CN1783866A - 一种集中式带宽代理的实现端到端QoS的方法 - Google Patents

Abstract

一种集中式带宽代理的实现端到端QoS的方法，包括以下步骤：业务流发送者通过QoS信令向所在域的带宽代理发送资源请求消息；带宽代理接收到该资源请求消息后，把业务流的QoS参数、策略信息、用户认证信息传送给所述接入控制模块，所述接入控制模块根据这些信息和策略信息库中的信息，对主机进行身份认证；所述约束路由计算模块根据业务流的QoS参数、策略信息、网络拓扑图和资源状况表为业务流计算一条最优路径；所述COPS－PR模块根据接收到所述接入控制模块传送过来的路径选择结果和策略信息对边缘路由器进行配置。采用本发明方法，功能将非常完善，能严格保证业务流的端到端的QoS，并方便了运营商的策略控制并优化网络资源的利用。

Description

一种集中式带宽代理的实现端到端QoS的方法

技术领域

本发明涉及到一种保证端到端QoS的方法，尤其是涉及到一种集中式带宽代理的体系结构及其基于此带宽代理的资源预留过程以实现端到端QoS的方法。

背景技术

为了解决IP网络的QoS问题，很多研究机构和标准组织都对QoS的研究投入了极大的热情，提出了许多保证IP网络QoS的措施。截至目前，在IP网络上实现QoS，归根结底有两种思想：一种是综合服务模型IntServ，一种是区分服务模型DiffServ。

IntServ

IntServ模型是IETF提出来的，它借用传统电路交换思想，发送主机在发送数据之前，先通过RSVP信令在发送主机和接收主机之间建立一条虚连接通路，并在此通路上事先预留了资源，然后才开始在此通路上传递数据包，这样就可以达到保证传输质量的目的。IntServ基本思想在于以资源预留的方式实现QoS保障。

但是这种预留是基于每个流进行的，节点中要保留每个流的状态信息，这样网络中的核心路由器负担太重，导致网络的可扩展性非常差。在一个运营商规模的网络中，根本就无法实现这种QoS服务。

DiffServ

DiffServ模型是IETF为克服IntServ模型的可扩展性问题而提出的，能够在IP骨干网上提供基于聚合流的不同QoS的服务。它的核心思想是对聚合流进行转发，提高网络的可扩展性。按不同的QoS要求，Internet业务分成三类：EF、AF和BE业务，由不同的DSCP值(IPv4的TOS字段的前6个比特)表示。DSCP用来对应每一个路由器的外部可见的转发处理PHB即缓存和调度算法。网络核心路由器仅根据分组的DSCP值，使用相应的PHB对其转发，提高效率。DiffServ将网络的复杂度推到网络边缘。边缘路由器需要执行的功能有：对业务流的分类，可基于IP分组头部中某些字段、测量、标记、整形和调度。

但DiffServ的问题在于，它只着眼于网络中的单个路由器，缺乏全网观念。它只为进入当前路由器的报文设置不同的优先级，而并不关心此报文即将到达的下一跳路由器的状态如何。在网络没有拥塞时，不同优先级的数据包能按部就班发送，没有问题。而一旦网络发生拥塞，即使采用DiffServ，报文无论优先级多高，一样会被阻塞。因此，DiffServ并不能保证端到端的QoS。

带宽代理

DiffServ只是在数据平面的处理，缺乏对全网资源的掌握和接入控制功能，光靠DiffServ机制无法保证端到端的QoS。那么将IntServ和DiffServ二者思想相结合，既有由动态信令机制带来的灵活性，又有按业务进行流分类的简单性，这样的方案将是一个比较完美的方案。于是，Internet2 Qbone工作组提出了带宽代理(BB，Bandwidth Broker)的概念，即在DiffServ网络中引入一个资源管理器的逻辑实体。目前，对带宽代理的研究也比较多，许多组织和研究机构也提出了自己的带宽代理的体系结构，但是它们提出的这些带宽代理的体系结构都不完善，也没有对详细的工作流程进行描述。

因此，现有技术并没有成熟的技术方案可用，还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集中式带宽代理的实现端到端QoS的方法，其针对现有技术的上述问题，提出了一个标准的统一的公认的带宽代理架构及其详细的工作流程，完善了其功能结构。

本发明的技术方案如下：

一种集中式带宽代理的实现端到端QoS的方法，所应用的系统包括至少一运行QoS信令协议的信令处理模块，一存放策略信息的策略信息库，一为业务流选择最优路径的约束路由计算模块，一根据策略信息库中的信息和约束路由计算模块的计算结果来决定是接入业务流还是拒绝业务流的接入控制模块，一存放整个网络拓扑的网络拓扑图和一存放整个网络的可用资源状况的资源状况表，一运行COPS-PR协议的COPS-PR模块；所述方法包括以下步骤：

a)业务流发送者通过QoS信令向所在域的带宽代理发送资源请求消息；

b)带宽代理接收到该资源请求消息后，把业务流的QoS参数、策略信息、用户认证信息传送给所述接入控制模块，所述接入控制模块根据这些信息和策略信息库中的信息，对主机进行身份认证；如果认证失败，则返回一个认证失败的消息给所述信令处理模块，信令处理模块再构建一个消息返回给发送者，告诉它认证失败；如果认证成功，所述接入控制模块把业务流的QoS参数和策略信息传送给所述约束路由计算模块用于进行接入控制；

c)所述约束路由计算模块根据业务流的QoS参数、策略信息、网络拓扑图和资源状况表为业务流计算一条最优路径；如果满足策略和资源请求的路径不存在，所述约束路由计算模块传送一个路径选择失败的消息给所述接入控制模块，所述接入控制模块再把这个消息传送给所述信令处理模块，所述信令处理模块构建一个消息返回给发送者；如果路径选择成功，所述约束路由计算模块把选择的路径结果传送给接入控制模块，接入控制模块把路径选择结果和策略信息等内容传送给所述COPS-PR模块；

d)所述COPS-PR模块根据接收到所述接入控制模块传送过来的路径选择结果和策略信息对边缘路由器进行配置；如果配置失败，所述边缘路由器给COPS-PR模块返回配置失败的消息，所述COPS-PR模块把这个消息传给所述接入控制模块，所述信令处理模块给业务流发送者返回一个配置边缘路由器失败的消息；如果配置成功，所述边缘路由器还要给COPS-PR模块返回配置成功的消息，所述COPS-PR模块再把这个消息传给所述接入控制模块，所述接入控制模块再把这个消息传给信令处理模块和约束路由计算模块，所述约束路由计算模块在为该业务流选择的路径上预留资源，即对所述资源状况表进行更新。

所述的方法，其中，所述业务流的目的地跨域时，所述方法还包括步骤：

所述步骤d)中配置成功后，所述接入控制模块把配置成功的消息传给所述信令处理模块，所述信令处理模块继续发送资源请求消息给下游带宽代理，同时在本域内资源表中预留资源；以及步骤

e)下游带宽代理接收到上游带宽代理的资源请求消息后，重复所述步骤a)～d)，直至最后一个网络域的带宽代理，即管理业务流接收者的带宽代理，接收到资源请求消息后的步骤与业务流的目的地址是本域的资源预留的步骤相同。

所述的方法，其中，所述网络拓扑图和资源状况表采用的是同一个数据库或者同一个表。

所述的方法，其中，所述信令处理模块运行QoS-NSLP信令协议，并且所述信令处理模块有两个对外接口：一是与主机的接口，一个是与相邻带宽代理的接口，用于完成QoS请求消息的传递、协商和处理功能；对内为接入控制模块和策略信息库提供必要信息。

本发明所提供的一种集中式带宽代理的实现端到端QoS的方法，由于网络拓扑图和资源状况表由现有的路由协议动态获得，并只由一个数据库或者一张表格保存，操作简单方便，避免传统的采用多张表格或者多个数据库的方式进行的复杂的分开操作；而且约束路由模块中采用的不只是QoS路由，它采用的是集策略路由和QoS路由于一体的路由方式，采用这种体系结构的带宽代理，功能将非常完善，能严格保证业务流的端到端的QoS，并方便了运营商的策略控制并优化网络资源的利用。

附图说明

图1为本发明方法的带宽代理的体系结构与功能模块示意图；

图2为本发明方法的基于集中式带宽代理的IP QoS网络架构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过对本发明的较佳实施例的描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。

如图1所示的是本发明方法的带宽代理的体系结构与功能模块，其中：

1.信令处理模块

信令处理模块运行的是QoS信令协议，如QoS-NSLP信令协议。该模块有两个对外接口：一是与主机的接口，一个是与相邻带宽代理的接口，主要完成QoS请求等消息的传递、协商和处理等功能；对内主要为接入控制模块和策略信息库提供必要的信息。

2.策略信息库

策略信息库存放的是一些策略信息，如用户的认证信息、用户跟运营商签订的SLA、运营商与运营商之间签订的TCA、网络管理策略、用户业务流策略，如业务流不能走哪些链路、某些业务流必须走哪些链路等等。

3.接入控制模块

接入控制模块根据策略信息库中的信息和约束路由计算模块的计算结果来决定是接入业务流还是拒绝业务流。如果接入成功，那么接入控制模块把接入成功信息送往信令处理模块，并把路径选择结果和策略信息送往COPS-PR模块。

4.约束路由计算模块

约束路由计算模块根据业务流的QoS参数、策略信息、网络拓扑图、网络资源状况表等信息来为业务流选择一条最优路径。路径选择以后就要对资源状况表进行更改，约束路由计算模块中所使用的约束路由算法可以是很多种，在此没有限制。

5.网络拓扑图和资源状况表

网络拓扑图存放的是整个网络的拓扑；资源状况表存放的是整个网络的可用资源状况如带宽、链路约束状况如延迟等等。网络拓扑图和资源状况表可以从网络中动态获得，例如通过运行OSPF-TE协议。网络拓扑图和资源状况表采用的是同一个数据库或者同一个表。

6.COPS-PR模块

COPS-PR模块中运行的是COPS-PR协议，COPS-PR协议是是对COPS协议的一个扩展，

它根据接入控制模块传送过来的策略信息、业务流的QoS参数信息和路径选择结果对本网络域的边缘路由器ER进行配置。

本发明方法基于该体系结构的详细的资源预留工作流程根据请求流的目的地不同可以分为两种情况，具体步骤描述如下：

业务流的目的地址是本域内的资源预留的工作流程时：

(1)业务流发送者通过QoS信令向所在域的带宽代理发送资源请求消息。

(2)带宽代理接收到资源请求消息后，把业务流的QoS参数、策略信息、用户认证信息等消息内容传送给接入控制模块。接入控制模块根据这些信息和策略信息库中的信息，对主机进行身份认证。如果认证失败，则返回一个认证失败的消息给信令处理模块，信令处理模块再构建一个消息返回给发送者，告诉它认证失败。如果认证成功，接入控制模块把业务流的QoS参数和策略信息传送给约束路由计算模块用于进行接入控制。

(3)约束路由计算模块根据业务流的QoS参数、策略信息、网络拓扑图和资源状况表为业务流计算一条最优路径。如果满足策略和资源请求的路径不存在，约束路由计算模块传送一个路径选择失败消息给接入控制模块，接入控制模块再把这个消息传送给信令处理模块，信令处理模块构建一个消息返回给发送者；如果路径选择成功，约束路由计算模块把选择的路径结果传送给接入控制模块，接入控制模块把路径选择结果和策略信息等内容传送给COPS-PR模块。

(4)COPS-PR模块根据接收到接入控制模块传送过来的路径选择结果和策略信息对边缘路由器进行配置。如果配置失败，边缘路由器给COPS-PR模块返回配置失败的消息，COPS-PR模块把这个消息传给接入控制模块，信令处理模块给业务流发送者返回一个配置边缘路由器失败的消息。如果配置成功，所述边缘路由器还要给COPS-PR模块返回配置成功的消息，COPS-PR模块再把这个消息传给接入控制模块，接入控制模块再把这个消息传给信令处理模块和约束路由计算模块，当约束路由计算模块收到COPS-PR配置边缘路由器成功的消息后，约束路由计算模块在为该业务流选择的路径上预留资源，即对资源状况表进行更新。同时信令处理模块给业务流发送者返回一个接入控制成功的消息，至此，业务流发送者就可以开始发送数据了。

对于业务流目的地址跨域的情况，处理方式类似，其资源预留的工作流程为：

(1)-(3)步骤与业务流的目的地址是本域的资源预留的工作流程的(1)-(3)步骤相同。

(4)所述COPS-PR模块根据接收到接入控制模块传送过来的路径选择结果和策略信息对边缘路由器进行配置。如果配置失败，边缘路由器给COPS-PR模块返回配置失败的消息，COPS-PR模块把这个消息传给接入控制模块，接入控制模块再把这个消息传给信令处理模块和约束路由计算模块，信令处理模块给业务流发送者返回一个配置边缘路由器失败的消息。如果配置成功，边缘路由器还要给COPS-PR模块返回配置成功的消息，COPS-PR模块把这个消息传给接入控制模块，接入控制模块再把这个消息传给信令处理模块，信令处理模块继续发送资源请求消息给下游带宽代理。同时在本域内资源表中预留资源。

(5)下游带宽代理接收到上游带宽代理的资源请求消息后，重复(1)-(4)步骤。

(6)当最后一个网络域的带宽代理，即管理业务流接收者的带宽代理，接收到资源请求消息后的步骤与业务流的目的地址是本域的资源预留的工作流程的(1)-(4)步骤相同。

如图2所示的是由此集中式带宽代理组成的IP QoS网络架构。其中，带宽代理是本架构的主要功能实体，每个域都由一个带宽代理来控制，不同域的带宽代理一起协调工作为业务流提供端到端QoS。

本发明给出了功能完善的集中式带宽代理的体系结构和详细的工作流程，同时，网络拓扑图和资源状况表由现有的路由协议(如OSPF-TE)动态获得，并只由一个数据库或者一张表格保存，操作简单方便，避免传统的采用多张表格或者多个数据库的方式进行的复杂的分开操作。约束路由模块中采用的不只是QoS路由，它采用的是集策略路由和QoS路由于一体的路由方式，采用这种体系结构的带宽代理，功能将非常完善，能严格保证业务流的端到端的QoS，并能方便运营商的策略控制并优化网络资源的利用。

需要说明的是，上述说明仅是对本发明较佳实施例的详细描述，叙述仅为说明本发明的可实现性及其突出效果，具体特征并不能用来作为对本发明的技术方案的限制，本发明的保护范围应以本发明所附权利要求书为准。

Claims (4)

1、一种集中式带宽代理的实现端到端QoS的方法，所应用的系统包括至少一运行QoS信令协议的信令处理模块，一存放策略信息的策略信息库，一为业务流选择最优路径的约束路由计算模块，一根据策略信息库中的信息和约束路由计算模块的计算结果来决定是接入业务流还是拒绝业务流的接入控制模块，一存放整个网络拓扑的网络拓扑图和一存放整个网络的可用资源状况的资源状况表，一运行COPS-PR协议的COPS-PR模块；所述方法包括以下步骤：

a)业务流发送者通过QoS信令向所在域的带宽代理发送资源请求消息；

b)带宽代理接收到该资源请求消息后，把业务流的QoS参数、策略信息、用户认证信息传送给所述接入控制模块，所述接入控制模块根据这些信息和策略信息库中的信息，对主机进行身份认证；如果认证失败，则返回一个认证失败的消息给所述信令处理模块，信令处理模块再构建一个消息返回给发送者，告诉它认证失败；如果认证成功，所述接入控制模块把业务流的QoS参数和策略信息传送给所述约束路由计算模块用于进行接入控制；

c)所述约束路由计算模块根据业务流的QoS参数、策略信息、网络拓扑图和资源状况表为业务流计算一条最优路径；如果满足策略和资源请求的路径不存在，所述约束路由计算模块传送一个路径选择失败的消息给所述接入控制模块，所述接入控制模块再把这个消息传送给所述信令处理模块，所述信令处理模块构建一个消息返回给发送者；如果路径选择成功，所述约束路由计算模块把选择的路径结果传送给接入控制模块，接入控制模块把路径选择结果和策略信息等内容传送给所述COPS-PR模块；

d)所述COPS-PR模块根据接收到所述接入控制模块传送过来的路径选择结果和策略信息对边缘路由器进行配置；如果配置失败，所述边缘路由器给COPS-PR模块返回配置失败的消息，所述COPS-PR模块把这个消息传给所述接入控制模块，所述信令处理模块给业务流发送者返回一个配置边缘路由器失败的消息；如果配置成功，所述边缘路由器还要给COPS-PR模块返回配置成功的消息，所述COPS-PR模块再把这个消息传给所述接入控制模块，所述接入控制模块再把这个消息传给信令处理模块和约束路由计算模块，所述约束路由计算模块在为该业务流选择的路径上预留资源，即对所述资源状况表进行更新。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务流的目的地跨域时，所述方法还包括步骤：

所述步骤d)中配置成功后，所述接入控制模块把配置成功的消息传给所述信令处理模块，所述信令处理模块继续发送资源请求消息给下游带宽代理，同时在本域内资源表中预留资源；以及步骤

e)下游带宽代理接收到上游带宽代理的资源请求消息后，重复所述步骤a)～d)，直至最后一个网络域的带宽代理，即管理业务流接收者的带宽代理，接收到资源请求消息后的步骤与业务流的目的地址是本域的资源预留的步骤相同。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述网络拓扑图和资源状况表采用的是同一个数据库或者同一个表。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述信令处理模块运行QoS-NSLP信令协议，并且所述信令处理模块有两个对外接口：一是与主机的接口，一个是与相邻带宽代理的接口，用于完成QoS请求消息的传递、协商和处理功能；对内为接入控制模块和策略信息库提供必要信息。

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