CN1633081A - 一种在承载控制层中分配路径带宽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在承载控制层中分配路径带宽的方法，该方法包括：a：各跳承载网资源管理器收到连接资源申请请求后，选择路径，根据该承载网中的最大路径标签栈深度MTD、用户数据总报文头长度、连接资源申请请求中包括的用户所请求的带宽以及用户业务的最大峰值报文长度MPPL获取带宽值，并将该带宽值分配给所选择的每跳路径；b：建立起所有路径连接后，各跳承载网资源管理器根据各跳路径的相对路径标签栈深度RTD、用户数据总报文头长度、用户所请求的带宽以及MPPL获取带宽值，并用该带宽值替换先前各跳路径所分配的带宽。采用本发明所述的方法可以用很简单的方式分配带宽，减少无谓的资源浪费，并降低成本。

Description

一种在承载控制层中分配路径带宽的方法

技术领域

本发明涉及有独立承载层的区分服务模型(Diff-serv，DifferentiatedService)技术，尤其涉及一种在有独立承载层的区分服务模型的承载控制层中分配路径带宽的方法。

背景技术

随着互联网(Internet)规模的不断增大，各种服务质量(QoS，Quality ofService)技术应运而生。因此，互联网工程任务组(IETF，Internet EngineeringTask Force)建议了很多服务模型和机制，以满足QoS的需求。目前业界比较认可的是在网络的接入和边缘使用综合服务模型(Int-Serv，Integrated Service)，在网络的核心使用区分服务模型(Diff-serv，Differentiated Service)。区分服务模型仅设定优先等级保障QoS措施，该QoS措施虽然有线路利用率高的特点，但具体的效果难以预测。因此，为了进一步完善QoS技术，业界开始为骨干网区分服务模型引入一个独立的承载控制层，建立一套专门的区分服务模型的QoS信令机制。这个区分服务模型被称为有独立承载控制层的区分服务模型。

图1为有独立的承载控制层的区分服务模型图。如图1所示，在该模型中，承载控制层102置于承载网络103和业务控制层101之间。在业务控制层101中的呼叫代理(CA，Call Agent)为业务服务器，比如软交换、视频点播(VOD)控制服务器、路由网守(GK，Gate Keeper)等，CA接收用户设备的呼叫请求，代理用户设备完成呼叫的请求和交换；在承载控制层102中，承载网资源管理器配置了管理规则和网络拓扑，为客户的业务带宽申请分配资源，本图中只画了三个承载网资源管理器，即承载网资源管理器1、承载网资源管理器2和承载网资源管理器3，但承载网资源管理器的个数不是一定的，各个承载网资源管理器相互之间通过信令传递客户的业务带宽申请请求和结果、以及为业务申请分配的路由路径信息等；在承载网103中，每个承载网资源管理器管理一个特定的承载网区域，这个特定的承载网区域被称为所对应的承载网资源管理器的管理域，本图中为承载网资源管理器1的管理域107、承载网资源管理器2的管理域108和承载网资源管理器3的管理域109，管理域107中包括边缘路由器(ER，EdgeRouter)110、核心路由器111和边界路由器(BR，Border Router)112，其中，ER能够将用户设备的呼叫业务流接入到承载网或引出承载网，管理域108和管理域109中也包括核心路由器和边界路由器。

在有独立承载控制层的区分服务模型中，承载网资源管理器为用户的业务连接申请通讯路径，并为申请到的路径分配带宽。在许多有独立的承载控制层的区分服务模型中都有分配带宽的方法，如服务骨干实验网(Qbone，Quality-of-Service backbone)的带宽代理器模型，图2为Qbone的带宽代理器模型图，如图2所示，带宽代理器1、带宽代理器2和带宽代理器3所实现的就是承载网资源管理器的功能，在该模型中，带宽代理器负责处理来自用户主机、业务服务器或者网络维护人员的带宽申请请求，根据该带宽请求以及该带宽管理器内记录着大量信息参数利用流量工程的统计算法获取分配带宽，这些信息参数包括各类配置信息、物理网络的拓扑信息、路由器的配置信息和策略信息、当前的资源预留信息、网络占用状态信息等大量静态或动态的信息。

上述Qbone的带宽代理器分配带宽方案的缺点是：需用大量参数进行计算，且计算程序复杂，计算工作量非常大，对处理器等设备资源的耗费也较大，从而导致成本比较高。

另外，还有一种NEC公司提出的Rich QoS方案。图3为Rich QoS方案的模型图，如图3所示，QoS服务器301作为关键部件，还包括与QoS服务器相配套的策略服务器302和目录服务器303以及网管监控服务器304，在本方案中，分配带宽的方法为：网管监控服务器304从承载网中的路由器中采集原始网络拓扑数据，并将采集到的拓扑数据存放在目录服务器303中，需要分配带宽时，策略服务器302从目录服务器303中读取相关的数据，并获取带宽，QoS服务器301再从策略服务器302上读取获取的结果，并分配带宽。其中的带宽获取过程为：利用基于多协议标签交换(MPLS，Multiprotocol Lable Switch)的流量工程统计算法来获取带宽，这种方法根据用户数据报文的长度和数据的往返时间等多项参数来获取需要分配的带宽。

上述Rich QoS方案中分配路径带宽的缺点为：承载控制层和承载网的网管数据通信量大，承载控制层有较大的带宽计算量，硬件上所涉及的服务器太多，从而耗费大量的设备资源；另外，获取带宽的方法也需大量参数的参与，且程序复杂，计算工作量非常大，对处理器等设备资源的耗费较大，从而导致成本很高，而且，测量往返时间需要耗费时间，所以此种方案的实时性很差。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种在承载控制层中分配路径带宽的方法，从而简化分配带宽的步骤，减少无谓的资源浪费，并降低成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种在承载控制层中分配路径带宽的方法，其特征在于，所述的方法包括：

a：在承载控制层中进行资源请求的过程中，各跳承载网资源管理器收到连接资源申请请求后，根据该连接资源申请请求选择路径，根据该承载网中的最大路径标签栈深度MTD和用户数据总报文头长度获取用户数据在经过该跳路径时的最大新增开销；再根据该最大新增开销、连接资源申请请求中包括的用户所请求的带宽以及用户业务的最大峰值报文长度MPPL获取最大新增开销所占用的带宽；将所获取的最大新增开销所占用的带宽与用户所请求的带宽之和作为带宽值分配给所选择的每跳路径；

b：当资源请求的源承载网资源管理器根据各跳承载网资源管理器所选择的路径建立起所有路径连接后，各跳承载网资源管理器根据各跳路径的相对路径标签栈深度RTD和用户数据总报文头长度获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销；再根据该实际新增开销、用户所请求的带宽以及MPPL获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用的带宽；并分别将用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用的带宽与用户所请求的带宽之和作为带宽值替换先前为各跳路径分配的带宽。

在步骤a中，获取所述最大新增开销的方法为：

将MTD×4×2+用户数据总报文头长度得到的值作为所述的最大新增开销。

在步骤a中，获取所述最大新增开销所占用带宽的方法为：

将用户所请求的带宽×最大新增开销/MPPL得到的值作为所述最大新增开销所占用的带宽。

在步骤b之后，所述的方法还包括以下步骤：

c、当所述各跳承载网资源管理器收到连接资源修改请求时，所述各跳承载网资源管理器根据各跳路径的RTD和用户数据总报文头长度获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销；再根据该实际新增开销、连接资源修改请求中包括的用户所请求的带宽以及MPPL获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用的带宽；将该实际新增开销所占用的带宽与用户所请求的带宽相加，将得到的和值作带宽值替换先前为各跳路径分配的带宽。

所述获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销的方法为：判断用户业务的最大数据包的报文长度是否大于当前跳路径的最大路径传输单元PMTU，如果是，则将当前跳路径的RTD×4×2+用户数据总报文头长度得到的值作为所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销；否则，将当前跳路径的RTD×4得到的值作为所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销。

所述用户业务的最大数据包的报文长度为：最大峰值报文长度+4×所述各跳路径的RTD。

获取所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用带宽的方法为：

将用户所请求的带宽×实际新增开销/最大峰值报文长度得到的值作为所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用带宽。

所述的总报文头长度为：用户数据包所经过的各层报文头长度之和。

所述的各层报文头包括：链路层报文头和IP报文头。

由于本发明所述方法利用资源网承载器独立分配路径带宽，从而节省了设备资源，而且本发明所述的方法只用报文长度和带宽请求等少量的参数就可比较精确地获取需为各跳路径分配的带宽，大大降低了获取带宽的复杂程度，工作量小，从而节省大量的处理器资源，大大降低了成本；另外，本发明所述方法的速度比较快，也不用去测量数据的往返时间，所以实时性很好。

附图说明

图1为有独立承载控制层的区分服务模型图；

图2为Qbone的带宽代理器模型图；

图3为Rich QoS方案的模型图；

图4为在承载网中完成资源请求的流程图；

图5为用户业务原始数据包的普通报文格式图；

图6为当(MPPL+4×RTD)＜＝PMTU时的用户业务数据报文格式图；

图7为当(MPPL+4×RTD)＞PMTU时的用户业务数据报文格式图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

承载控制层在为用户业务连接选择路径时，需要根据用户的资源请求分配路径带宽，本发明所述的方法，主要是在承载网资源管理器上根据用户的报文长度、请求带宽以及路径信息，为选取的路径分配带宽。

本实施例所述的路径是指标签交换路径(LSP，Label Switch Path)，承载控制层中的各个承载网资源管理器内部可以为用户请求的业务连接选择该跳承载网管理器所辖管理域中的LSP，并获取在每跳LSP上需分配的带宽资源，并根据获取的结果为每跳LSP分配带宽。

图4为在承载网中完成资源请求的流程图，如图4所示，通常业务连接的申请连接资源或修改调整资源过程包括以下步骤：

a：CA向源承载网资源管理器，即承载网资源管理器1发送连接资源申请请求，该连接资源申请请求中包括用户所申请的带宽RB，源承载网资源管理器收到连接资源申请请求后，选择LSP，并在所选择的每条LSP上分配预留带宽，随后向下一跳承载网资源管理器发送连接资源申请请求；

b：当前承载网资源管理器收到连接资源申请请求后，选择LSP，并在所选择的每跳LSP上分配预留带宽，如果该当前承载网资源管理器为资源请求的目的承载网资源管理器，即承载网资源管理器n，则向上一跳承载网资源管理器返回连接资源申请响应，执行步骤c；否则，向下一跳承载网资源管理器发送连接资源申请请求，返回步骤b；

c：当前承载网资源管理器收到连接资源申请响应，如果该当前承载网资源管理器为资源请求的源承载网资源管理器，则根据资源响应中的LSP信息建立业务连接的所有LSP连接，并向CA返回连接资源申请响应；否则，向上一跳承载网资源管理器返回连接资源申请响应，返回步骤c。

当源承载网资源管理器建立业务连接的所有LSP连接后，需要根据所有LSP的信息先前所预留的带宽进行修改调整；之后，当源承载网资源管理器收到CA的关于对先前所预留的带宽进行修改调整的请求时，需要根据修改调整请求对先前预留的带宽进行修改调整。这两种修改调整带宽的过程相同，具体步骤如下：

d：源承载网资源管理器根据连接资源申请请求中包括的用户所请求的带宽，或者连接资源修改请求中所包括的用户所请求的带宽，为该源承载网资源管理器先前所预留的带宽进行修改调整，并向下一条源承载网资源管理器发送连接资源修改请求；

e：当前承载网资源管理器收到连接资源修改请求后，为该当前承载网资源管理器先前所预留的带宽进行修改调整，如果该当前承载网资源管理器为资源请求的目的承载网资源管理器，即承载网资源管理器n，则向上一跳承载网资源管理器返回连接资源修改响应，执行步骤f；否则，向下一跳承载网资源管理器发送连接资源修改请求，返回步骤e；

f：当前承载网资源管理器收到连接资源申请响应，如果该当前承载网资源管理器为资源请求的源承载网资源管理器，则向CA返回连接资源修改响应；否则，向上一跳承载网资源管理器返回连接资源修改响应，返回步骤f。

在整个申请资源或修改资源的过程中，承载网资源管理器要为用户的业务连接在每跳LSP上分配带宽，本发明所述的方法就是获取每一跳LSP上需要的带宽，并依此进行带宽分配：

本实施例以传输IP报文为例来说明本发明所述的方法，首先，说明由什么确定每一跳LSP所需的带宽，图5为用户业务原始数据包的普通报文格式图，如图5所示，用户业务原始数据包的报文包括：链路层报文头501、IP报文头502和用户业务净负荷数据503。所述的链路层报文头501为链路层的报文头，所述IP报文头502为该报文在经过IP协议层时所加的报文头，所述用户业务净负荷数据503就是用户的业务数据。用户所请求的带宽RB根据上述用户业务原始数据包所占用的带宽来确定。

当用户业务数据在承载网络中通过LSP进行传输时，用户业务数据的报文格式相应发生改变，图6为此时的用户业务数据报文格式图，如图6所示，用户数据报文包括：链路层报文头501、LSP标签栈601、协议报文头502和用户业务净负荷数据503。在承载网中，每一跳LSP都有自身的标签，每一跳LSP的自身标签以及前几跳LSP的标签存储在该跳LSP的标签栈601中，LSP标签栈601中存储标签的数量由相对标签栈深度(RTD，Relative path Tag stack Depth)来表示，即在整个LSP集合中，各跳LSP相对于初始CN而言，已经经过的LSP跳数。例如第一跳LSP的RTD为1，第二跳LSP的RTD为2，第三跳LSP的RTD为3，依此类推。在有独立的承载控制层的区分服务模型中，针对承载网资源管理器还有一个规格属性，即最大路径标签栈深度(MTD，Max path Tag stack Depth)，MTD表示业务连接在整个LSP集合中，允许经过的最大LSP跳数，MTD的值可根据网络的规模自行定义。

LSP标签栈601为新增的开销，也要占用带宽，所以在分配带宽时要把LSP标签栈601所占用的带宽包括进来。新增开销所占的字节数为LSP标签栈601的长度，而LSP标签栈601的长度＝RTD×每个标签所占的字节数，又由于在用户数据业务报文中，标签栈中每个标签的字节长度为4字节，所以LSP标签栈的长度为RTD×4。

由于带宽不仅与报文的长度有关，还与报文的传输频率有关，而且每时每刻传输的报文长度也是变化不定的，所以，用最大峰值报文长度(MPPL，MaxPeak Packet Length)来表示在用户的业务连接中，所占带宽最大的报文，所述MPPL为用户的业务连接在峰值带宽情况下最大的单个数据包的报文长度；另外，一跳LSP上所允许传输的最大数据包为最大传输单元(MTU，Max TransferUnit)；在CN与CN之间，业务连接所能经过的所有LSP中，MTU值最小的数据包为最大路径传输单元(PMTU，Path Max Transfer Unit)。

当在峰值情况下，用户业务的最大数据包的报文长度为：原始报文长度+新增开销长度，即(MPPL+4×RTD)。当(MPPL+4×RTD)＜＝PMTU时，如图6所示，数据包相对于图5所示的用户原始的普通数据包来说，新增开销为LSP标签栈601，所以获取带宽时要将新增开销所占用的带宽包括进来，这个新增开销为：LSP标签栈601的长度，即RTD×4。

当(MPPL+4×RTD)＞PMTU时，则当前LSP不允许用户业务的数据包通过，所以此时，该数据包必须要进行分片处理，即将一个数据包中的用户业务净负荷数据分别装入两个数据包，且这两个数据包能通过当前LSP，如图7所示，用户的原始数据包被分为数据包701和数据包702，数据包701包括：链路层报文头501、LSP标签栈601、IP报文头502和用户业务净负荷数据503的第一部分703；数据包702包括：链路层报文头501、LSP标签栈601、IP报文头502和用户业务净负荷数据503的剩余部分704。与图5所示的用户的原始数据包相比，数据包701中的LSP标签栈601为新增开销1，数据包702中的链路层报文头501、LSP标签栈601和IP报文头502为新增开销2，所以获取带宽时要将这两部分新增开销考虑进去，所以整个数据包的新增开销为：新增开销1+新增开销2＝LSP标签栈长度×2+(链路层报头长度+IP报头长度)，其中，LSP标签栈长度为：RTD×每个标签所占的字节数，即RTD×4。

如上所述，在承载网中传送的数据包比用户的原始数据包增加了新的开销，这些新的开销要占用一部分带宽，所以，为当前跳LSP分配的带宽用式(1)来获取：

         为当前跳LSP分配的带宽＝RB+ΔRB        (1)

式(1)中，带宽的单位为比特/秒(bps)，RB为用户所请求的带宽，ΔRB为新增开销所占用的带宽。由于新增开销在不同的情况下会有所不同，所以在不同情况下ΔRB的值不同，相应的当前LSP带宽也不同，下面分别说明：

在上述步骤a和步骤b中为所述每跳LSP分配预留带宽时，由于不能完全确定该业务连接的最终所有LSP连接，为了确保为当前跳LSP分配的预留带宽足够使用，所以此时按最大新增开销来获取需要为当前跳LSP预留的带宽，即最大新增开销为：上述的新增开销1与新增开销2之和，且当前跳LSP的标签栈的深度选最大的MTD，如式(2)：

            ΔRB＝RB×最大新增开销/MPPL    (2)

式(2)中，所述的新增开销为最大的新增开销所占用的字节数，即4×MTD×2+(链路层报头长度+IP报头长度)。

当整个LSP建立成功后，则每一跳承载网资源管理器知道了每一跳LSP的RTD，因此会对先前的申请下来的整个LSP集合作一次资源修改调整，即对先前每一跳LSP的预留带宽进行修改调整；或者，由于其他原因要对先前为LSP预留的带宽进行修改调整，例如承载网资源管理器可能收到CA的连接资源修改请求，因此要对原先的带宽进行修改调整。此时，为了更加精确地获取为当前跳LSP分配的带宽，所以按精确新增开销来获取带宽并分配，此时有两种情况：

若(MPPL+4×RTD)＜＝PMTU时，则：

      ΔRB＝RB×精确新增开销/MPPL              (3)

如图6所示，式(3)中所述的新增开销为当前跳LSP的标签栈长度，即，4×RTD。

若(MPPL+4×RTD)＞PMTU，则：

      ΔRB＝RB×精确新增开销/MPPL              (4)

如图7所示，式(4)中所述的新增开销为：当前跳LSP的标签栈所占的字节数×2+(链路层报头长度+IP报头长度)，即(4×RTD×2+(链路层报头长度+IP报头长度))。

本实施例中，用户净业务数据在第二层，即IP层，如果用户净业务数据在第三层以及以上层协议中，则上述的IP报头长度应替换为：IP报头长度+三层以及三层以上各层报头之和。

一般情况下，采用上述实施例所述方法获取并分配路径带宽，但本发明所述的方法也可以只用式(2)来获取新增开销所占带宽，并以此算出所需分配的带宽，之后也不对分配的带宽进行修改调整。这种实施方式虽然比较简单，计算量小，但是精度不高，容易造成带宽资源的浪费。这种实施方式对于时间要求高而带宽要求低的业务是适用的，但一般情况下，不采用这种实施方式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种在承载控制层中分配路径带宽的方法，其特征在于，所述的方法包括：

a：在承载控制层中进行资源请求的过程中，各跳承载网资源管理器收到连接资源申请请求后，根据该连接资源申请请求选择路径，根据该承载网中的最大路径标签栈深度MTD和用户数据总报文头长度获取用户数据在经过该跳路径时的最大新增开销；再根据该最大新增开销、连接资源申请请求中包括的用户所请求的带宽以及用户业务的最大峰值报文长度MPPL获取最大新增开销所占用的带宽；将所获取的最大新增开销所占用的带宽与用户所请求的带宽之和作为带宽值分配给所选择的每跳路径；

b：当资源请求的源承载网资源管理器根据各跳承载网资源管理器所选择的路径建立起所有路径连接后，各跳承载网资源管理器根据各跳路径的相对路径标签栈深度RTD和用户数据总报文头长度获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销；再根据该实际新增开销、用户所请求的带宽以及MPPL获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用的带宽；并分别将用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用的带宽与用户所请求的带宽之和作为带宽值替换先前为各跳路径分配的带宽。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a中，获取所述最大新增开销的方法为：

将MTD×4×2+用户数据总报文头长度得到的值作为所述的最大新增开销。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a中，获取所述最大新增开销所占用带宽的方法为：

将用户所请求的带宽×最大新增开销/MPPL得到的值作为所述最大新增开销所占用的带宽。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b之后，所述的方法还包括以下步骤：

c、当所述各跳承载网资源管理器收到连接资源修改请求时，所述各跳承载网资源管理器根据各跳路径的RTD和用户数据总报文头长度获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销；再根据该实际新增开销、连接资源修改请求中包括的用户所请求的带宽以及MPPL获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用的带宽；将该实际新增开销所占用的带宽与用户所请求的带宽相加，将得到的和值作带宽值替换先前为各跳路径分配的带宽。

5、如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述获取用户数据经过各跳路径时的实际新增开销的方法为：判断用户业务的最大数据包的报文长度是否大于当前跳路径的最大路径传输单元PMTU，如果是，则将当前跳路径的RTD×4×2+用户数据总报文头长度得到的值作为所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销；否则，将当前跳路径的RTD×4得到的值作为所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用户业务的最大数据包的报文长度为：最大峰值报文长度+4×所述各跳路径的RTD。

7、如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，获取所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用带宽的方法为：

将用户所请求的带宽×实际新增开销/最大峰值报文长度得到的值作为所述用户数据经过各跳路径时的实际新增开销所占用带宽。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的总报文头长度为：用户数据包所经过的各层报文头长度之和。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的各层报文头包括：链路层报文头和IP报文头。

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