CN1868181A - 通信网络中对于不同业务类别的灵活许可控制 - Google Patents

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CN1868181A CNA2004800302383A CN200480030238A CN1868181A CN 1868181 A CN1868181 A CN 1868181A CN A2004800302383 A CNA2004800302383 A CN A2004800302383A CN 200480030238 A CN200480030238 A CN 200480030238A CN 1868181 A CN1868181 A CN 1868181A
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欧弗·斯特兰德伯格
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Abstract

本发明公开了一种用于控制连接许可的方法，包括：a)提供多个类别；b)为至少一个类别预约部分带宽；c)通过已经为其预约所述带宽的相应部分的至少一个所述类别确定使用相关信息；d)控制与其使用已经确定的所述至少一个类别不同的至少一个类别的许可，所述许可考虑了所述确定的使用相关信息。

Description

通信网络中对于不同业务类别的灵活许可控制
技术领域
本发明涉及许可控制的方法，尤其涉及但非专用于具有由差分业务(differentiated service)机制所提供的服务质量的分组交换网络中的许可控制和调度加权管理。
背景技术
很多接入网中的最后一英里包括例如租用链路的窄带链路。差分业务(DiffServ)有助于以最为有效的方式来利用这些链路。差分业务为因特网业务提供差分业务类别以支持各种类型的应用和特定商业需求。其他的解决方案趋于不可伸缩。
差分业务在例如的1998年12月S.Black，D.Black，M.Carlson，E.Davis，Z.Wang和W.Weiss的“An Architecture for DifferentiatedServices”，请求注解2475(IETF因特网工程任务组文件)，中描述，其在此引入作为参考。差分业务通过服务级协议(SLA)来管理。如果这些网络不具有如在此引入作为参考的2000年3月在以色列特拉维夫举行的IEEE信息大会2000，pp.1233-1242，L.Breslau，S.Jamin和S.Shenker的“Comments on the Performance ofMeasurement-based Admission Control Algorithms”中所讨论的动态许可控制的话，窄带接入网就可能严重拥塞(根本没有许可控制)或者未被充分利用(过于严格的基于参数的许可控制)。
在基于差分业务的网络中的许可控制可以利用带宽经纪人(bandwidth brokers)完成(参见例如1999年7月K.Nichols，V.Jacobson(思科系统)和L.Zhang(UCLA)的“A Two-bit DifferentiatedServices Arthitecture for the Intrnet”请求注解RFC 2638(IETF文件)，或参见在此引入作为参考的1998年8月卢雷亚技术学院的计算机科学与电机工程系的计算机通信部博士论文，Schelén的“Quality ofService Agents in the Computer Science and ElectricalEngineering”)，其在此引入作为参考。
在IETF RFC 2638中，Nichols等人引入了具有特定域中所有资源信息的带宽经纪人代理的概念。可以在许可控制判定中咨询带宽经纪人。除RFC 2638之外，在此引入作为参考的Qbone带宽经纪人咨询理事会主页(Qbone带宽经纪人咨询理事会主页，2003年6月)提供了带宽经纪人方面的信息。
O.Schelén在他的论文中介绍了用于带宽经纪人的许可控制方案，其中客户端可通过服务质量(即带宽经纪人)代理在任何两点之间做出预约。每个路由域具有其自身的、维护在其路由域中的每条链路之上有关预约资源的信息的服务质量代理。带宽经纪人通过监听OSPF，开放式最短路径优先路由协议，消息而得知域的拓扑。(参见J.T.Moy的OSPF：因特网路由协议分析，第三次印刷，Addison-Wesley，Reading，MA，1998，ISBN 0-201-63472-4，其在此引入作为参考)，而链路带宽通过简单网络管理协议(SNMP)获得。从不同的源到相同目的地的预约被聚集作为指向该目的地的它们路径的合并。带宽经纪人负责在网络边缘上设置监视点。
由于Schelén设计其方案用于支持在先的预约，选择了基于参数的许可控制(PBAC)而非基于测量的许可控制。此外，PBAC提供了非常渴望虚拟租用线路的硬保证。在如今的差分业务框架中，例如，虚拟租用线路可能意味着如在此引入作为参考的2002年三月，B.Davie，A.Charny，J.C.R.Bennett，K.Benson，J.Y.Le Boudec，W.Courtney，S.Davari，V.Firoiu和D.Stiliadis的“An ExpeditedForwarding PHB”请求注解3246(已废弃的RCF 2598)-以及IETF文件中所描述的加速转发(EF)聚集。
在诺基亚的IP RAN(因特网协议无线电接入网)中，ITRM(IP传输资源管理器)通过提供有关该传输网络负载水平的信息(带宽限制)而支持CAC(连接许可控制)。当前的ITRM SFS系统特征规范CAC算法保证了用于实时(RT)无线电接入承载(RAB)的带宽。这些RT RAB属于会话或流式3G(所谓的第三代)业务类别。在IPRAN中，会话Iu和所有Iur的业务被映射到EF，而流式Iu业务被映射到AF4。
在ITRM SFS中，假定AF4调度加权以“严格优先级-方式”配置。这意味着AF4的调度加权比其它AF加权的比值接近0.99∶0.01。与当前的ITRM SFS CAC算法一起，这将确保用于会话和流式业务类别的带宽保证。然而，一些隶属于3G交互业务类别的非实时(NRT)连接(映射到AF3、AF2和AF1)可能会反过来受到由“类似严格优先级”的AF4加权引发的延迟和抖动的影响。
在2002年7-8月美国波士顿SPIE ITCom 2002会议论文集，J.Lakkakorpi的“Simple Measurement-Based Admission Control forDiffserv Access Networks”一文中提及了不要求“类似严格优先级”AF4加权的CAC算法(用于带宽经纪人)。
加速传发EF是一种每一跳行为PHB。PHB是差分业务架构中的基本构建块。EF意图通过确保EF聚集以一定的配置速率被服务而为低延迟、低抖动和低损耗服务提供构建块。由此EF就是在给定输出接口上EF业务被服务的速率，因而EF应当是至少超过适当定义的时间间隔的所配置的速率R，而与到那个接口的非EF业务的所提供的负载无关。
确保转发AF PHB在四个独立转发的AF类中提供IP分组的发送。在每个AF类内，IP分组可以被分配三个不同等级的丢弃优先次序中的一个。确保转发(AF)PHB组是一种用于提供商差分业务域，以便为从客户差分业务域接收的IP分组提供不同等级的转发保证的方法。定义了四个AF类，其中每个AF类在每个差分业务节点中被分配了一定数量的转发资源(缓存空间和带宽)。希望使用由AF PHB组所提供服务的IP分组根据客户所预约的服务，通过客户或提供商差分业务域被分配到一个或多个这些AF类中。
在每个AF类中，IP分组使用三个可能的丢弃优先次序值中的一个进行标记(再次通过差分业务域的客户或提供商)。在拥塞的情况下，分组的丢弃优先次序决定AF类内部的分组的相对重要性。
拥塞的差分业务节点试图通过优选地丢弃具有更高丢弃优先次序值的分组，保护具有更低丢弃优先次序值的分组不被丢弃。
在差分业务节点中，IP分组的转发保证级别就依赖于(1)有多少转发资源已经被分配给该分组隶属的AF类，(2)AF类和在该类内部有拥塞的情况下的当前负载是多少，(3)该分组的丢弃优先次序是什么。
例如，如果提供商差分业务域入口的业务调节活动确认该差分业务节点中的AF类仅适度地由具有最低丢弃优先次序值的分组加载，并且没有被具有两个最低丢弃优先次序值的分组过载的话，那么该AF类就可以为预约简表内的分组提供高级别的转发保证(即，以最低的丢弃优先次序值标记)，并给超出的业务提供多至两个的更低级别的转发保证。
已知的方案存在有问题。首先是存在有关正常的(相对于类似严格优先级)调度加权使用的问题，其次是突发连接到达的问题。
特别是，严格优先级调度的使用偏好于流式类(AF4)。副作用就是交互类(类似于AF3中)将看到较长的传输延迟。这不是很好，因为很多时候交互类(如游戏)会从较低的延迟中受益，而流式类在延迟上并不具有如此严格的要求。对于严格优先级调度的原因是利用优先级，流式类可以获得足够的带宽BW以处理所需要的高吞吐量。然而通过调度的BW分配也与更高优先级类的更低延迟联合。
应当注意的是，目标定于AF3的服务可能不比AF4类中的流克服更长的延迟。由此如果延迟预算不够充分的话(也许是因为传输网络设计)则该延迟对于AF3应当更短。
发明内容
本发明实施例的目的是解决一个或更多上述提及的问题。
本发明的各方面可以从所附权利要求书得到了解到。
附图说明
为了更好的理解本发明以及本发明是如何实现的，现在将通过例子的方式参考附图，其中：
图1示出了带宽经纪人、其他CAC代理以及他们的路由域；
图2示出了负载/预约限制分层结构；
图3示出了具有用于EF、AF1和AF2连接许可判定的灵活CAC算法的例子；
图4示出了接入网拓扑的例子；
图5示出了对EF、AF1和AF2的接合许可比率的仿真结果；
图6示出了对平均EF、AF1和AF2负载的仿真结果；
图7示出了对AF1瓶颈链路延迟的仿真结果；
图8示出了对AF2瓶颈链路延迟的仿真结果；
图9示出了对AF1分组丢失率的仿真结果；
图10示出了对AF2 TCP吞吐量的仿真结果；
图11示出了对AF3 TCP吞吐量的仿真结果；
图12示出了自适应AF1和AF2加权；
图13示出了自适应的EF和RT预约限制；以及
图14示出了具体表达本发明的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种可用在IP RAN中用于为流式业务提供带宽保证，同时为交互性业务提供更好的等待时间的方案。除了更为传统的基于参数的许可控制(PBAC)之外，本发明的实施例使得能够使用基于测量的许可控制(MBAC)。现在将描述用于改进的带宽经纪人架构的两种连接许可控制方案：简单CAC和灵活CAC。两种方案都已证明当在“MBAC模式”下使用时在瓶颈链路利用方面是非常有效的。两个问题得到了解决-正常(相对于类似严格优先级)调度加权的使用和突发连接到达。前者可以通过使用自适应调度加权处理，而后者能够解决自适应预约限制。
由于事实上平均比特率可以大大低于对应的请求的峰值速率，使用基于参数的许可控制可能使得网络未得到充分利用。为了更加有效的网络利用需要链路负载测量。EF和尽力服务(best effort，BE)负载已被提议用于Qbone体系结构。理论上说，有可能所有允许的业务源在同一时刻以它们的峰值速率开始发送数据。然而，这种情况的可能性相当的小-特别是如果业务源的数量非常大的话。此外，有可能通过小心地组合MBAC和PBAC而防止这种事件的发生。
本发明的实施例通过扩展和修改现有的带宽经纪人架构，为差分业务接入网络提供灵活的许可控制机制。基于测量的许可控制决策所需要的信息-链路负载-从路由器统计而重新获得，并且其被周期性发送到路由域的带宽经纪人代理。作为第二次增强，提供了多业务类别，例如EF、AF1和AF2的连接许可控制。为所选择的确保转发(AF)业务执行CAC的动机在于，存在着具有不严格的QoS要求的实时应用。这些业务源(例如，视频或音频数据流)不需要“虚拟线路”(EF)处理。然而应当提供一些统计的保证措施。
参考图1，图1以图式方式示出了本发明的实施例。在具体体现本发明的改进的带宽经纪人架构中，在所有路由域节点内提供连接许可控制(CAC)代理2。图1中显示了具有路由节点的三个路由域4。路由节点被标为CAC或BB。标为CAC 2的节点提供连接许可控制功能。在每个路由域之内的这些CAC代理的其中之一将通过保存路由域内的预约信息和所测量的链路负载，充当带宽经纪人BB 6。带宽经纪人BB 6通过监听OSPF消息获知路由拓扑。路由域内的链路带宽通过SNMP获得。
除了用于不同业务类别的预约链路容量之外，许可判定是基于端点之间的路径之上测量的链路负载。如果在该路径上没有足够的未占用和未预约带宽的话，连接就被阻塞。链路上的最大可预约带宽可能超过链路容量。由此，当最大可预约带宽足够高时，问题就仅仅是未占用带宽了。最大可预约带宽和链路带宽之间的关系对每个业务类别都是可配置的。
所有的CAC代理通过使用从它们的本地路由器得到的统计的指数平均值，监测并更新它们的链路负载。参见公式(1)和(2)。利用例如SNMP获得采样周期(s)的出列比特数。适当的s值可能是例如500ms。在单个测量周期(p)内，采样链路负载p/s次，而在每次测量周期的结束，选择最大值用于表示当前的负载。测量周期(p)值的适当范围可以是从1到10秒。应当仔细选择指数平均加权(w)、测量周期和采样周期。w和p的最优值依赖于业务模式和它们适应链路负载中的变化能有多快。较小的s值使得该方案对突发更加敏感，而较大值可能给出更好的平均负载估计。CAC代理每p秒将它们的链路负载发送到该域的带宽经纪人。应当就延迟和分组丢失而言给出这些分组的最优可能处理。无论在何时负载报告到达了带宽经纪人代理，该链路数据库都通过如公式(3)中那样为每个业务类别重新计算可应用的未占用链路带宽被更新。Bw为带宽。无论何时预约建立或取消都如公式(4)中那样更新未预约带宽。仅在当有对特定路径的资源请求时利用公式(5)计算可用带宽。
loadclass：＝(1-w)*loadclass+w*currentLoadclass               (1)
currentLoadclass：＝max(dequeuedBitsclass(1)，...，dequeuedBitsclass(p/s))/(s*bw)                                    (2)
unoccupiedBwclass＝bw*(loadLimitclass-loadclass)              (3)
unreservedBwclass＝bw*(reservationLimitclass-reservedclass)   (4)
avialableBwclass，path＝min(unoccupiedBwclass，link，unreservedBwclass，link|link∈path)                                                     (5)
利用bw可表示链路带宽(bps-比特每秒)，loadclass表示对给定类别的测量链路负载(0...1)，而reservedclass表示对给定类别的预约链路容量(0...1)。对于AF类，可用带宽的计算可能更加复杂。这是由于AF队列之间加权的调度。当利用公式(6)为每条链路计算未占用带宽值的时候，或者是可以以严格优先级方式配置所有AF队列的加权并应用使用公式(3)、(4)和(5)，或者是可以考虑AF加权(weightAFi)。所有AF加权的和为1。
unoccupiedBwAFi＝bw*min((loadLimitAFi-loadAFi)，(1-loadEF-loadAFi/weightAFi))                                                 (6)
在本发明另外的实施例中，提供了灵活的连接许可控制。在简单CAC(其为灵活CAC的子集)中，仅对实时业务(映射到EF和AF1)执行许可控制。这样，在CAC判定中使用商业或任何其他目标可能会很困难或者甚至不可能-有必要集中在实时应用要求上。在灵活CAC中，由于RT和NRT(非实时)之间的链路带宽是动态共享的，实时连接不能要求占用所有的带宽。RT业务的负载限制不是一个常值，而是小于NRT业务负载的总负载限制以及使用公式(7)的最大RT负载限制中的最小值。类似地，NRT业务的负载限制将会是小于RT业务负载的总负载限制和如公式(8)所定义的最大NRT负载限制的最小值。没有大的延迟的话，整个链路带宽对RT业务可能都是不可利用的。总负载限制是为了保护尽力服务业务(或任何非许可控制的业务)-如果有人想要保护它的话。此外，可以在许可判定中考虑预约的链路容量-对RT和NRT业务的预约限制就类似于负载限制那样使用公式(9-10)计算。基于参数的或者基于测量的许可控制可以通过调整可以在链路上为给定业务类别预约的最大容量(reservationLimitclass)而划分优先级。如果预约限制足够小的话，起支配作用的将会是基于参数的许可控制。
图2举例说明了负载/预约限制分层结构。三种限制可能影响到每次许可判定：总限制-参考标记为10并表示总的带宽。接下来的后者被划分为分别参考标记为12和14的两个RT/NRT限制。RT限制12在下一层中被划分为多个限制，显示了其中的两个16和18。第一个限制16可以是EF限制，而第二个限制18可以是AF1限制。NRT限制14在下一层中可以被划分为多个限制，显示了其中的两个20和22。限制20表示AF2限制，限制22表示AF4限制。应当理解，这仅仅是限制分层结构的一个例子，而任何其他适当的分层结构都可以使用，其中层次的数量、层次中限制的数量和用于提供该层次的准则都可以改变。
应当理解的是，分层结构中的每一层都不是必须要发生作用，即，例如NRT限制可以被设置为等于总的限制。注意一个限制不能超过其父类限制。
loadLimitRT＝min((loadLimittotal-loadNRT)，loadLimitRT_MAX)   (7)
loadLimitNRT＝min((loadLimittotal-loadRT)，loadLimitNRT_MAX)  (8)
reservationLimitRT＝min((reservationLimittotal-reservedNRT)，reservationLimitRT_MAX)                                                    (9)
reservationLimitNRT＝min((reservationLimittotal-reservedRT)，reservationLimitNRT_MAX)                                                  (10)
应用灵活CAC的一种方式是以严格优先级的方式配置所有的AF调度加权，以便AF1具有最大的加权-这导致不同AF类之间的延迟差别，而且其消除了2002年7月美国MA波士顿的SPIE ITCom2002会议论文集，网络系统III的因特网性能和控制，pp.108-119，J.Lakkakorpi的“Simple Measurement-Based Admission Control forDiffserv Access Networks”中所讨论的“被盗带宽”现象。
然而，也有可能应用公式(6)用于为AF类计算未占用带宽。后一种方法将最有可能导致更低的许可率和资源利用，但当使用AF的目标并非是延迟区别而是其它的目标-类似于带宽共享时，其可能是有用的。
除了动态RT和NRT限制之外，还有用户为给定服务付费的价格的函数的系数。所请求带宽(峰值速率)乘以这个系数，并且将结果与可用带宽相比较。如果，例如，f(price)＝1.0的话，就会偏向于具有最小峰值速率的连接。
在灵活CAC中，RT可以表示例如聚集的EF和AF1业务类别。然而，RT的范围可以延伸到覆盖更多的业务类别。与之类似，NRT可仅包括AF2业务，但是其范围可以延伸到覆盖更多的业务类别(参见图2)。可调整的参数如下：loadLimittotal，loadLimitRT_MAX，loadLimitNRT_MAX，reservationLimittotal，reservationLimitRT_MAX，reservationLimitNRT_MAX以及各个业务类别(例如，EF、AF1、AF2)的负载和预约限制。
图3举例说明了在具有三个业务类别的示例的灵活CAC实例中许可判定是怎样做出的。新的连接从它们自己的路由域的带宽经纪人那里请求资源(从源到目的地的峰值速率)。如果该目的地不在同一域中的话，可能还必须考虑其他的带宽经纪人。如果具有足够的资源，对许可连接的请求带宽就增加到沿着该路径的所有连接的预约值。否则，就拒绝该连接。监视对所有所许可数据流都是所需的，以保持它们的峰值比特率低于确定的一个值。
更加详细的，在图3中，带宽代理为每个许可请求执行以下步骤：
将连接归类-就是对每个许可请求是否是EF、AF1或AF2：
admit＝true
如果(class is AF2)那么
计算availableBwcalss，path and availableBwRT，path
-如果((availableBwcalss，path＜f(price)*requestedRate)或(avaliableBwRT，path＜f(price)*requestedRate))
admit＝false-就是说连接不被允许
否则
计算avaliableBwNRT，path
如果(availableBwNRT，path＜f(price)*requestedRate)
admit＝false-就是说连接不被允许
如果(admit＝＝true)
对路径上的所有链接：
reservedclass＝+requestedRate
重新计算unreservedBwclass，unreservedBwRT，unreservedBwNRT
对每个关闭的连接：
归类连接(class＝EF/AF1/AF2)
对路径上的所有链接：
reservedclass＝-requestedRate
重新计算unreservedBwclass，unreservedBwRT，unreservedBwNRT
对每个负载更新到达：
更新链路数据库：重新计算unoccupiedBw：s
对所有的CAC代理(包括带宽经纪人)：
当定时器超时时：
1.更新链路负载
2.发送更新到带宽经纪人
3.经过p秒后将定时器设置为超时
如前所释，简单CAC和灵活CAC都为AF类提供两种运行模式用于计算可用带宽：或者是类似严格优先级的AF加权并且它们在计算中被忽略不计，或者是当在计算可用带宽时考虑正常AF加权。如果是要保护尽力服务业务的话(也是在较短的时间标度之内-总限制在较长时间标度之内照顾该保护)，优选后一种模式。
利用简单CAC，就不必要调整调度加权，因为事实上仅有两个AF类-并且另外一个(AF2)是尽力服务。由此，固定的加权分配应该足够了。然而，利用灵活CAC，可能就希望调整AF1和AF2加权。现在描述具有三个类的灵活CAC的例子，其中EF和AF1类属于RT超类。如果为尽力服务类AF3给予公平的转发资源配额，就说10％的话，有可能为这三个AF类分配类似严格优先级加权(例如，90:9:1)。此外，静态的AF加权可能导致较低的瓶颈链路利用。
AF加权针对每条链路单独调整。调整过程接收关于带宽经纪人区域内每条链路的未占用AF带宽的定期输入。如果达到了一定极限值的话，就会为所涉及的链路和CAC算法计算新的AF调度加权。在本发明的一个实施例中，保持了非实时AF类的加权比率。应当理解的是，也可以使用诸如队列填充级别、分组丢失和吞吐量的一些其它输入。一旦计算了新的AF加权，它们就立刻被投入使用。
带宽经纪人连续监测(当新的路由器通知到达时)unoccupiedBwAFi值。测量周期TW(例如，10秒)期间来自每条链路的最小值被保存到链路数据库中。在每次定期检查之后(每TW秒)，这些值就被重置。如果达到了某个极限值的话，为所涉及的链路计算新的AF加权。如果最小的unoecupiedBwAFi/bw值小于lowThreshold(例如，0.05)或大于highThreshold(例如，0.15)的话，则更新weightAFi。
weightAFi＝loadAFi/(1-loadEF-unoccupied)                   (11)
EF和AF负载来自具有最小unoccupiedBwAFi的时刻。unoccupied表示我们希望总是可用的未占用容量的数量，例如0.1。总之，lowThreshold＜unoccupied＜highThreshold。负的unoccupiedBwAFi值将立即(与定期检查相对)触发AF加权调整。最终的AF加权依赖于AF类的数量(N)，不包含“尽力服务”类(12)。
weight AFi : = weight AFi / ( Σ j = 1 N weight AFj ) * ( 1 - weight BE ) - - - ( 12 )
然而，AF加权的最小(0.1*(1.0-weightBE))和最大(0.9*(1.0-weightBE))值得到增强。应当理解的是，也可以为AF加权选择或另外使用其它的最小和最大值。尽力服务加权是可配置的-例如它可以是0.1。
现在将描述本发明的另外的实施例，其中可能将IP传输资源管理器(ITRM)中的连接许可控制(CAC)和限制AF3队列吞吐量的速率限制器的调整链接到一起。速率调整是基于由ITRM所计算的未使用的AF4带宽值。
为了提供带宽保证，用于具体表现本发明的ITRM的CAC算法不需要对AF4队列的“类似严格优先级”加权。为了给交互式的业务提供更小的延迟，为AF3队列提供“类似严格优先级”加权。然而，为了给AF4提供带宽保证，为AF3队列提供诸如思科的CAR(参见在此引入作为参考的2003年4月思科系统公司的“承诺的接入速率”)的速率限制器或类似的东西。
在一些实施例中可能使用静态AF3速率，但是由于动态业务混合以及要求，这可能是可用资源的非有效使用。这样，本发明的实施例提供了一种用于调整AF3速率的机制。
速率限制器调整过程接收有关用于每条链路在ITRM区域内的未使用AF4带宽的定期输入。如果达到某极限值的话，就为相关的AF3队列计算新的速率。以下例子就是完成这种计算的一种方法。
将描述本发明实施例的一个例子。本发明的实施例在诺基亚的ITRM许可控制架构和在此引入作为参考的2002年7-8月美国波士顿的SPIE ITCom 2002会议论文集，J.Lakkakorpi的“SimpleMeasurement-Based Admission Control for Diffserv AccessNetworks”中所描述的改进的带宽经纪人架构中都可使用。ITRM案例在此作为例子表述。
做出以下假设。增强的CAC算法没有为AF4假定“类似严格优先级”加权。假设存在针对所有映射到EF的业务的CAC-包括NRTIur的业务。然而，此处关键的增强是AF3吞吐量在未使用AF4带宽上具有影响。
○UnusedBwEF＝bw×(TLimEF-throughputEF)
○UnusedBwAF4＝bw×min((TLimAF4-throughputAF4)，
(1-throughputEF-throughputAF4-throughputAF3))
○UnusedBwRT＝bw×(TLimRT-throughputEF-throughputAF4)
○ UnusedBw CLASS : = UnusedBw CLASS * 1 x ITRM _ prm _ share
○BLimCLASS，path＝min(UnusedBwCLASS，link|link∈path)+allocatedCLASS，path
对于EF连接，在BTS处检查：
所请求的速率+allocatedEF，path≤BLimEF，path
所请求的速率+allocatedRT，path≤BLimRT，path
对于AF4连接，在BTS处检查：
所请求的速率+allocatedAF4，path≤BLimAF4，path
所请求的速率+allocatedRT，path≤BLimRT，path
此处UnusedBw为带有指示其是否是用于EF，AFn或类的下标的未使用带宽
bw为带宽
TLim是带有指示其涉及AFn或EF的下标的时间限制
BLim是带有指示其是否是用于路径的AFn、EF或RT或类的下标的带宽限制
其他的术语自我说明。
应当理解的是，allocatedRT＝allocatedEF+allocatedAF4。
现在将参考示出了本发明实施例的流程图的图14。在步骤S1，ITRM在测量周期(PLength)监测最小的UnusedBwAF4值。在每次定期检查之后，这些值将被重置。
每PLength(例如，10)分钟进行一次定期检查。如果达到了某门限值的话，为AF3队列计算新的速率。
在步骤S2，判断最小UnusedBwAF4值是否小于LowBwTh更低带宽门限(例如，0.05)。如果是，则下一步骤为S3，其中rateAF3被更新(应当导致更小的AF3速率)。
如果不是，则下一步骤为S4，在此判断最小UnusedBwAF4值是否大于HighBwTh更高带宽门限(例如，0.15)。如果是，则下一步骤为S5，其中rateAF3被更新(应当导致更大的AF3速率)。如果不是，则如由步骤S6所示意的不做改变。该方法接着重复下一次时间周期。
应当理解的是，依赖于结果，这种方法可以组合步骤S2和S4与作为下一步骤的S3、S5或S6。可选的，可以在步骤S2之前执行步骤S4。
rateAF3＝max(ratemin，min(ratemax，1-throughputEF-throughputAF4-UnusedBwAF4a))，
其中EF和AF4吞吐量值来自具有最小UnusedBwAF4的时刻。UnusedBwAF4a代表应当总是可用的未使用AF4带宽的数量。例如0.1的值可以用于UnusedBwAF4a。
总之，LowBwTh＜UnusedBwAF4a＜HighBwTh。
负的UnusedBwAF4值应当立即(相对于定期检查)触发AF3速率调整。通过这样做，可以阻止阻塞。
应当理解的是，所有的参数值都是可配置的，并且与用作示例的值不同的其它值也是可能的。
响应于触发，由给定ITRM管理的所有(或一些)链路被配置以新的AF3速率，或者引入QoS策略管理器(QPM)来完成这些事情。
性能评估
仿真案例和网络拓扑
以下四个案例使用八种不同的连接到达强度仿真：类似严格优先级AF加权(在可用带宽计算中不考虑类似严格优先级AF加权)、正常AF加权、自适应AF加权和具有自适应预约限制的类似严格优先级AF加权。以下八个案例仅使用单个到达强度仿真：具有自适应预约限制的正常AF加权、具有自适应预约限制的自适应AF加权以及所有后面提及的具有突发连接到达的六种情形。对于许可控制，使用了具有三个类：EF、AF1和AF2(EF和AF1属于RT超类)的灵活CAC实例。表I中列出了许可控制参数，同时在图4中举例说明了仿真拓扑。
接入网络包括一个具有110Mbps带宽的光纤链路30和一个具有充分小带宽的微波(或租用线路)分支(从光纤的第一跳32：18Mbps，从光纤的第二跳34：6Mbps)。
表1许可控制参数
            无预约限制调整         EF和AF预约限制调整
  参数   类似SP的AF加权   正常AF加权   自适应AF加权   类似SP的AF加权   正常类AF加权   自适应AF加权
  weightAF1   0.9   0.45   自适应   0.9   0.45   自适应
  weightAF2   0.09   0.45   自适应   0.09   0.45   自适应
  weightAF3/BE   0.01   0.1   0.1   0.01   0.1   0.1
  TW   N/A   10.0s   N/A   10.0s
  lowThreshold   N/A   0.05   N/A   0.05
  highThreshold   N/A   0.15   N/A   0.15
  Unoccupied   N/A   0.1   N/A   0.1
  TR   N/A   10.0s
  增量   N/A   0.05
  reservationLimitEF   10.0   自适应
  reservationLimitRT MAX   10.0   自适应
  reservationLimitAF1   10.0
  reservationLimitAF2   10.0
  reservationLimitNRT MAX   10.0
  reservationLimittotal   10.0
  loadLimitEF   0.5
  loadLimitAF1   0.5
  loadLimitAF2   0.9
  loadLimitRT MAX   0.9
  loadLimitNRT MAX   0.9
  loadLimittotal   0.9
  f(price)all   1.0
  S   500ms
  P   1.0s
  W   0.5
网络配备
所有的路由器执行标准的每一跳行为(PHB)；EF被实现为优先级队列，而AF具有包含三个队列的Deficit Round Robin(如在此引入作为参考的1996年6月，IEEE/ACM网络会刊，vol.4，pp.375-385，M.Shreedhar和G.Varghese的“Efficient Fair QueueingUsing Deficit Round-Robin”中所讨论)系统。这是实现路由器中的EF和AF的最常见的方式。一个例子：在此引入作为参考的2003年6月，思科的LLQ思科系统公司，“低等待时间排队”。
EF队列配备有令牌存储桶速率限制器(速率：0.8*链路带宽，存储桶大小：3*MTU＝4500字节)。AF1、AF2和AF3队列的缺省类似严格优先级的量子如下：1800、180，和20(90:9:1)。所有的队列大小都以字节的形式给出：对EF为5000，对AF1为15000，对AF2为20000，对AF3为25000。针对AF队列应用了如在此引入作为参考的1993年8月，IEEE/ACM网络会刊，vol.1，pp.397-413，S.Floyd和V.Jacobson的“Random Early Detection Gateways forCongestion Avoidance”中所讨论的加权的随机早期检测(WRED)。所有的WRED队列都使用1.0的AQS(接入队列大小)加权(瞬时队列大小支配)。其它WRED参数(对所有AF队列)如下：MinThreshDP1＝MaxThreshDP1＝1.0*AQS，MinThreshDP2＝MaxThreshDP2＝0.883*AQS，MinThreshDP3＝MaxThreshDP3＝0.767*AQS，MaxDropPrDP1-DP3＝1.0。这些参数会导致不具有队列大小平均值或随机丢弃的简化的WRED。
业务特征
连接在接入网网关和边缘路由器之间建立。新的连接按指数分布的时间间隔，以1.2-1.9秒的平均值到达每个边缘路由器。这将导致3.68-5.831/s的总到达强度。持有时间也以对RT(EF和AF1)连接平均100秒和对其他连接250秒指数分布。使用简单的两态马尔可夫链创建(当需要时)突发到达，其中从正常状态到突发状态的转换以及反过来的转换的概率均为0.1。正常状态下的连接间隔时间是以平均1.2秒指数分布，而在突发状态下的间隔时间总是为0。这将导致更高的平均到达强度。
业务混合包括IP话音(VoIP)呼叫、可视电话、视频流(在此引入作为参考的1988年7月IEEE通信会刊，vol.36，pp.834-844，B.Maglaris，D.Anastassiou，P.Sen，G.Karlsson和J.Robbins的“Performance Models of Statistical Multiplexing in Packet VideoCommunications”)，web浏览器(仅在此引入作为参考的2000年5-6月，IEEE网络，vol.12，pp.46-55，M.Molina，P.Castelli和G.Foddie的“Web Traffic Modeling Exploiting TCP Connections’TemporalClustering through HTML-REDUCE”)，以及电子邮件下载(在此引入作为参考的1999年6月英国爱丁堡第16届国际电视业务会议论文集，pp.887-894，V.Bolotin的“Characterizing Data Connection andMessages by Mixtures of Distribution on Logarithmic Scale”)。
在每个AF类内部存在三种不同的服务等级-它们的选择是基于预约信息的。服务等级不对许可控制判定产生任何影响。带宽经纪人和所有其他CAC代理之间的信令业务也被建模-以半现实(semi-realistic)的方式。CAC代理的确发送真实的路由器负载报告到带宽经纪人，但是资源请求与应答都是以统计的方式模拟的。带宽经纪人代理物理上位于将接入网连接到服务提供商核心网的网关处。服务映射根据表II执行。
表II业务混合与服务映射
  服务   服务等级   PHB   所提供连接的份额  所请求带宽(峰值速率)
  VoIP呼叫   N/A   EF   20.0％   36kpbs
  可视电话   N/A   EF   20.0％   84kpbs
  视频流   金   AF11   4.0％   250kpbs
  银   AF12   4.0％   250kpbs
  铜   AF13   4.0％   250kpbs
  浏览保证   金   AF21   8.0％   250kpbs
  银   AF22   8.0％   250kpbs
  铜   AF23   8.0％   250kpbs
  正常浏览和电子邮件下载   金   AF31   8.0％   N/A
  银   AF32   8.0％   N/A
  铜   AF33   8.0％   N/A
仿真方法
使用了ns-2仿真器的改进版本(UCB/LBNL/VINT，“网络仿真器-ns(版本2)”，2003年6月)。在每个仿真案例中运行了具有不同种子值的六次仿真(使用了95％的置信区间)。仿真时间一直都是1200秒，其第一个600秒被作为热身周期丢弃。感兴趣的是连接阻塞可能性和瓶颈链路利用水平之间的折衷。此外，为不同的业务聚集检验以下QoS度量：瓶颈延迟、瓶颈分组丢失和基于TCP(传输控制协议)的实际比特率-基于业务源，即TCP吞吐量。使用简单令牌存储桶监视器(带有整形和降落)限制所允许基于TCP的源的发送速率。在仿真期间中，观察到存储桶大小应当为零-否则该TCP源就会获取过多的带宽，这对许可控制会有负面影响。
仿真结果
不同到达强度
图5至11举例说明了联合的EF+AF1+AF2许可率(图5)、平均EF+AF1+AF2瓶颈链路负载(图6)、通过瓶颈链路的AF1和AF2分组延迟(图7和图8)、瓶颈链路上的AF1分组丢失(图9)和TCP吞吐量(图10和图11)。所有的图给出了不同连接到达强度下四种不同的许可控制方案的性能。
可以看出，正常的非自适应AF加权的使用会导致图6中所示的更低的平均瓶颈链路负载。图5中所示的EF+AF1+AF2连接的许可率看起来并非是许可控制方案性能的特别好的指示器，因为所有的连接在带宽使用方面并不平等。自适应AF加权会导致如类似严格优先级AF加权的瓶颈链路负载，这是意想不到好的结果。然而，自适应EF和RT预约限制看起来降低了性能(更低的瓶颈链路负载)。这在考虑了它们提供对突发连接到达的保护的情况下是可接受的。
图7和图8中示出了AF1和AF2分组的最大延迟图。然而，AF1和AF2延迟之间的差别并不很大-在一些实施例中可能没有必要将AF1和AF2类分开。这在单一瓶颈的情况下可能是真的。然而，如果有多条瓶颈链路的话，端对端延迟中的差别就会比较大。
图9中示出了分组丢失(仅画出了AF1分组的丢失-其他AF业务通过TCP传输，在此分组丢失很正常)看起来对任何所测试的算法来说不是主要的问题。正如所期望的那样，自适应预约限制导致最小的分组丢失。如果渴望更低的分组丢失率的话，可以向下调整负载和预约限制。在图10中也可以看出AF2类TCP连接在高负载期间也接收它们的请求资源-这不是图11中所示的具有AF3(尽力服务)类TCP连接的情况下是很自然的。
单一到达强度(5.83l/s)
对AF1和AF2的加权以及对EF和RT的预约限制分别在图12和图13中示意。由于业务混合在仿真期间没有大的改变，这些加权和预约限制相当稳定。使用不同的到达强度，可能会有不同的值。这些图的目的在于举例说明AF加权与预约限制是如何调整的。只对六个仿真运行中的第一个进行了图示-图例提供了来自所有仿真运行的平均值。表III说明了组合AF加权和预约限制调整的效果。这种“组合方案”的性能至少与其它方案的性能一样好。此外，没有观察到负面的副作用。
突发到达的效果
由于正常情况即具有泊松(Poisson)连接到达的仿真没有给出足够明确的答案，就需要突发连接到达来找出所测试方案之间的差别。表IV说明了主要的结果：当预约限制调整与类似严格优先级AF加权一起使用时AF1分组丢失就(自然地)最小化了。利用正常AF加权，AF1分组丢失就要更多一些。当AF加权与预约限制相结合进行调整时，AF1分组丢失就减少了。这表明两种调整过程相互之间互不干扰。
表IV AF加权和EF&RT预约限制调整的效果
  方法   EF+AF1+AF2许可率[％]   平均EF+AF1+AF2瓶颈负载[％]   最大AF1和AF2延迟[ms]   最大AF1分组丢失[％]
  类似SP的AF加权(90:9:1)，无调整   71.0±1.7   85.5±0.3   4.0±0.39.1±0.5   0.3±0.2
  正常AF加权(45:45:10)，无调整   80.7±1.1   80.8±0.7   5.3±0.14.5±0.1   0.4±0.2
  AF加权调整   70.5±2.6   85.6±0.3   5.1±0.211.8±1.2   0.8±0.2
  类似SP的AF加权，EF&RT预约限制调整   72.9±1.6   85.1±0.2   3.7±0.18.6±0.7   0.1±0.0
  正常AF加权，EF&RT预约限制调整   81.6±0.7   79.9±0.3   5.0±0.34.5±0.3   0.2±0.1
  AF加权和EF&RT预约限制调整   74.2±1.0   84.5±0.4   5.1±0.310.5±0.9   0.4±0.1
表V突发到达的效果
  方法   EF+AF1+AF2许可率[％]   平均EF+AF1+AF2瓶颈负载[％]   最大AF1和AF2延迟[ms]   最大AF1分组丢失[％]
  类似SP的AF加权(90:9:1)，无调整   37.6±1.7   88.2±0.1   4.9±0.428.1±14.8   1.4±1.2
  正常AF加权(45:45:10)，无调整   45.2±2.1   85.5±0.5   9.4±1.47.5±0.7   7.8±4.1
  AF加权调整   37.0±2.2   88.1±0.3   7.5±0.628.4±4.5   6.3±2.0
  类似SP的AF加权，EF&RT预约限制调整   41.4±1.9   86.8±0.2   4.0±0.110.4±0.7   0.1±0.1
  正常AF加权，EF&RT预约限制调整   47.4±1.7   84.7±0.4   6.9±0.77.2±0.8   1.4±0.4
  AF加权和EF&RT预约限制调整   41.9±1.8   86.7±0.2   5.9±0.212.6±1.0   1.0±0.4
在本发明的实施例中，有对正常(相对于类似严格优先级)AF加权的需要-这个实施例寻求保护尽力服务(或“最优服务”，在这个实施例中为AF3)业务。由此，在许可判定中考虑了AF加权。仿真显示，静态的AF加权导致比较自适应AF加权更低的瓶颈链路利用率。此外，自适应预约限制是保护自己防止突发连接到达并维持高瓶颈链路利用率的有效方式。
现在将描述可以与前述实施例联合使用的本发明另外的实施例。为ITRM/带宽经纪人提供了CAC算法，该算法再次没有为AF4队列假定“类似严格优先级”加权。AF调度加权的设置对给定ITRM/带宽经纪人管理之下的所有链路可以是相同的，或者该加权分别针对每条链路调整。然而，后一种方法比较复杂而且有振荡倾向。
调度加权&CAC算法调整过程接收有关阻塞/提供的AF连接的比率以及ITRM/带宽经纪人区域内的每一条链路的未使用AF4带宽的定期输入。应当理解的是，也可使用其它一些输入，例如队列填充等级、分组丢失和吞吐量。如果达到了某门限的话，就为AF4队列计算新的调度加权(以及也为其它AF队列，维持现有的AF3∶AF2∶AF1加权比率)和CAC算法。以下的实施例是完成这一工作的一种方法。
一旦已经计算了新的AF加权，给定ITRM/带宽经纪人管理之下的所有(或者可选的，只是一些)链路就配置以新的AF加权。ITRM/带宽经纪人中运行的CAC算法也利用新的AF4加权更新。
本发明的实施例能够用在诺基亚的ITRM许可控制架构以及用在改进的带宽经纪人架构中(参见2002年7-8月，美国波士顿，SPIEITCom 2002会议论文集，J.Lakkakorpi的“SimpleMeasurement-Based Admission Control for DiffServ AccessNetworks”)。ITRM案例在此作为例子呈现。
ITRM控制的AF4加权调整
一种新的CAC算法不为AF4假定“类似严格优先级”加权。其假定对所有映射到EF-包括NRT Iur的业务的所有业务都有CAC。
○UnusedBwEF＝bw×(TLimEF-throughputEF)
○ UnusedBw AF 4 = bw × min ( ( TLim AF 4 - throughput AF 4 ) , ( 1 -
throughput EF - throughput AF 4 w AF 4 ) )
○UnusedBwRT＝bw×(TLimRT-throughputEF-throughputAF4)
○wAF4是AF4队列的调度加权(合理的范围可以为，例如，从wmin＝0.3到wmax＝0.99-非常小的wAF4值可能对UnusedBwAF4产生太大的影响)以便所有AF加权的和为1。或者是可以对所有链路使用相同的wAF4，或者是对不同的链路使用不同的加权。
○ UnusedBw CLASS : = UnusedBw CLASS * 1 x ITRM _ prm _ share
○BLimCLASS，path＝min(UnusedBwCLASS，link|link∈path)+allocatedCLASS，path
○对于EF连接，在BTS处检查：
√请求的速率+allocatedEF，path≤BLimEF，path
√请求的速率+allocatedRT，path≤BLimRT，path
○对于AF4连接，在BTS处检查：
√请求的速率+allocatedAF4，path≤BLimAF4，path
√请求的速率+allocatedRT，path≤BLimRT，path
应当注意的是，allocatedRT＝allocatedEF+allocatedAF4。
触发器
ITRM在测量周期(PLength)内监测AF4连接阻塞率(对于BTS到ITRM的BTS通知可以延伸到包含所提供的数字和在每个PLength间隔的最后一个SWLength期间阻塞的AF4连接，以便ITRM可以在每PLength间隔计算总的AF4阻塞率)和最小的UnusedBwAF4/bw值。这可以依赖于是否应用了相同的还是不同的AF连接。在每次定期检查之后，这个值(或这些值)被重置。
○SWLength的滑动窗口(例如，30)分钟被用来收集AF4连接阻塞率统计。
○每PLength(例如，10)分钟进行定期检查。如果达到了某极限值的话，就为AF4队列计算新的加权。
√如果AF4阻塞率太大的话(＞BlockingTh，例如，2％)，或最小UnusedBwAF4/bw值小于LowBwTh(例如，0.05)的话，更新wAF4(将导致更大的加权)。
√如果AF4阻塞率为零并且最小UnusedBwAF4/bw值大于HighBwTh(例如，0.15)的话，更新wAF4(将导致更小的加权)。
√ w AF 4 = max ( w min , min ( w max , throughput AF 4 1 - throughput EF - UnusedBw AF 4 a ) ) ,
其中EF和AF4吞吐量值从具有最小UnusedBwAF4/bw的时刻开始。UnusedBwAF4表示我们希望一直可用的未使用AF4带宽的数量。例如值0.1可以用于UnusedBwAF4。总之，LowBwTh＜UnusedBwAF4a＜HighBwTh。
○负的UnusedBwAF4/bw值应当立即(相对于定期检查)触发AF4加权调整。通过这样做，可以防止阻塞。
○因为不必要通过未使用带宽值显示的可能的阻塞高容量AF4请求，需要使用AF4阻塞率作为指示器。
所有参数值都是可配置的，并且也可能是与作为例子使用的值不同的其它值。
以下操作被实现：
使用新的AF4加权配置给定ITRM/带宽经纪人管理之下的所有(或一些)链路，或告知QoS策略管理器(QPM)来完成这些事情。
使用新AF4加权更新运行在ITRM之内的CAC算法。(如果策略管理器已经接受了该新的加权的话。)
在这个实施例中，链接ITRM/带宽经纪人中的CAC和路由器调度加权的调整。除了路由器统计之外-例如队列填充等级、分组丢失和吞吐量-调度加权的调整是基于连接阻塞率和未使用带宽值的。无论何时调整了调度加权，CAC算法也就被更新以反映新的加权。
已经在使用AF和/或EF PHB的IP分组网络的上下文中描述了本发明的实施例。应当理解的是，本发明的实施例可以与业务类别的其它例子一同使用。这些类别可能不是基于IP分组的，或者可能使用IP分组和非基于IP的分组的混合。本发明的实施例已经在差分业务系统的上下文中描述了。应当理解的是，本发明的实施例可以在不同的系统中使用。
已经在一个占用了带宽主要部分的类别和依赖于所述一个类别的活动中调整的第二个类别的上下文中描述了本发明的实施例。应当理解的是，可以检验多于一个类别的活动，并且可以调整多于一个的类别。

Claims (19)

1、一种用于控制连接许可的方法，包括：
a)提供多个类别；
b)为至少一个类别预约部分带宽；
c)通过已经为其预约所述带宽的相应部分的至少一个所述类别，确定使用相关信息；以及
d)控制与其使用已经被确定的所述至少一个类别不同的至少一个类别的许可，所述许可考虑了所述确定的使用相关信息。
2、根据权利要求1的方法，其中所述确定步骤包括：
确定被分配了所述带宽的大部分的类别的使用相关信息。
3、根据权利要求1或2的方法，其中所述确定步骤包括：
确定实时类别的使用相关信息。
4、根据前述任一权利要求的方法，其中其许可在步骤d)中受到控制的所述至少一个类别包括非实时业务类别。
5、根据前述任一权利要求的方法，其中至少一个类别被划分为多个子类。
6、根据前述任一权利要求的方法，其中步骤c和d以有规则的时间间隔重复。
7、根据前述任一权利要求的方法，其中所述使用相关信息通过预定的周期确定。
8、根据前述任一权利要求的方法，其中所述确定步骤包括：
确定所述使用相关信息是否满足预定的准则，并且只有所述预定的准则被满足才执行步骤d)。
9、根据前述任一权利要求的方法，其中所述确定步骤包括以下步骤的至少一个：
确定分配给所述至少一个类别的未使用带宽；
为所述至少一个类别确定阻塞率；以及
为所述至少一个类别确定所述分配的带宽的未使用部分。
10、根据前述任一权利要求的方法，其中步骤d)考虑以下因素的至少一个：
其使用被确定的至少一个类别的吞吐量；以及，
其许可将在步骤d)中被确定的所述至少一个类别的吞吐量。
11、根据前述任一权利要求的方法，其中所述确定步骤包括：
为所述至少一个类别确定调度加权。
12、根据前述任一权利要求的方法，其中与其使用已经被确定的至少一个类别不同的所述至少一个类别被预约了在步骤d)中可改变的基本带宽分配。
13、根据前述任一权利要求的方法，其中在步骤d)中为许可预约的带宽的一部分被设置成小于或等于预定的最大值。
14、根据前述任一权利要求的方法，包括依赖于所述使用相关信息，配置路由节点之间的多个链路的步骤。
15、根据前述任一权利要求的方法，包括依赖于所述使用相关信息，更新连接许可控制算法的步骤。
16、根据前述任一权利要求的方法，其中所述类别包括在差分业务网络中的IP分组的业务类别。
17、根据权利要求15的方法，其中所述类别包括AF确保转发类别和EF加速转发类别中的一个或多个。
18、根据前述任一权利要求的方法，其中所述许可步骤被设置成考虑将被许可的类别的使用信息。
19、一种路由网络，包括：
多个路由节点，至少一个所述路由节点被设置成提供连接许可控制，并且至少一个所述路由节点被设置成：
为至少一个业务类别控制部分带宽的预约；
对已经为其预约所述带宽的相应部分的至少一个所述类别，进行接收和确定使用相关信息中的至少一个；以及，
控制与其使用相关信息已经被确定的所述至少一个业务类别不同的至少一个业务类别的许可，所述许可考虑了所述确定的使用相关信息。
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