CN1993930A - 一种分层的网络服务质量保证方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现网络QoS保证的系统，包括：QoS业务控制器QSC，用于从业务请求中提取该业务对于网络的QoS请求，向网络中的DRC资源控制发送QoS请求，以及发送资源释放信息；QoS管道配置器QPPC，用于配置管道，定期获取QoS管道的资源占用情况，动态但非实时的进行管道容量的调整；分布式资源控制器DRC，用于动态地处理来自于QSC的QoS请求，进行每个资源请求的接入控制和资源分配。基于该系统，本发明还相应地提供了一种分层实现网络资源分配的方法。

Description

一种分层的网络服务质量保证方法及其系统

技术领域

本方案提出了一种用于分层的服务质量保证方法及其系统， 可用于城域 网。 背景技术

主要缩略语：

DRC: Distributed Resource Controller 分布式资源控制器

QPPC: QoS Pipes Provisioning Controller QoS管道配置器

QSC: QoS service Controller QoS业务控制器

ER: Edge Router边^^由器

SEP: Session Initiation Protocol 控制协议

COPS: Common Open Policy Service通用^ ^共策 ¾M良务

S MP; Simple Network Management Protocol简单网络管理协议

LER:Label Edge router标签边 ^由器

LSP: Label Switch Path标签交换^½

LSR: Label Switch Router标签交换路由器

QoS是指与应用要求相关的网^ f生能和保证网 f生能的一些技术。 当前 已有几种实现 QoS保证的机制被提出：

IntServ RSYP (集成服务 /资源预留协议 )模型

RSVP用于集成服务网中的资源预留的建立。 用户端利用 RSVP向网络 为应用流提出 QoS请求， 接收到该 QoS请求的路由器确定该应用流的路 径， 并利用 RSVP将该 QoS请求信息传给该路径中的其他路由器， 并建立 和保存该服务的信息， 且在该路由器中为该应用流预留出一定资源。 资源预 留是按从应用流的原端到接收端的 进行的， 沿路为每个应用流预留出一 定的资源。 这种服务模型虽然能够提供绝对的 QoS保证， 但其对路由器的 要求较高， 要求其支持 RSVP和许可控制协议， 还需要花费大量的资源来维 护和更新数据库， 实现复杂， 且使得采用该模型的网络扩展性差。

DifiServ (区分服务）模型

DiffServ模型的！^思想是在网络的入口处为数据包标记一个区分服务 码点（DSCP ) ， 用于承载该数据包在网络转发路径的中间结点被处理时的 月 I务信息。 通过对一个数据包 DSCP字段设置不同标记， 以及基于 DSCP字 段进行的处理， 可形成一些不同的服务级别。 这样， 在 ISP的入口处， 边缘 路由器根据与用户签定的服务等级协议， 对数据包进行分类、 计量、 标记等 处理， 而核心网的主 壬务只是根据数据包头的 DSCP标记对数据包采用相 应的转发措施及对其进行调度分配路由。 这种 DifflServ模型便于实现， 其只 需在网络边缘处进行用户服务请求到 DSCP的映射， 免去了在网络的核心节 点上采用显式的资源预留信令， 从而降低了实现的复杂度， 但是由于没有接 入控制和信令机制， 因而不能绝对保证每个流都有足够的资源。

MPLS (多协议标记交换）技术

MPLS是一种结合第二层和第三层的交换技术， 其本身并不能解决 QoS 问题， 但可以协助解决 QoS问题。 MPLS引入了基于标签的机制， 由选 数据转发分开， 由标签来规定一个分组通过网络的^ 1。 MPLS网络由 核心部分的标签交换路由器（LSR ) 、 边缘部分的标签边缘路由器（LER ) 组成。 LSR的作用可以看作是 ATM交换机与传统路由器的结合， 由控制单 元和交换单元组成； LER的作用是分析 BP包头， 用于决定相应的传送级别 和标签交换 ( LSP ) 。 MPLS支持 DiffServ模型， 可以把 DiffServ的多 个 BA ( Behavior Aggregation, 行为聚合）映射到 MPLS的一条 LSP, 根据 BA的 PHB ( Per-Hop-Behavior, 每跳行为 )转发 LSP上的流量。 但 PLS 与 DiffServ的结合只是在数据平面的处理方式， 并不能保证进入网络的数据 流的 QoS。 发明内容

本发明提出了一种基于层次化网络资源控制的 QoS保证方法， 该方法 提出了 QoS架构的三个层次， 并且提出了^ *立度和细粒度的资源控制方法 和遲辑实体。

根据本发明的一个方面， 提供了一种实现网络 QoS保证的系统， 包 括：

QoS 业务控制器 QSC， 用于从业务清求中提取该业务对于网络的 QoS请求， 向网络中的 DRC资源控制发送 QoS请求， 以^ JL送资源释放 信息；

QoS管道配置器 QPPC, 用于配置管道， 定期获取 QoS管道的资源 占用情况， 动态但非实时的进行管道容量的调整；

分布式资源控制器 DRC， 用于动态地处理来自于 QSC 的 QoS请 求， 进行每个资源请求的接入控制和资源分配。

进一步地， 所述的系统还包括传送网络设备， 用于数据传送的功能， 如包括边缘路由器和核心路由器等。

根据本发明的另一个方面， 提供了一种利用上述系统分层实现网络资 源分配的方法， 包括下列步骤：

通过 QoS管道配置器 QPPC预先配置粗粒度的 QOS管道；

通过分布式资源控制器 DRC针对来自业务控制器 QSC的每个流的 资源请求而将 QOS管道中的资源细粒度地分配给相应的流。

而且， 进一步地， 在该方法中， QPPC根据 DRC反馈的管道占用情 况， 可以动态调整 QoS管道的资源。

根据本发明的再一个方面， 提供了一种在网络中进行 QoS数据传输 的方法， 该方法包括列步驟：

QoS业务控制器 QSC根据来 II一业务发起端的 QoS资源请求与该请 求的业务接收端进行信令交互；

根据来自所述业务接收端的确认信息， QSC 向源分布式资源控制器 DRC发送 QoS资源请求信息； 源分布式资源控制器 DRC与目的分布式资源控制器 DRC通信以确 定是否可以接入该用户请求；

QSC根据确定为接入该用户请求的信息向业务发起者发送一个肯定 的应答；

业务发起者根据该应答而发送数据至源分布式资源控制器 DRC; 源分布式资源控制器 DRC将所述发送的数据映射到不同的 QoS管送 中传送。

进一步地， 该数据传输方法还包括步骤：

当 QSC接收到一个来自源发起者的业务终止信息后， 将通知入口 DRC释放当初预留的资源， 并更新资源状态表；

入口 DRC将传递资源幹放信息给出口 ER， 出口 DRC将释放相应的 资源并更新资源表。

本发明至少能够具有如下的优点：

扩展性

集中式的 i殳备需要处理所有经过该网络的流的资源请求， 并且保留整个 网络资源状况和所有流经该网的流的信息， 并且频繁的配置 ER, 使得扩展 性差。 采用分布式的资源控制将集中式的设备的功能放在边缘完成， 使得边 缘设备能够进行接入控制和资源分配。

可靠性

了对整个网络资源请求集中的处理， 采用分布式， 可靠性好， 当集 中式的设备出现故障时， 将会影响到整个网络的 QoS资源控制， 而采用分 布式的会将损失减到最小。

组播支持

如果这个信令协议^ 用类似于 RSVP的 QoS信令， 则可以进行后向 资源预留， 因此可以在一定程度上提供组播支持。 附图说明

图 1是根据本发明的 QoS控制架构的层次化功能结构图; 图 2是根据本发明的一种混合式的 QoS保障架构示意图；

图 3是本发明在 VoIP中应用的一个具体实施例的示意图。 具体实施方式

QoS框架的结构

网络分成三层： 包括 QoS相关业务层、 资源控制层以及承载层； 其中 资源控制层又分为两个子层： 粗粒度资源控制层， 精细粒度资源控制层。

QoS逻辑框架结构如图 1所示。

QoS管 ifA指具有一定 QoS 特性的连接一个网络的两个边界的虚 连接。 它的特征是： 它是端到端 （end-to-end ) 的； QoS 的管道资源可调 整； QOS管道建立是 4 立度资源分配， 如每个 QoS管道用于传送某一种业 务或某一种 QoS类别。 QoS管 ϋ ^一个网络中是边到边的， 对于大型的网 络， 可以分成几个域， 在每个域内， QoS管t^:边到边的 （edg to-edge ) 。 QoS管道的建立基于网络业务量预测和容量的规划， 在最忙碌的^ 上有最 较多的资源。 管道的建立由 QPPC (管道配置管理器） 负责。

QPPC是资源层中的粗粒度资源控制子层， 主要功能是配置和维护 QoS 管道， 可以存在于网管设备中。 在支持 MPLS的网络中， 它可以利用 CR- LDP RSVP-TE来建立 QoS管道。 QoS管道的建立是一种粗粒度的资源分 配。

QPPC主^^行以下操作：

1 )配置 QoS管道， 可以是由 QPPC对边缘路由器进行配置， 由边缘路 由器;^ QoS管道的动态设置， 也可以是由 QPPC直接对网络中的路由器 进行静态配置；

2 )调整 QoS管道的资源， 这种调整不是实时的， 而是根据各管道中的 流量分布， 适当调整各个管道的资源状况。

3 )配合 QoS监控和资源占用调查。

4)和邻域的 QPPC协商进行的 QoS管道信息的交互， 这种交互不是频 繁的。 DRC是细粒度资源控制子层的分布式逻辑实体， 它通常可以存在于边 ^^由器中；

主 行以下操作：

-获取边缘路由器上的所有通过该路由器的 QoS管道的资源表， 这些 QOS管道的资源信息是 DRC进行接入控制的基础。

-进行基于每个流的资源请求的接入控制和资源分配， 资源分配就是指 为每个流指定走哪个 QOS管道， 并根据资源分配， 相应的调整资源表中的 可用资源纪录；

-对 QoS信令（即用于向网络进行资源请求、 资源释放以及资源修改 等信息的协议）进行处理和转发到其他相关处理器；

QSC是业务控制层的 i 辑实体， 主要进行业务请求的处理。 可存在于 业务层的软交换设备、 应用服务器或其他业务控制设备中；

主^ 亍以下操作：

1 )业务谛求的处理， 如接受 SEP协议， 包括从业务请求中提取该业务 对 QoS的请求；

2 ) QoS用户认证、 健全、 记账等；

2 )为用户请求的业务向 DRC发起资源请求、 资源释放信息和处理反 馈信息；

传送网络支持 Diffserv, 具有分类、 监管、 排队和调度等数据平面的功 能。

ER是边缘路由器， 除了上述的 DifiGServ的机制用于数据的转发之外， 主要是接受来自于 QPPC的配置信息， 用 RSVP-TE或其他协议^ QoS管 道的创建。 总之， 获取网络中边^ ^由器之间的 QoS管道的信息。 DRC将 从 ER获取 QoS管道的信息， 作为进行细粒度资源控制的基础。

过程和接口

1 )粗粒度的资源分配

为开展 QoS业务， 首先运营商需要进行 QoS管道的配置和建立， 这需 要 QPPC来完成。 QoS管道的建立可以是由 QPPC对边缘路由器进行配 置， 由边缘路由器来发起 RSVP-TE建立边缘路由器之间的预留一定资源的 隧道。 也可以是直接由 QPPC对管道的所有路由器进行静态配置来完成。 边 由器之间的资源预留多少来源于网络的初期容量规划。 QPPC完成了之 后， ER ^根据预配置的 QoS管道信息形成一个资源信息表， 该表中记录 了 QoS管道的容量、 出口。 DRC根据这个表进行细粒度的资源分配， 记录 在这个管道上总的容量、 已有资源情况和可用资源情况。 QPPC会定期检查 DRC上的 QoS管道资源使用情况， 对出现资源不足的状况（如 QoS管道资 源占用率总在某个阀值之上的管道） ， 将加大资源， 对于资源利用率不足的 管道（如 QoS管道资源占用率总在某个阀值之下）将会适当減少资源， 这 两个阈值由运营商自行设定。 也可以是由 DRC根据 QOS管道的资源一段时 间的占用情况， 自行向 QPPC汇报， 从而对管道进行调整。 这种调整时间频 率可以是每天或者每半月、 半年进行调整。 QPPC与路由器间的接口以及 QPPC之间的接口可以采用 COPS协议或 SNMP协议。

2 ) 细粒度的接入控制和资源分配

细粒度的资源控制主要是指为那些要进入特定的 QoS管道的流进行的 接入控制和资源分配。 这个过程是动态的、 实时的。 业务请求处理流程如图 2所示：

1) QoS业务发起端形成一个 QoS业务请求， 请求将包括了用户 ID信 息， 起点、 终点等信息。 业务 ic^者可以是用户、 网关或者接入网络中的

QoS代理 ( agent ) 。

2)当 QSC收到请求后， 将对用户进行认证， 确定用户是否为合法的 QoS用户， 如果用户是合法的用户， 它将进一步和业务接收端进行信令交 互， 否则将拒绝业务发起者的请求。

3)等到接收到业务接收端的信令的确认信息后， QSC进行地址解析， 向 DRC发送 QoS资源莆求信息。

4)当入口 DRC接收到来自 QSC的资源请求后， 将会根据资源请求中 的信息， 确定出口 DRC, 确定相应的 QoS管道， 并检查在 QoS管道中是否 有足够的资源， 如果有， 请求 ^被送到出口 DRC。 当出口 DRC收到请求 之后， 将会检查该管道的资源状况， 当有足够的资源时， 将会接受请求， 更 新资源表， 并发送接收信息给入口 ER, 同样入口 DRC也会更新资源表， 返回给 QSC—个接收信息， 并记录相应的状态信息。

5)在 QSC接收到入口 DRC的接收信息后， 它将记录用户的信息， 通 知计费系统准备工作， 并发送给发起方一个肯定的回应； 否则将拒绝业务发

6)在业务^ ^收到接受信息后， 将发送数据给 DRC, 当入口 DRC 收到信息之后， 将根据业务流状态信息识别用户， 将它们映射到不同的 QoS 管道中传送。

资源释放过程如下：

1)当 QSC接收到一个来自源发起者的业务终止信息后， 将通知入口 DRC释放当初预留的资源， 并更新资源状态表。

2)同样， 入口 DRC将传递资源释放信息给出口 ER， 出口 DRC将 文 相应的资源并更新资源表。

这种机制与 RSVP相似， 但是有几个不同点： 这种方案的预留只在边缘 路由器上完成， 且不是根据单个路由器的资源状况来进行接入控制， 而是根 据 QoS管道的资源状况进行资源控制。

当存在跨域的情况， 由于每个域内已经预建立了 QOS管道， 因 越时 就好需要穿越多个 QoS管道， 在本方案中仍然由 DRC来进行资源控制， 资 源控制是逐域完成的， 域间的 QoS信令和域内的相同， 都采用统一的 QoS 信令。

3 )接口

本发明不涉及到信令协议的格式和规范。

在图 2中的 QoS架构有两个信令接口描述：

IF1: 业务发起者和 QSC之间的接口， 这个接口用于启动、 终止一个

Qos业务请求， 将传递用户 m , 起始点、 终结点等。 该接口可采用 SIP信 令等。 IF2: QSC和 DRC的接口以及 DRC之间的接口，主要是资源相关的 QoS信令， 包括资源请求、 反馈信息、 更新信息、 释放信息等等。

W3: QSC之间的接口， 该接口可以和 IF1—样。

IF4: QPPC和 DRC以及 QPPC和邻域 QPPC的接口， 可以是 COPS、 S MP等。

IF5: QPPC和 QSC的接口。

现结合附图 3具 ^^发明用于 VoIP的一个实施例。

以 VoIP为例， QSC可以是存在于软交换设备中， DRC位于 ER设备 中， QPPC位于网管设备中。

具体步骤如下：

假设网管设备中的 QPPC功能已经进行了资源的粗分配， 即通过 LSP 和 MPLS流量工程技术完成了 QoS管道的建立。

针对业务请求处理流程如下：

1 ) 用户发起一个呼叫请求， 请求将包括了用户 Π)信息， 起点、 终 点以及 SLA信息等。

2 ) 软交换处理呼叫请求信息， 向用户 B之间交换信令， 确定^ ~所 需的带宽和 QoS参数。

3 ) 软交换向入口 DRC

QoS资源请求信息。 当入口 DRC 接收到来自 QSC的资源请求后， 将会根据资源请求中的信息， 确定出口 DRC, 确定相应的 QoS管道， 并检查在 QoS管道中是否有足够的资源。

4 ) 如果入口 DRC有足够的资源接入， 资源请求将会被转发到出口 DRC；。 当出口 DRC收到请求之后， 将会检查该管道的资源状况。

5 ) 当出口 DRC有足够的资源时， 将会接受请求， 更新资源表， 并 发送接收信息给入口 DRC；。

6 ) 入口 DRC也会更新资源表， 返回给 QSC—个接收信息， 并记录 相应的状态信息。 在 QSC接收到入口 DRC的接收信息， 它将记录用户的信 息， 通知计费系统准备工作。

7 ) 用户开始通话。 8 ) 当用户结 话时， QSC给 DRC发出资源释放消息， 释放边缘 路由器上原来保存的状态。

Claims (10)

1. 权 利 要 求 书

   1. 一种实现网络 QoS保证的系统， 包括：

   QoS 业务控制器 QSC , 用于从业务请求中提取该业务对于网络的 QoS请求， 向网络中的 DRC资源控制发送 QoS请求， 以及发送资源释放 信息；

   QoS管道配置器 QPPC, 用于配置管道， 定期获取 QoS管道的资源 占用情况， 动态但非实时的进行管道容量的调整；

   分布式资源控制器 DRC， 用于动态地处理来自于 QSC 的 QoS请 求， 进行每个资源请求的接入控制和资源分配。
2. 2. 如权利要求 1所述的系统， 其中， 所述网络包括边 由器， 并 且其中， 所述的配置 QoS管道包括由 QPPC对边缘路由器进行配置， 由 边缘路由器发起 QoS管道的动态设置， 或者由 QPPC直接对网络中的路 由器进行静态配置。
3. 3. 如权利要求 2 所述的系统， 进一步包括， 该边缘路由器根据 QPPC配置的 QoS管道信息形成一个资源信息表， 该表中记录了 QoS管 道的容量和出口。
4. 4. 如权利要求 2或 3所述的系统， 其中， 所述 DRC的资源分配基 于已由 QPPC配置的 QoS管道。
5. 5. 如权利要求 1所述的系统， 其中， 所述 QPPC进行管道容量的调 整包括， 对于出现资源不足的管道将加大资源， 而对于出现资源利用率不 足的管道将适当减少资源。
6. 6. 如权利要求 2所述的系统， 其中， 所述网络还包括软交换应用服 务器和网管设备， 所述 DRC可以被安排在边^^由器中， 所述 QSC可 以被安排在软交换应用服务器中， 所述 QPPC可以被安排在网管设备 中。
7. 7. —种利用权利要求 1-6的系统分层实现网络资源分配的方法， 包 括下列步骤： 通过 QoS管道配置器 QPPC预先配置粗粒度的 QOS管道； 通过分布式资源控制器 DRC针对来自业务控制器 QSC的每个流的 资源请求而将 QOS管道中的资源细粒度地分配给相应的流。
8. 8. 如权利要求 7的方法， 进一步包括， QPPC根据 DRC反馈的管 道占用情况， 可以动态调整 QoS管道的资源。
9. 9. 一种在网络中进行 QoS数据传输的方法， 其特征在于， 该方法包 括列步骤：

   QoS业务控制器 QSC根据来自一业务发起端的 QoS资源请求与该请 求的业务接收端进行信令交互；

   才艮据来自所述业务接收端的确认信息， QSC 向源分布式资源控制器 DRC发送 QoS资源请求信息；

   源分布式资源控制器 DRC与目的分布式资源控制器 DRC通信以确 定是否可以接入该用户请求；

   QSC根据确定为接入该用户请求的信息向业务发起者发送一个肯定 的应答；

   业务发起者根据该应答而发送数据至源分布式资源控制器 DRC; 源分布式资源控制器 DRC将所述发送的数据映射到不同的 QoS管送 中传送。
10. 10. 如权利要求 9的 QoS数据传输的方法， 还包括步骤：

    当 QSC接收到一个来自源发起者的业务终止信息后， 将通知入口 DRC释放当初预留的资源， 并更新资源状态表；

    入口 DRC将传递资源#放信息给出口 ER, 出口 DRC将释文相应的 资源并更新资源表。