块维护一张QoS资源表格，记录中心交换子系统中数据交换模块和每一个业务子系统中数据处理模块的资源情况。QoS中心控制模块查询这张QoS资源表格，判断是否有足够的资源满足用户的申请。如果能满足用户的资源要求，当QoS中心控制模块还有控制策略执行能力时，再根据控制策略，判断是否允许用户接入。若允许接入，则完成接入控制，则修改QoS资源表格，否则上述步骤有一个不满足时，则拒绝用户申请。

(二)用户的接入控制也可由QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块共同完成。中心交换子系统内的QoS中心控制模块维护一张QoS资源表格，记录中心交换子系统中数据交换模块的资源情况；每个业务处理子系统内的QoS边缘控制模块维护一张QoS资源表格，记录本身业务子系统中数据处理模块的资源情况。QoS中心控制模块查询源湍和目标端的业务处理子系统内的QoS边缘控制模块，询问源端和目标端的数据处理模块是否有足够的资源允许接入；同时查询中心交换子系统是否有足够的资源允许接入。如果两者的资源能满足用户的要求，当QoS中心控制模块还有控制策略执行能力时，再根据控制策略，判断是否允许用户接入。若允许接入，则完成接入控制，修改QoS资源表格。否则上述步骤有一个不满足时，则拒绝用户申请。

(三)用户的接入控制还可以通过类似RSVP/RSVP-TE信令的方式实现。源端位置的QoS边缘控制模块对用户进行身份认证完后，发出资源预留信令。若Reserve消息返回成功，则接入成功，否则拒绝用户申请。

4、生成“数据处理策略”。源端QoS边缘控制模块得到“接入成功”的消息后，创建该用户的“数据处理策略”，并通知用户“接入成功”。业务处理子系统的数据处理模块根据“数据处理策略”，对用户的数据进行分级处理。

5、业务结束处理。本次业务结束，QoS边缘控制模块删除该用户对应的“数据处理策略”，QoS中心控制模块/QoS边缘控制模块在资源表格中恢复该用户使用的资源。

不在同一个城域/广域网内的基于会话方式的QoS实现方案：

1、用户发起QoS申请。

2、用户的身份认证和接入控制。与端到端的用户都在同一域中一样，都要进行本系统的身份认证和本系统的相关资源接入控制。

3、外部网络资源申请。检查到目标用户不在本系统内，QoS中心控制模块则在用户申请的QoS参数基础上，产生一个新的QoS申请，向外部网络申请资源预留。当本系统采用RSVP/RSVP-TE信令方式进行接入控制时，则可由出口的QOS边缘控制模块向外部网络申请资源预留。外部网络返回成功与否信息。

4、生成用户数据策略。

5、业务结束处理。

本发明非对话业务与对话业务可共存于一个系统中，当两业务出现资源竞争的情况时，由QoS控制模块中的策略执行功能按照设定的控制策略进行策略计算，以均衡非对话业务与对话业务的资源配置。

本发明方法的流程图如图5所示，以下对不存在跨域的城域网中基于会话的QoS实现方式为例进行详细描述。系统由网络用户和分离式路由交换系统组成。

1.用户提出QoS申请，由接口子系统中业务设备如软交换按照业务类型转换为相应的资源请求，如语音、视频、数据等不同的资源请求。然后上传给业务处理子系统，所述业务处理子系统转发给QoS边缘控制模块处理。

2.QoS边缘控制模块对用户身份进行论证，判断用户有没有权限进行资源申请，没有则结束，有则将用户申请参数传给QoS中心控制模块。

3.QoS中心控制模块对用户申请进行接入判断。QoS中心控制模块维护一张QoS资源表格，记录了中心交换子系统中的剩余交换资源和每一个业务处理子系统中的数据处理剩余资源(能力)。QoS中心控制模块查询这张资源表格，判断中心交换子系统、源端业务子系统、目标端业务子系统是否有资源满足用户资源请求。若资源满足，再根据设定的控制策略判断是否有允许接入。若允许接入，则成功完成接入控制。否则拒绝用户申请，结束流程。

4.QoS中心控制模块修改资源表格。在资源表格中，屏蔽该用户使用的资源。

5.QoS中心控制模块通知源湍的QoS边缘控制模块，接入成功。QoS边缘控制模块根据用户的资源请求信息，创建一个“数据处理策略”，比如动态的SLA。

6.QoS边缘控制模块通知用户接入成功。用户开始通信，业务处理子系统按照“数据处理策略”对用户的数据流进行计量(metering)、标记(marking)、整形(sharping)、丢弃(dropping)等操作。

7.用户通信结束，发出结束申请。

8. QoS控制层接到结束请求后，QoS边缘控制模块删除对应的“数据处理策略，QoS中心控制模块恢复屏蔽的资源。

采用本发明所述方法，与现有的Mesh网络结构的QoS实现相比，将一个城域/广域网内的QoS实现问题简化到一个路由交换系统中QoS的实现问题，减少了数据在传输过程的延时和抖动，有力的保障了数据流的服务质量。

本发明所述方法，与现有的IntServ/RSVP模型相比，简化了IntServ/RSVP复杂的资源预留、接入控制操作，本发明只需要在资源表中进行简单的查询、屏蔽等操作即可完成资源预留。

本发明所述方法，与现有的DiffServ模型相比，具有统一的资源管理，有效的接入控制，可为每一个用户提供绝对的QoS保障。

本发明的方法与研究中的带宽代理(BB)相比，省去了BB为实现一个端到端的服务质量而进行的高速选路计算、路径建立和资源不断更新等复杂步骤，节省了用户通信的建立时间，节省了BB设备，提高了端到端的服务质量。

应当理解的是，本发明的上述描述是针对具体实施例的，并非权利要求的全部和对权利要求的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1、一种基于分离式路由交换设备的QoS实现的方法，所述分离式路由交换设备包括中心交换子系统、业务处理子系统、接口子系统，

所述中心交换子系统包括数据交换模块和中心交换控制模块，所述数据交换模块完成报文数据收发和线速交换；所述中心交换控制模块完成各种交换信息控制、系统管理、资源管理；

所述业务处理子系统包括数据处理模块和业务处理控制模块，所述数据处理模块完成报文接入控制、报文处理、交换控制功能，所述业务处理控制模块完成本子系统管理、协议处理和协助完成全系统的业务资源管理；

所述接口子系统完成报文数据的接入；

所述方法还包括：

利用分离式路由交换设备中的控制平面实现Qos控制层，所述QoS控制层包括多个QoS控制模块，所述QoS控制模块分布在所述中心交换子系统和所述业务处理子系统中，分别称为QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块；所述QoS控制模块之间有信息交互，用于完成用户的身份认证、接入控制、Qos资源的统一管理、向外部申请资源。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括设置一策略执行功能体，其具有QoS资源控制策略执行的能力，由所述QoS中心控制模块和QoS边缘控制模块执行，根据上层的资源控制策略要求或自身的策略计算结果，结合网络资源状态，共同完成接入控制功能。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法由所述QoS边缘控制模块完成用户身份认证，协助所述QoS中心控制模块完成接入控制，在所述业务处理子系统中配置/创建数据处理策略；由所述QoS中心控制模块完成用户的接入控制，QoS资源的统一管理，并向外部网络申请网络资源。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法可由所述QoS边缘控制模块完成用户的身份认证、接入控制、在业务处理子系统中配置/创建数据处理策略，所述QoS中心控制模块完成资源的统一管理，向外部网络申请网络资源。

5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法由所述QoS中心控制模块完成用户的身份认证、接入控制、QoS资源的统一管理、向外部网络申请网络资源；由所述QoS边缘控制模块在业务处理子系统配置/创建数据处理策略。

6、根据权利要求3、4或5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

a1)用户发起QoS申请；

a2)对用户的身份进行认证和接入控制；

a3)生成用户数据策略；

a4)业务结束处理。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括不在同一个城域/广域网内的基于会话方式的QoS实现时的以下步骤：

a5)外部网络资源申请，如果检查到目标用户不在本系统内，所述QoS中心控制模块则在用户申请的QoS参数基础上，产生一个新的QoS申请，向外部网络申请资源预留；当本系统采用RSVP/RSVP-TE信令方式进行接入控制时，则可由出口的QoS边缘控制模块向外部网络申请资源预留；外部网络返回成功与否信息。

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