專利名稱：路由設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的路由設備，尤其涉及具有作出決定的能力的路由設備。
眾所周知數(shù)據(jù)以分組的形式從源向目的進行傳遞的通信網(wǎng)絡，每個分組從網(wǎng)絡中的某一部分開始經(jīng)一系列步驟被發(fā)送給下一個部分，直到它到達其目的地為止。某些這樣的網(wǎng)絡試圖傳遞帶寬保證和關于分組經(jīng)歷的時延以及在擁塞時必須丟棄的分組比例的具體限制。
這種網(wǎng)絡中的一個難題就是要能夠限制被接納進網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)量，以便提供好的綜合服務等級。關于此問題的一種解決方案是，僅在網(wǎng)絡接受了關于將數(shù)據(jù)分組傳入網(wǎng)絡的請求后(在被稱為“呼叫接納”的步驟中)，才允許源將一連串數(shù)據(jù)分組傳入網(wǎng)絡。在目前的網(wǎng)絡中，關于是否接受這樣一個請求的決定是在不考慮網(wǎng)絡提供請求的實際端到端需求的能力的情況下作出，或者涉及一個集中的過程，該過程在總體上明了網(wǎng)絡所接受的當前這組請求。在第一種情況下，網(wǎng)絡不能提供服務保證，只不過承諾對某些分組的處理比其他分組相對好些；而在第二種情況下，集中過程限制了網(wǎng)絡的呼叫接納性能。無論如何，在目前的網(wǎng)絡中，僅能在大量網(wǎng)絡資源利用不足的情況下給出服務保證以提供被保證質(zhì)量的服務使用的容量。
當網(wǎng)絡中的交換機正以其滿容量或接近滿容量運行時，整個業(yè)務量(即前面提到的數(shù)據(jù)分組的流量)的性能會變糟，除非某些業(yè)務量被優(yōu)先處理。傳統(tǒng)上，當交換機中的隊列開始變滿時，引入擁塞控制機制來管理業(yè)務量。增加更多的緩沖器顯然能夠控制丟失。但這存在不利結(jié)果，因為額外的緩沖器會引起進一步的時延并能導致業(yè)務量的重傳，這于是更多地增加了擁塞。
目前應當普遍理解到，在以Kleinrock，L.的“Queuing SystemsVolume IIComputer Applications(排隊系統(tǒng)卷II計算機應用)”，Wiley，紐約，1976或Stallings，W，的“High-Speed NetworksTCP/IPand ATM Design Principles(高速網(wǎng)絡TCP/IP和ATM設計原理)”，Pretice Hall，新澤西，1988(結(jié)合引用兩者)為例的學術作品中，當任何交換機的要求都接近一致時，平均的隊列大小和時延則會無限度地增長，而不管交換機如何被進行管理，也不管它們的配置如何都是如此。傳統(tǒng)上，當交換機中的隊列開始變滿時，引入Jain，R.，“Congestion Control and Traffic Management in ATM NetworksRecent Advances and A Survey(ATM網(wǎng)絡中的擁塞控制和業(yè)務量管理近期發(fā)展和縱覽)”，Computer Networks and ISDN Systems(計算機網(wǎng)絡和ISDN系統(tǒng))，卷28，no 13，1996年11月，第1723-1738頁中所描述的擁塞控制機制來管理此時的業(yè)務量。增加更多的緩沖器顯然能夠控制丟失。但這存在不利結(jié)果，因為額外的緩沖器引起進一步的時延并能導致業(yè)務量的重傳，這于是更多地增加了擁塞。
存在解決這些問題的需要以便能夠以提高服務質(zhì)量的可能性來路由傳輸。
對優(yōu)先級或加權(quán)公平排隊的使用已為大家所知，正如使用選擇性丟棄來限制隊列長度也已為大家所知，例如在McDysan，D.和Spohn，D.“ATM Theory and Application(ATM理論和應用)”，McGraw-Hill，紐約1998第630-632頁中所描述的那樣。然而，目前沒有描述這樣的簡單方法，即在利用了由這些技術相結(jié)合所提供的靈活性、同時考慮丟失和時延要求的情況下，去決定是否接納呼叫。
WO 98/28939描述了一種確定性技術，通過這種技術，業(yè)務量在節(jié)點處被動態(tài)分級并沿下行流傳遞。轉(zhuǎn)發(fā)可因超過時延容限而被中斷。通過這種方式，為一定數(shù)目的流量保證了最小帶寬。不過這僅僅是解決了單個節(jié)點處的性能，而不是端到端的性能。而且，業(yè)務量由系統(tǒng)放入各級，而不基于用戶的決定。
US 5,408,465描述了一種提供軟確定性保證的系統(tǒng)，其大部時間考慮端到端QoS(服務質(zhì)量)，并使用“偽業(yè)務量”來決定是否接納真業(yè)務量。
US 5,357,507描述了一種以信元丟失作為基本QoS參數(shù)的系統(tǒng)，其依賴于入業(yè)務流特性的二階導數(shù)。該系統(tǒng)具有0個緩沖器。WO95/17061描述了一種以信元丟失作為基本QoS參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用大偏差理論。EP 0 673 138 A描述了一種以信元丟失作為基本QoS參數(shù)的確定性系統(tǒng)。EP 0 814 632 A描述了一種以信元丟失作為基本QoS參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用嚴格的優(yōu)先級排隊。US 08/723,649及等同物描述了一種以信元丟失或時延作為QoS參數(shù)的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中沒有一個在它們的QoS決定中同時考慮丟失和時延。
EP 0 828 362 A描述了一種為CAC(呼叫接納控制)使用中心網(wǎng)絡控制器的系統(tǒng)，并且不對連接的持續(xù)時間提供保證。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于在分組傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處路由呼叫的路由設備，其中每個呼叫在網(wǎng)絡中都帶有其丟失和時延的指定參數(shù)進行傳輸，該路由設備包括呼叫接納控制電路，其用于接收呼叫請求并讀取(i)所述指定參數(shù)和已在網(wǎng)絡中前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延的任何值，或者(ii)考慮到已在網(wǎng)絡中前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延而修改過的所述指定參數(shù)，并與已被路由設備處理的現(xiàn)有呼叫一起決定是接納還是拒絕該呼叫；含有多個緩沖器的緩沖器電路，其中，若呼叫請求被接受，則向此呼叫分配一個或更多個這樣的緩沖器；和裝置，當呼叫請求被接受時用于傳輸以下信息(i)帶有修改過的丟失和時延值的呼叫請求，或者(ii)帶有考慮到網(wǎng)絡中此節(jié)點和前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延而修改過的參數(shù)的呼叫請求，而若呼叫請求被拒絕則返回一個失敗信號。
該路由設備最好包括這樣的裝置其用于檢測來自網(wǎng)絡中另一節(jié)點的呼叫失敗信號并釋放它已為該呼叫分配的緩沖器。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種運行于數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處的節(jié)點設備，其中兩個和更多個具有指定服務質(zhì)量要求的呼叫可被路由通過該節(jié)點，該節(jié)點包括一個輸入端，用于接收數(shù)據(jù)；一個輸出端，用于傳輸數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)流單元，用于將輸入端接收的數(shù)據(jù)引導到輸出端進行傳輸；以及一個數(shù)據(jù)流控制器，用于控制數(shù)據(jù)流單元的運行來延遲和/或不引導一部分數(shù)據(jù)，以便滿足指定的服務質(zhì)量。
服務質(zhì)量最好是由最大丟失率、最小時延和最小吞吐量中少于三個的值來指定。數(shù)據(jù)流控制器最好能模擬節(jié)點和/或任何關聯(lián)的數(shù)據(jù)鏈路的運行，以估計丟失率、時延和吞吐量中的一個未被指定的值。數(shù)據(jù)流控制器最好能模擬具有指定服務質(zhì)量的一個額外呼叫的影響。該模擬可用于決定是接納還是拒絕該呼叫，例如由該節(jié)點確定此影響是否將是不能滿足指定的服務質(zhì)量。數(shù)據(jù)流控制器最好能模擬一個額外呼叫的影響，和產(chǎn)生一個消息以指示一個或更多個指明可為那個呼叫所用的服務質(zhì)量的參數(shù)。
數(shù)據(jù)流單元最好包括用于區(qū)分至少兩種業(yè)務量類別的裝置。它最好還包括用于在重傳之前保存分組的緩沖器。它最好還包括一種當緩沖器中的分組數(shù)超過閾值時用于丟棄屬于某一類別的分組的裝置。它最好能響應閾值的變化。它最好還包括一種用于進一步區(qū)分至少兩種業(yè)務量級別的裝置，每一種業(yè)務量級別可包含來自上述任何一種類型的業(yè)務量。它最好還包括一種為保存在緩沖器中的分組調(diào)度重傳的裝置，以便使被分配給第一級別的分組優(yōu)先于那些被分配給第二級別的分組。它最好能響應對接收的分組按類型和級別進行分配的變化。
數(shù)據(jù)流控制器最好能設置數(shù)據(jù)流單元的閾值。它最好還能改變接收分組到各類別和級別的分配。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種用于在分組傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處路由呼叫的路由設備，其中每個呼叫在網(wǎng)絡中傳輸期間都帶有其可接受時延和丟失概率的指定參數(shù)進行傳輸，該路由設備包括呼叫接納控制電路，其用于(i)接收含有服務質(zhì)量參數(shù)的呼叫請求；(ii)如果呼叫被路由經(jīng)過這個節(jié)點，則為該呼叫模擬服務質(zhì)量；(iii)考慮到在呼叫被路由經(jīng)過此節(jié)點時服務質(zhì)量的降低，通過調(diào)整接收的服務質(zhì)量參數(shù)以產(chǎn)生調(diào)整的服務質(zhì)量參數(shù)；(iv)如果調(diào)整的參數(shù)表示出不可接受的服務質(zhì)量，就拒絕該呼叫，以及(v)如果調(diào)整的參數(shù)表示出可接受的服務質(zhì)量，就將調(diào)整的參數(shù)傳輸給網(wǎng)絡中的另一個節(jié)點。
上述關于服務質(zhì)量的參數(shù)最好包括以下參數(shù)中的至少兩個最小時延、最大丟失率和最小吞吐量，和/或時延變化、丟失率或吞吐量的級別，以及類似數(shù)值的極值。
根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，提供了一種運行于數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處的節(jié)點設備，其中兩個或更多個具有指定服務質(zhì)量要求的呼叫可被路由通過該節(jié)點，該節(jié)點包括一個輸入端，用于接收數(shù)據(jù)；一個輸出端，用于傳輸數(shù)據(jù)；以及一個數(shù)據(jù)流單元，用于將輸入端接收的數(shù)據(jù)引導到輸出端進行傳輸；其中上述節(jié)點響應一個數(shù)據(jù)流控制器，用于控制數(shù)據(jù)流單元的運行來延遲和/或不引導一部分數(shù)據(jù)，以便滿足所指定的服務質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的第五個方面，在擁有一個或更多個具有多種要求的業(yè)務量的節(jié)點的網(wǎng)絡中，提供了一種裝置，由此擁有用于分配的有限資源的網(wǎng)絡節(jié)點(尤其是它所驅(qū)動的網(wǎng)絡鏈路的容量以及其保存用于以后傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的內(nèi)部容量)可決定它是否能允許某一請求(不管是隱式的還是顯式的)以支持具有一定數(shù)據(jù)丟失和時延特征的數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)流的集合通過它，假定在不與其他網(wǎng)絡節(jié)點進行任何交互或保持網(wǎng)絡中其他節(jié)點所支持的流的信息的情況下，已以這樣一種方式支持多個其它流或流的集合，即流的所有端到端要求都可被滿足，該裝置包括1.在節(jié)點中維護經(jīng)過它的每個數(shù)據(jù)流的信息，尤其是該流在源和該節(jié)點的合適輸出鏈路之間的累計丟失和時延，包括由節(jié)點自身的網(wǎng)絡鏈路帶寬和所分配的內(nèi)部緩沖器容量所引起的丟失和時延；2.將某一入消息標識為一個支持新的數(shù)據(jù)流的請求；3.根據(jù)入請求確定要求的最大丟失和時延以及迄今為止的累計丟失和時延；4.應用某一參數(shù)來確定在本節(jié)點，能夠增加所要求的最大丟失和時延與迄今為止累計的丟失和時延之間差值的多大比例，以達到可被增加的丟失和時延量；5.通過所述算法的應用程序或參考在表中的預計算查找來執(zhí)行某種計算，以確定用以支持施加于該流上的額外丟失和時延所需的額外容量；6.檢驗這些額外容量是否可用；以及
7.如果可用a.更新請求建立流的消息，使得節(jié)點將由于流在網(wǎng)絡鏈路上的復用而引起的丟失和時延添加到累計丟失和時延，然后將該消息發(fā)送給它的路由的下一級；b.將關于此流的信息添加到已保存的有關其它流的信息；以及c.計算整個流的集合對于可用資源的最佳分配；以及8.如果不可用，則將這個請求流的消息連同一個表明該請求被拒絕的指示一起返回給它的源。
請求的最大丟失與時延和請求中迄今為止累計的丟失與時延可從請求消息中恰當?shù)靥崛?。用于決定節(jié)點能增加關于請求的最大丟失與時延和迄今為止的累計丟失與時延之間差值的多大比例以達到可增加的丟失與時延量的參數(shù)可被適當?shù)剡M行預編程。為了獲得大量可增加的丟失與時延，用于決定節(jié)點能增加關于請求的最大丟失與時延和迄今為止的累計丟失與時延之間差值的多大比例的參數(shù)可根據(jù)請求消息所采用的路由進行適當?shù)赜嬎?。整個流集合對可用資源的最佳分配的計算可在請求被轉(zhuǎn)送到下一個節(jié)點之前適當?shù)貓?zhí)行。整個流集合對可用資源的最佳分配的計算可在請求被轉(zhuǎn)送到下一個節(jié)點之后適當?shù)貓?zhí)行。查找表的內(nèi)容可通過解一個描述節(jié)點運行行為的特定方程系統(tǒng)被恰當?shù)赜嬎恪：艚薪蛹{消息適當?shù)匕岁P于端到端呼叫的剩余丟失與時延預算的信息，節(jié)點在將該消息轉(zhuǎn)送之前減少該預算，同時增加它存儲的額外預算以供后續(xù)呼叫使用。
根據(jù)本發(fā)明，為了使有效吞吐量最大化并減少時延，最好系統(tǒng)中隊列的大小能受控。最好能相對吞吐量和時延平衡分組丟失。然后無論要求如何，網(wǎng)絡都能以完全或基本完全的利用率最佳地運行，直至網(wǎng)絡容量所施加的極限。
最好不采用為避免分組丟失而不惜任何代價的步驟。不過，分組丟失優(yōu)選地是一個QoS參數(shù)，而最為可取的是依據(jù)有限非零分組丟失率的規(guī)范。當系統(tǒng)接近滿容量運行時，優(yōu)選情況是期望丟失某些業(yè)務量。這種丟失可恰當?shù)亍⑵降鹊貞糜谒袠I(yè)務流，因此所有業(yè)務量都因擁塞而被同等地降級。更為可取的可能是，某些業(yè)務量更被“珍愛”(即不丟失)，而其他業(yè)務量(象話音數(shù)據(jù)這種業(yè)務是更為緊急的，僅當它以短時延到達時才有用)不被更多地延遲。這是因為如果業(yè)務量到達目的地過遲而不能為應用程序所用，那么它早已被有效地丟失，并且以不能按時傳遞的業(yè)務量阻塞網(wǎng)絡是不合適的。一般地，最為可取的是丟失和時延都能被設置和限制以保持合理的系統(tǒng)性能。
系統(tǒng)最好提供關于指定QoS被承兌的時間有多長的有力統(tǒng)計保證。系統(tǒng)可使用某一種操作模型和/或統(tǒng)計方法。系統(tǒng)所分析的QoS最好為消息規(guī)定了端到端的QoS性能。
最好提供一種裝置，由此具有可分配的有限資源(特別是節(jié)點所驅(qū)動的網(wǎng)絡鏈路的容量以及其保留用于以后傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的內(nèi)部容量)的網(wǎng)絡節(jié)點可決定它是否能允許某一請求以支持具有一定數(shù)據(jù)丟失和時延特征的數(shù)據(jù)流通過它，假設在不與其他網(wǎng)絡節(jié)點進行任何交互或保持網(wǎng)絡中其他節(jié)點所支持的流的信息的情況下，多個其他的流已以這種方式獲得支持，即流的所有端到端請求都可被滿足。為實現(xiàn)這一點，最好執(zhí)行下列步驟1.在節(jié)點中維護經(jīng)過它的每個數(shù)據(jù)流的信息，尤其是流在它的源和該節(jié)點的合適輸出鏈路之間的累計丟失和時延，包括由節(jié)點自身的網(wǎng)絡鏈路帶寬和所分配的內(nèi)部緩沖器容量所引起的丟失和時延；2.將某一入消息標識為一個支持新的數(shù)據(jù)流的請求；3.從入請求中提取要求的最大丟失與時延和迄今為止的累計丟失與時延；4.應用預先編程的參數(shù)來確定在本節(jié)點，能夠增加所要求的最大丟失和時延與迄今為止累計的丟失和時延之間差值的多大比例，以達到可被增加的丟失和時延量；5.在表(可通過解一個描述節(jié)點運行行為的特定方程系統(tǒng)進行計算)中執(zhí)行查找來確定用以支持在該流上施加的額外丟失與時延所需的額外容量；6.檢驗這些額外容量是否可用；以及7.如果可用a.更新請求建立流的消息，使得節(jié)點將由于流在網(wǎng)絡鏈路上的復用而引起的丟失和時延添加到累計丟失和時延，然后將該消息發(fā)送給它的路由的下一級；b.將關于此流的信息添加到已保存的有關其它流的信息；以及
c.計算整個流集合對于可用資源的最佳分配；或者8.如果不可用，則將這個請求流的消息連同一個表明該請求被拒絕的指示一起返回給它的源。
現(xiàn)在將以舉例的方式結(jié)合參考附圖對本發(fā)明加以描述，其中

圖1是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的一個示意圖。
圖2顯示了一個帶有與其主要部分相連的判定器的分組交換機。
圖3說明了處理請求以建立一條新連接的過程。
圖4顯示了使用兩級信元丟失優(yōu)先級(珍愛的)的一種簡單運行模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
圖5顯示了帶有珍愛業(yè)務量的交換機的一個特定實例。
圖6顯示了所有業(yè)務量的平均時延如何隨著被分配給“盡力而為”(非珍愛的)業(yè)務量的緩沖器數(shù)量的增加而增加。
圖7顯示了所有業(yè)務量的總丟失。
圖8顯示了第二種模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
圖9顯示了關于珍愛業(yè)務量的丟失限制。
圖10顯示了一旦業(yè)務量的總數(shù)目增加超過1，則丟失的非珍愛業(yè)務量的數(shù)目線性增加。
圖11顯示了緊急業(yè)務量/非珍愛業(yè)務量的時延。
圖12顯示了非緊急業(yè)務量的時延。
圖13和14是關于緊急和非緊急業(yè)務量的標準偏差的等效圖。
圖15說明了業(yè)務量的路由。
圖16和17說明了網(wǎng)絡交換機的初始狀態(tài)和后續(xù)狀態(tài)。
許可呼叫或一般地說數(shù)據(jù)流進入網(wǎng)絡需要某種信任，即該呼叫業(yè)務量與現(xiàn)有業(yè)務量之間的交互是良性的。這種原則在制定服務等級協(xié)定期間被給定一個幣值。在此論文中我們描述了對于呼叫管理的一種概率統(tǒng)計方法的應用。這種模型能用于獲得此處所要求的非常守恒的性能限制，或者用來評估滿足特定業(yè)務級別的動態(tài)可能性。
一大類網(wǎng)絡應用，尤其是實時應用，如電話，僅當網(wǎng)絡能可靠地提供服務質(zhì)量時才能令人滿意地運行。這需要應用有能力直接或間接與網(wǎng)絡進行協(xié)商以確保網(wǎng)絡的時延不會影響應用的功能性。
這些協(xié)商的產(chǎn)物就是服務等級協(xié)定；它們在既可測量又可保證的條款中定義了可接受的服務質(zhì)量；它們構(gòu)成了網(wǎng)絡用戶和網(wǎng)絡間一種契約式的協(xié)定。事實上，它們定義了連接上數(shù)據(jù)傳輸最差的可接受情況。在許可呼叫期間存在明確的認可，即對于該呼叫期間，能提供已協(xié)議好的服務級別。保證這點的一種方法是以每個連接的峰值需求為基礎分配資源；然而，這不允許在流量集合中使用業(yè)務的統(tǒng)計復用。但為了評估呼叫接納仍要使用統(tǒng)計復用，這就需要制定一種關于各個數(shù)據(jù)流將如何相互作用的模型以及它預測向各個信元和流提供的可能的服務。如果交換機在呼叫接納之前能估計出典型的信元時延，以及信元丟失或信元經(jīng)歷不可接受時延的概率，并利用它關于資源的協(xié)定來確保這些值落在定義成SLA可接受的限定范圍之內(nèi)，那么它就處于能夠既保證滿足它的協(xié)定，又使它能承受的SLA的數(shù)量最大化的狀態(tài)。
這些可能性由節(jié)點的可用緩沖資源和交換機負載進行基本規(guī)定。
通過低利用率的網(wǎng)絡提供保證的服務質(zhì)量一般來說是件簡單的事情；然而，一旦網(wǎng)絡接近滿負載時，資源分配問題就變得更為棘手。由于服務等級協(xié)定形成了對網(wǎng)絡的契約義務，因此必須僅當存在適當?shù)馁Y源可用來滿足它們時才能接受這些協(xié)定。一般來說，關于管理超載網(wǎng)絡的困難是復雜的，因為缺少對網(wǎng)絡在那種情況下行為的了解。這里描述的技術利用一種具有兩種自由度的新運行模型，我們可通過選擇固定某一參數(shù)—最好優(yōu)選丟失來使用該自由度，這樣我們就能為通過交換機的呼叫估計不同分配對總時延和吞吐量要求的影響。此模型在理論上是絕對穩(wěn)定的，甚至是在超負載的情況下，并且它能被用來提供在理論上總是有效的服務質(zhì)量參數(shù)的極限值。
該模型在很大程度上基于對近乎符合真實網(wǎng)絡設備的實際運行的結(jié)構(gòu)中分組丟失和時延的考慮。在這樣的設備中分組很少因傳輸錯誤而被丟失；丟失的主要原因是缺少用于存儲前向傳輸分組/信元的緩沖器。我們的方式是模擬系統(tǒng)配置來維持經(jīng)過協(xié)商的(和達成協(xié)議的)某一特定流的丟失級別。能為當前呼叫的總計集合預測此丟失(在了解業(yè)務量模式的范圍內(nèi))。相同的排隊過程也決定了時延中的變化及其平均值。這些觀測數(shù)據(jù)考慮到創(chuàng)建有限緩沖系統(tǒng)的某一類模型。這些模型最重要的特征是它們對吞吐量、丟失和時延(參見上圖)之間相互關系的描述，這為如何在有效呼叫中分配交換機資源提供了數(shù)量上的理解。
顯然超載的節(jié)點必須丟棄信元。然而，由于該節(jié)點同樣必須滿足它的SLA約定，所以要求它要聰明地丟棄信元。在這些模型中可考慮每種信元流的兩個屬性期望不丟棄來自流的、我們命名為“珍愛”的信元，期望最小化來自流的、我們命名為“緊急”的信元的傳輸時延。我們的模型認為信元流通過這兩個參數(shù)劃分等級。考慮到這些參數(shù)中的每一個參數(shù)的兩個分立級別，我們得出以下不同的質(zhì)量等級
這樣，交換機能優(yōu)先丟棄來自其SLA允許有更高丟失率的流的信元；這與智能CAC模型相結(jié)合可允許對珍愛業(yè)務量的丟失率設置非常嚴格的限制。由于該模型可縮放以包括不定數(shù)量的緊急和丟失容限級別，因此它能提供同時實現(xiàn)多個任意服務等級協(xié)定所需的信元易處理性的所有再分。
雖然作為這種丟棄策略的一種后果是非珍愛業(yè)務量可能表現(xiàn)出嚴重受損，但它確實經(jīng)歷了更低的平均時延。對許多極其依賴于可靠服務質(zhì)量提供的應用(如視頻流)而言，時延是比丟失率更重要的考慮因素，因為由于擁塞的隊列系統(tǒng)而被嚴重延時的分組在它們最終到達時也是不能被使用的。同樣，在任意指定的時刻，經(jīng)過某一指定節(jié)點的信元所經(jīng)歷的總時延也能分布給不同緊急級別的業(yè)務流。
這種運行模型有效地將信元流映射到由它們的緊急和珍愛級別定義的特定服務級別上。假定有一組這樣的映射—例如，描述了交換節(jié)點的大部分狀態(tài)的這組呼叫—和為那些呼叫中的每個呼叫要求的吞吐量，則有可能在總體上為每種業(yè)務級別和該節(jié)點都計算丟失率與時延平均值及分布。當然，連接的服務質(zhì)量要求并不是在個別節(jié)點的級別上指定，而是在端到端連接的級別。該模型的一個至關重要的方面是它的復合能力；也就是，沿某一路徑的交換機的狀態(tài)可被用于計算類似關鍵的服務質(zhì)量參數(shù)，包括端到端的平均丟失率和時延，以及時延的概率分布函數(shù)。這因此提供了評價并最優(yōu)化資源約定所需的預測模型，該約定被要求以確保信元流的服務等級協(xié)定被承兌；它允許制定有關承兌SLA的概率統(tǒng)計的保證。
由于任何真正的交換機只有有限的資源量，因此顯然不是所有請求的呼叫都能被接納。所以，交換機必須盡量最優(yōu)化它能接納的呼叫的數(shù)量，同時確保它只是很少不能滿足呼叫的服務質(zhì)量要求。
該運行模型已迅速地應用于連接接納控制(CAC)和QoS保證。一旦發(fā)現(xiàn)連接的一條物理路由，它就允許我們遞進地保證沿此路由有充足的網(wǎng)絡資源以滿足連接的QoS要求。這是僅使用本地知識(基本地，交換機關于當前連接的現(xiàn)有的以SLA形式的約定和其他QoS協(xié)定)以每一個交換機為基礎來完成的；這允許在沒有額外的交換機間控制業(yè)務量的情況下，對呼叫接納作出快速決定。這很好地預示了決定算法的可伸縮性。
圖1顯示了某一數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)能在任意兩個連接的終端單元1之間通過交換機3之間的數(shù)據(jù)鏈路2進行通信。交換機3決定數(shù)據(jù)將要遵循的路由。在發(fā)送終端，消息可被劃分成數(shù)據(jù)報(分組)進行傳輸，然后在接收終端對數(shù)據(jù)報進行重組。單個消息的數(shù)據(jù)報沿相同路由傳輸，這就構(gòu)成了一個呼叫。每個消息采用的路由及其在路由上遇到的鏈路和交換機的狀態(tài)，決定了消息分組的發(fā)送和接收之間的時延，并可引起某些或所有分組丟失。如果分組含有時間重要業(yè)務的數(shù)據(jù)，如語音電話，要想獲得可接受的業(yè)務水平，則分組被發(fā)送和接收之間的時延必須小。
對于具有有限資源的網(wǎng)絡連接，時延、吞吐量和丟失率是相互關連的。對這三個要素間關系的詳細考慮能允許改進的資源平衡，以確保在通信網(wǎng)絡中接受盡可能多的連接。例如，在改進的狀態(tài)下，交換機通過實際分配比最初要求更多的平均帶寬來滿足其它情況下難以實現(xiàn)的時延要求或許是有可能的。對于時延、吞吐量和丟失率間關系的細節(jié)由網(wǎng)絡中交換元件的運行行為定義，這或許是一個能被最優(yōu)化的參數(shù)的函數(shù)。
圖2顯示了一種改進的分組交換單元的結(jié)構(gòu)，該分組交換單元可擔當圖1的其中一個交換機3。該分組交換單元包含一個分組交換機20，其主要部分被連接到判定器21上。判定器包含有存儲裝置22、臨時寄存器23和邏輯24(如處理器)，邏輯24作用于寄存器的內(nèi)容以對選擇的比特字段執(zhí)行比較和處理。邏輯24被連接以便能夠向存儲器22讀寫值。分組交換機20能從其他分組中區(qū)分出請求分組，并將它們寫入存儲器以供判定器操作。它也能從存儲器中讀取(可能被修改的)分組并對它進行傳輸。判定器能夠向交換機指出何時分組將被傳輸，并且還能夠設置決定交換機行為細節(jié)的交換機參數(shù)。
圖3說明了用于處理請求以建立新連接的某一交換單元的功能性。沿著分組所遵循的連接路由的每個交換機都要消耗一部分連接的可接受時延和丟失“預算”，并將剩余的預算提供給沿路由往下更遠的交換機。利用圖3所示的功能性，由沿路由的交換元件來分析時延和丟失預算以確定連接的特性。對預算消耗的分析依靠交換元件的運行模型和當前的配置(在下面所示的表格中進行了編碼)來完成。如果缺少用于建立連接的剩余預算，就使用圖3的功能性立刻拒絕連接，而不是建立連接從而最終導致不可接受的丟失和時延；否則請求就被傳遞(帶有減少的預算)給下一個交換元件。最后，消息從目的地返回。這是一個來自沿路由更遠的元件的呼叫接納(這種情況下，實際的交換機配置被更新以容納新的連接)，或者是一個拒絕(在這種情況下，分配給該連接的資源被釋放)。在任何一種情況下消息都被傳回給請求的始發(fā)者，如指向左邊的箭頭所示。
更為詳細地，沿起始節(jié)點和終端節(jié)點間的某一路徑為數(shù)據(jù)建立連接的過程如下所述，其中該路徑跨越了多條由圖2所示類型的交換單元連接的鏈路。起始節(jié)點，即起始系統(tǒng)或用戶，或者終端節(jié)點為連接確定總的可接受時延與丟失的預算。該預算被傳輸給路徑上的第一個交換機(圖3中的箭頭30)。該交換機應用它的運行模型(在31)來確定它和它的關聯(lián)鏈路對分組的影響，從而修改預算信息以指明可用于該路徑的后續(xù)交換機和鏈路的預算量，如果有剩余的預算，它就把更新的預算信息(在32)傳輸給鄰接的下一個交換機。鄰接的下一個交換機執(zhí)行相同的操作。如果預算超出，就向用于接受還是拒絕連接的裝置34發(fā)送一個消息(在33)，通過向鄰接的前一個交換機發(fā)送一個拒絕消息(在35)來使裝置34拒絕連接。如果裝置34從鄰接的下一個交換機接收到一個拒絕消息(在36)，那么它也能以同樣的方式拒絕連接。如果裝置34從鄰接的下一個交換機接收到一個接受消息(在37)，那么它就能接受連接。接受消息由接收來自最后一個后續(xù)交換機的消息的終端節(jié)點發(fā)出，指出了用于連接的總的可用預算未超出。如果連接被接受，則裝置34在38發(fā)出一個配置消息來配置交換機的交換元件39，使得數(shù)據(jù)在經(jīng)過協(xié)商的路徑中沿著已被接受的路由通過交換機去往鄰接的下一個交換機。
交換機的運行模型(如圖3中的31所示)及其在呼叫接納與控制中的使用對定義以下關系是重要的被指定到某一特定輸出鏈路的這組流的總要求和關于該鏈路的所請求資源之間的關系，以及丟失與時延要求之間的關系。
考慮來自交換機的單輸出端口的組合，這能被視為一種組合來自輸入端口的被路由輸入流的多路復用器，或者被視為用于在到多路復用器的可能最大輸入超過其輸出能力的情況中操作的一種獨立設備。
在交換元件/多路復用器的運行期間可能會存在分組到達率將超過輸出能力的時期。在這些時期內(nèi)需要將過量的入分組存入緩沖器；否則它們將被丟失。將會有沒有緩沖器可用來分配給來自輸入流的分組的情況，隨著輸出鏈路總?cè)萘勘环峙?，出現(xiàn)這種情況的頻率會增加。在這些情況下將不得不丟棄分組。丟棄既是由于存儲器有限這樣的物理條件的需要，也是保證交換機在有限時間內(nèi)從超載情況進行恢復(通過清空它的緩沖器)的需要。
這種緩沖的總量可按多種方式在輸入流中進行分配。其中每種方式都將隱含地定義每個流的丟失特性。我們把給出的向輸入流配置緩沖器容量的這種多路復用器的操作稱為多路復用器行為。
這種多路復用器的行為是一種具有兩種自由度的系統(tǒng)，因為設定丟失率、吞吐量和時延中任意兩個參數(shù)的值就能確定這些參數(shù)中第三個參數(shù)的值。例如，已經(jīng)確定了丟失率，這就限制多路復用器按照吞吐量和時延間的某一特定關系運行。對于指定的一組輸入流，這種關系是可預測的。
一般地，為了使行為最優(yōu)化，有必要先確保運行滿足其中一個參數(shù)的服務質(zhì)量要求，然后相對剩余的自由度而最優(yōu)化。此要求既需要基于逐個流滿足，也要對所有流的集合共同地滿足。
為說明這種方法而設想了一種機制，其中的丟失參數(shù)是首先被考慮的。物理實例就是一個為所有輸入流共享的緩沖器池，其中有關于緩沖器瞬時占用的計數(shù)器，在分組到達多路復用器的那個時刻可以參考它。特別地，假設有兩類輸入流，其中一類輸入流含有應在另一類輸入流，即非珍愛的輸入流之上被優(yōu)先珍愛的業(yè)務量。此過程可被推廣到有多于兩類具有不同優(yōu)先珍愛級別的輸入流的情況。下面的方程B考慮到了關于應該被保留給這種珍愛流單獨使用的緩沖器數(shù)量的計算，該數(shù)量的計算是在入非珍愛業(yè)務量是不受限定并趨于無窮的這種假設下進行的。這個緩沖器數(shù)量給出了入珍愛業(yè)務量的丟失率將低于所要求限度的無條件保證。就是這種方式使本方法絕對穩(wěn)定。
令這種被保留的緩沖器總數(shù)為Kmax-KB，其中Kmax是可用緩沖的總量，而KB是已接納所有業(yè)務量(不管是珍愛的還是非珍愛的)的量。給這個差值分配一個值表示在系統(tǒng)中確定了其中一個自由度。給定這個自由度，就能立刻選擇Kmax以在系統(tǒng)中限定所有流的總時延(如下面由方程A所給出的)，以便能滿足所有的時延要求，假設執(zhí)行分布時延給所有流的隊列規(guī)則。
以下是運行模型的一個特定實例丟失通過以下進行計算 為了能傳遞具有特定服務質(zhì)量的業(yè)務量，必須對因排隊而導致了多少時延作出預測。這根據(jù)每種類型業(yè)務量的等待時間分布來得出，而等待時間分布能夠很容易地獲得。等待時間分布的期望值規(guī)定了業(yè)務量的平均時延，而標準偏差則規(guī)定了時延變化(可被看作時延抖動)的量度。對于非珍愛的業(yè)務量，其等待時間密度函數(shù)由下式給出WB(t)=Σn=0KB-1qnbμe-μt(μt)nn!]]>
其中 (方程A)。qbn是實際進入隊列的一個到達分組發(fā)現(xiàn)n個分組已經(jīng)在系統(tǒng)中的概率。
對于珍愛的業(yè)務量，其等待時間密度函數(shù)由下式給出其中 對于組合的非珍愛業(yè)務量與珍愛業(yè)務量，其等待時間密度函數(shù)由下式給出w(t)=Σn=0Kmax-1qnμe-μt(μt)nn!]]>其中 給定的總負載WB(t)的等待時間由下式給出wB(t)=Σn=0KB-1qnBμe-μt(μt)nn!]]>其中 (方程A)以及n個分組正在為服務而進行排隊的概率pn由下式給出
其中λp是被優(yōu)先珍愛的業(yè)務量的到達率，λB是相對非珍愛的業(yè)務量的到達率，μ是獲得服務的業(yè)務量的比率。
P0由下面的方法得出Σn=0Kmaxpn=1]]>這些參數(shù)之間存在的數(shù)量關系使得交換機運行模型的最優(yōu)化通過使用標準技術獲得實現(xiàn)。
注意到運行模型允許在丟失/時延或者吞吐量/緩沖器之間進行某些折衷是重要的，即，提供可優(yōu)化的CAC，其中象線性程序設計、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯學等這樣的標準技術能用于實現(xiàn)最優(yōu)化。這樣的任何一種最優(yōu)化都能出現(xiàn)于呼叫接納/呼叫拆線的不同的時標和不同階段。這可以包括但并不局限于以下過程
以上給出的WB(t)關系式表明非丟棄信元將經(jīng)歷的時延總量依賴于所有被接受連接的總計到達率。在交換機中存在裝置的地方，這個時延可按不同片段的方式分配給所有類別的流(如加權(quán)公平排隊，優(yōu)先級排隊)。當對于象先進先出這樣的排隊規(guī)則時延的限定能被計算時，這種模型不是嚴格地一定要使用這種方式的。
在為呼叫接納評定標準時具有靈活性。一般為了作出決定，首先有必要估算系統(tǒng)的容量以支持某一單個參數(shù)(如丟失率——有足夠的緩沖資源來保證該連接在要求的到達率下所要求的丟失率)。這通過應用以下方程可獲得實現(xiàn) (方程B)其中P是期望的丟失概率，ρP是指在萬一存在資源競爭時被指定優(yōu)先處理的業(yè)務量的負載。作出決定并為這個參數(shù)選擇一個適當?shù)闹岛螅投x了剩余兩個參數(shù)(如時延和吞吐量)之間的一個可量化的關系。該決定可通過下面這種方式制定計算在呼叫接納后系統(tǒng)中將出現(xiàn)的總時延(這種計算的一個實例在上面的WB(t)方程式中給出)，將這個值與所有當前連接的允許時延的總和進行比較。這樣，就能作出關于是否存在足夠容量來滿足該約束條件的決定(例如，存在足夠的未分配的吞吐量，將其分配給這條連接以將在這個節(jié)點所經(jīng)歷的時延減少到可接受的水平)。這種排序僅是考慮這些參數(shù)的一種可能的順序—先取丟失，然后以時延換取吞吐量，相反，還存在選擇其他參數(shù)中的某一個來進行初始評定的類似方法。
考慮到呼叫丟失率的限制，我們排除對接納那些沒有丟失限制的呼叫(一般在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中被稱為“盡力而為”的業(yè)務量)必要的計算。由于沒有與這種呼叫關聯(lián)的保證，所以如果這種呼叫對其他呼叫的影響是完全有益的話，則它們總是能被接納的。
接納呼叫的過程如下。注意在本描述中“吞吐量”是指“平均吞吐量”。每個被接納的流都有與之相關的一系列參數(shù)，包括吞吐量、丟失率和時延，這些參數(shù)可存儲在保存于存儲器內(nèi)的一個表中、如上例中列出的關于pn的那組選項所示。還包括當前為鏈路分配的吞吐量、施加的總時延與總計丟失率。流的吞吐量總和應小于或等于被分配的鏈路吞吐量，流的時延范圍總和必須大于或等于加到所有流上的總時延(相當于為隊列分配的總的緩沖量)，同時流的丟失率總和必須大于或等于加到所有流上的總計丟失。嚴格地說，應該使用的不是被分配的鏈路吞吐量而是(1-可接受丟失率)與要求的吞吐量的乘積之和，但是通常情況下可接受丟失率太低，以至于使用被分配的鏈路吞吐量這一近似值是可行的。
如圖3所示，沿路由的每個交換機都要消耗一部分連接的可接受時延和丟失“預算”，并將剩余的預算提供給進一步沿路由向下的交換機。對吞吐量、時延和丟失之間關系的認識允許資源的平衡，以確保盡可能多的連接被CAC接受；例如，交換機通過實際分配比最初要求的更多帶寬而能滿足否則難以實現(xiàn)的時延要求。事實上，上述吞吐量、時延和丟失之間的關系允許這些變量彼此相對折衷，以便產(chǎn)生用戶所請求的要求的組合。因此，所有當前本地連接的QoS要求指示節(jié)點交換元件關于呼叫接納的行為和交換元件的逐個瞬時的運行特性。
理論上，在運行模型給出預測其與交換機正進行處理的呼叫集之間交互作用的能力的情況下，存在這樣一種選擇是積蓄帶寬還是積蓄時延。這既要考慮承載這個呼叫的瞬時費用(取決于當前的呼叫配置)，也要考慮承載這類呼叫的一般費用的某種量度。還要考慮不同交換配置策略的估算。
因此這種CAC模型想要確保的是能夠計算出呼叫接納對以前約定的節(jié)點義務的影響，以及因此該接納將導致交換機違反新的或以前接受的業(yè)務量合同的可能性。
為了說明呼叫接納如何在實際中獲得執(zhí)行，同時還要保持已分配給業(yè)務流的服務質(zhì)量，我們設想了下面這個經(jīng)過處理的實例。
圖15表示了一個大型網(wǎng)絡的某一小部分，其中使用了交換機A、B和C以及由箭頭所表示的信元流。
此實例的目的是要說明在A0和C0之間增加一個新的流的影響，指出如何執(zhí)行相關的計算以及對這個呼叫的接納將如何影響經(jīng)過網(wǎng)絡的現(xiàn)有業(yè)務量。
下表描述了在網(wǎng)絡這部分區(qū)域上現(xiàn)有的這組呼叫，以及它們的質(zhì)量要求(與它們的呼叫請求分組中所表示的一樣)。為了簡化計算，我們將鏈路的吞吐量歸一化為一。這樣，時延的值就以那條鏈路上ATM信元的傳輸時間為依據(jù)。利用400,000信元/秒的標稱速率來歸一化時長。
當前被提供的質(zhì)量可根據(jù)方程B進行計算Kmax-KB>lnP1-ρP(1-P)lnρP]]>這允許計算在本地交換機處必須保留的緩沖器的數(shù)量(Kmax-KB)，以確保能夠?qū)崿F(xiàn)珍愛業(yè)務量的丟失率。這個公式在非珍愛業(yè)務量趨于無窮時滿足對丟失的限制。已為要求的丟失率計算緩沖器的數(shù)量后，這將運行模型減少到兩個自由度。盡管通過固定所需的時延以及因此過分配吞吐量在目前是可能的，但是還要對將吞吐量固定到所需量加以說明。這允許使用以上指定公式來計算珍愛和非珍愛丟失的實際丟失概率。對為非珍愛業(yè)務量保留的所有緩沖器為滿的可能性的認識將允許計算這類業(yè)務流的丟失率。
回到圖15，在這種配置的網(wǎng)絡中，交換機A不含有緊急業(yè)務。方程B的使用允許對所需緩沖器數(shù)量進行限制，以確保在所有情況下都可接受的丟失。選擇20代表比10-6丟失率所要求的漸近線最小值19大1。在交換機A中有50個分配的緩沖器，其中的20個保留給珍愛業(yè)務量。在交換機B中僅有30個分配緩沖器，其中的15個保留給珍愛業(yè)務量。在這種特定的情況下，到交換機C的鏈路以及由此的輸出鏈路便被較輕地加載；此交換機在其配置方面具有許多靈活性。該交換機業(yè)務量的影響在這里不計算。
由這些計算產(chǎn)生了圖16所示的屬性表。緩沖器配置(N/M)應讀作M個緩沖器中有N個緩沖器被保留給珍愛業(yè)務量。預算以及平均時延的圖表涉及了被保留的預算量和信元流在運行期間將經(jīng)歷的丟失或時延的實際消耗。
現(xiàn)在將考慮增加連接A0→C0的決定以及由此而產(chǎn)生的影響。考慮到要維持丟失率，必須作出向珍愛數(shù)據(jù)分配更多緩沖器(通過使用方程B)的決定。通過使用這種配置，能保持以前為現(xiàn)有呼叫約定的丟失率，并考慮對當前呼叫的接納。呼叫被接納后的交換機配置在表17中得以證明。
一旦發(fā)現(xiàn)通過網(wǎng)絡的某一可接受路由，這種技術的實際應用就可以要求細化中間交換機對呼叫丟失和時延預算的份額。這種重新分配允許節(jié)點在建立階段將大量資源提供給呼叫(并因此最小化它們對呼叫丟失和時延預算的消耗)，而沒有為呼叫約定比它嚴格需要的更多的網(wǎng)絡資源。這可通過在呼叫接納分組經(jīng)建立的路由傳遞回來時使用它來完成。
要保證QoS要求就必須存在呼叫觀念。在ATM中是這樣的，對于IP要使用某些額外的管理信息如RSVP來實現(xiàn)這個功能。本方法同樣地適用于這兩種網(wǎng)絡技術。本模型理論上是絕對穩(wěn)定的，并且甚至在極度網(wǎng)絡超載的情況下(即在網(wǎng)絡帶寬和緩沖器資源不足以滿足要求的擴充時期)也能提供保證。與其在呼叫接納中的應用相結(jié)合，考慮該模型而設計的交換機可以確保SLA及相關合同將被承兌，而不管網(wǎng)絡的狀態(tài)如何。為流計算整個端到端路由上的丟失的能力可被用來為某些類業(yè)務(如盡力而為的IP業(yè)務)提供反饋，以便盡量限制路由中的丟失率。
所給出的這種模型可按比例縮放以提供任何數(shù)量的服務等級，并能明確區(qū)分對不同級別業(yè)務量的處理。不同級別的業(yè)務量在傳輸期間可被分配不同的資源量，這意味著能夠容易地區(qū)分業(yè)務量的等級并允許根據(jù)資源利用率來精確評定QoS級別的成本。這種對業(yè)務量級別和精確的連接成本的明確劃分進而又允許對收費機制的引入。該模型也適用于描述多種低級交換管理算法。
圖4顯示了一個具有兩級信元丟失優(yōu)先級(珍愛的)的簡單運行模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
作為一個實例，圖5顯示了某一交換機的狀況，其中珍愛業(yè)務量的到達速率為服務速率的0.7(即ρP＝λP/μ＝0.7)，而且我們要求在一百萬個分組中最多丟失一個分組(即10-6)。圖5中最上面的直線50表示到達網(wǎng)絡節(jié)點的業(yè)務總量。其下面所標繪的直線51表示所服務的業(yè)務總量相對非珍愛業(yè)務要求的關系。最下面的直線52顯示了所服務的非珍愛業(yè)務量。粗的虛線53表示所服務的珍愛業(yè)務量，同時應當注意到它幾乎不受非珍愛業(yè)務量要求的影響。圖6和7給出了在與圖5相同條件下關于丟失率/吞吐量/時延相互關系的表示。圖6顯示了所有業(yè)務量的平均時延如何隨著被分配給“盡力而為”(非珍愛的)業(yè)務的緩沖器數(shù)量的增加而增加。時延以時間為單位進行測量，其中選擇業(yè)務速率為1。當總需求量超過1時，時延隨著緩沖器數(shù)量的增加而線性增長。圖7顯示了所有業(yè)務量的總丟失。對于固定的利用率，丟失隨著緩沖器數(shù)量的增加而減少。隨著吞吐量增加，總丟失增加。
圖8顯示了一種被擴展為將緊急業(yè)務量和非緊急業(yè)務量納入考慮范圍的運行模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
圖9顯示了當存在的非珍愛業(yè)務量增加時，珍愛業(yè)務量的丟失決不增加超過10-6。
圖10顯示了一旦業(yè)務量的總量增加超過1時，非珍愛業(yè)務量丟失的數(shù)量線性增加。
圖11顯示了緊急業(yè)務量的時延，其中上面的虛線為珍愛業(yè)務量的時延，而下面的直線為非珍愛業(yè)務量的時延。圖12顯示了非緊急業(yè)務量的時延。
圖13和14顯示了關于緊急和非緊急業(yè)務量的標準偏差的等效圖。
除了或者代替提供所要求的最小時延、最大丟失率或最小吞吐量，該運行模型能提供用于那些參數(shù)所允許的最大變化。一個適合于該運行模型的特別優(yōu)選的實例是提供了用于符合在分組到達時間中所要求的最大抖動級別的時延的最大允許變化。
運行該運行模型的裝置可被安置在某個網(wǎng)絡節(jié)點處或與該節(jié)點通信的另一個單元處。該節(jié)點可以是路由器、多路復用器(或者兩個或更多個多路復用器的結(jié)合體)、交換機或任何其他的單元，在這些裝置中服務質(zhì)量能被有效地考慮。
控制與配置機制的一種優(yōu)選實施方案是獲得給定的要求，對要求進行分組并將它們映射到實際可用的資源上(即有限數(shù)量的珍愛和緊急級別)。這種請求的聚集成組形式被用于獲得對聚集的這組流進行服務的可行性。從這些過程可獲得用于實際配置的參數(shù)。
在某些初始的檢查之后，優(yōu)選算法首先配置流的復合組的珍愛性，然后是緊急性。可方便地假設1.調(diào)度機制為嚴格的時延優(yōu)先級共享。
2.珍愛機制運行于單個共享的緩沖器上。
3.對于時延機制，有一個殘留業(yè)務的近似值，即·緊急性最高的有權(quán)接入鏈路的所有帶寬·緊急性次高的有權(quán)接入鏈路的所有帶寬減去緊急性更高級別的實際吞吐量·對于每個遞減緊急性級別重復這樣的操作，對應該緊急性級別的可用帶寬為總帶寬減去更高緊急級別所需的所有帶寬總和4、所有到達的業(yè)務和殘留業(yè)務有泊松分布初始檢查和算法的開端可依靠以下步驟執(zhí)行1.確保所有吞吐量保證的總和不超過鏈路的容量。
2.計算所有流的最大到達率，即使它們僅受接口速率的限制。
然后數(shù)據(jù)流的珍愛性可配置如下1.將流按可接受丟失的升序(珍愛性的降序)分級。
2.選擇緩沖的起始量(這可能就是實際的可用量)。
3.將有相似的目標丟失率的流聚集成組，組的數(shù)量受限于實際可用的珍愛級別的數(shù)量。
4.將每個組與該流集合的總目標吞吐量和該集合中任何流的最低丟失率關聯(lián)。
5.從最珍愛的組開始，計算所需的緩沖以保證丟失要求。這是在假設所有較非珍愛的流以其最大速率到達的情況下完成的。如果這不能完成就拒絕該配置。
6.假設更高珍愛級別的業(yè)務量采用(或略超過)其約定的速率，則對于遞減的珍愛級別重復此過程(步驟5)。這表示了對于該流集合的QoS多路復用器的珍愛性配置。
如果配置需要更多實際可用的緩沖就拒絕該配置。
時延配置可按以下執(zhí)行1.按降低的緊急度，即增大的時延容限來對流進行分級。
2.將流聚集成組以符合有限數(shù)量的緊急級別。
3.將每個組與該組中流的總吞吐量和最緊急的流的時延要求關聯(lián)。
4.從最緊急的組開始，計算為了在總的帶寬量可用時滿足時延要求而要求的可用的額定帶寬—該額定帶寬可在假設該系統(tǒng)為M/M/1/非搶先優(yōu)先級(HOL)排隊系統(tǒng)的條件下進行計算，如AllenProbability，Statistics and Queuing Theory(概率、統(tǒng)計和排隊論)(1978)的第370頁表18中所述。這個額定帶寬與實際的可用帶寬進行比較。如果其不可用就拒絕這個配置。
5.為了減少緊急級別，按照關于同一M/M/1/非搶先優(yōu)先級(HOL)排隊系統(tǒng)的假設，重復(4)來計算最小的超出帶寬，并保證當更緊急的流正在消耗它們所分配的帶寬時還有足夠的剩余服務。如果沒有足夠的剩余帶寬來滿足約束條件就拒絕該配置。
如果能為所有緊急級別完成步驟(5)，那么配置就是可行的。一旦完成以上過程，就會有足夠的信息用來設置硬件中的參數(shù)，以便將合同所要求的設置傳遞給流。
上述類型的運行模型可用于許多目的，例如-決定是接納還是拒絕一個呼叫以是否能滿足該呼叫所需的服務質(zhì)量為基礎；-決定是在節(jié)點處丟失或延遲分組還是在節(jié)點處分配緩沖空間，以滿足路由經(jīng)過那個節(jié)點的呼叫所共同要求的服務質(zhì)量；-為響應發(fā)起呼叫的請求而提供一種可用服務質(zhì)量的指示，依靠該指示，用戶或單元可決定是否發(fā)起該呼叫。
在某種服務質(zhì)量預算將在路由中的兩個或更多個節(jié)點之間共享的情況下，可有幾種方法來實現(xiàn)這種共享。
1.可以向節(jié)點傳遞一個可用預算的指示。它能估算出它期望加到該呼叫的服務質(zhì)量中的減少量，用這個估計量來減少預算，然后將減少的預算傳遞給會執(zhí)行相同過程的下一個節(jié)點。
2.可向節(jié)點傳遞一個可用預算和迄今為止前面節(jié)點已使用的預算量的指示。它能估算出它期望加到該呼叫的服務質(zhì)量中的減少量，將這個估計量加到迄今為止已使用的預算量中，然后將可用預算和修改過的迄今為止已使用的預算量傳遞給會執(zhí)行相同過程的下一個節(jié)點。
3.可以向還知道將用于呼叫的最大節(jié)點數(shù)(m)的節(jié)點傳遞一個可用預算的指示。這樣它就能允許自己僅占有可用預算的1/m。已估算出它期望加到該呼叫的服務質(zhì)量中的減少量后，如果它不能使用少于1/m的可用預算，那么該節(jié)點就可以拒絕這個呼叫。否則它將這個可用預算不加改變地傳遞給下一個節(jié)點。
服務質(zhì)量信息可被帶外發(fā)送——更確切地說是通過另一條路徑，而不是QoS信息所涉及的數(shù)據(jù)流。QoS信息可產(chǎn)生于數(shù)據(jù)流的源和目的或其他地方。
標準的最優(yōu)化技術可用于在給定的條件下優(yōu)化被選擇的運行模型的使用。
本發(fā)明或者是隱式或者是顯式地包括這里公開的任何一種特性或多種特性的結(jié)合，或者其推廣，而不考慮它是否涉及目前要求權(quán)利的發(fā)明。考慮到前面的描述，對于本領域的技術人員來說，顯然在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以制定多種修改。例如，呼叫請求消息可能是一個關于可能支持何種服務質(zhì)量的查詢，而不是對某一指定質(zhì)量的請求，例如在為互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的RSVP協(xié)議中所使用的那樣，此外，呼叫接納或拒絕消息可能是關于可接受的服務質(zhì)量參數(shù)的傳輸。
權(quán)利要求
1.一種用于在分組傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處路由流的路由設備，其中每個流在網(wǎng)絡中帶有其丟失和時延的指定參數(shù)進行傳輸，該路由設備包括流接納控制電路，用于接收流請求并讀取(i)所述指定參數(shù)和已在網(wǎng)絡中前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延的任何值，或者(ii)考慮到已在網(wǎng)絡中前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延而修改過的所述指定參數(shù)，并結(jié)合已被路由設備處理的現(xiàn)有的流一起來決定是接納還是拒絕該流；含有多個緩沖器的緩沖器電路，其中，若流請求被接受，則向此流分配一個或更多個這樣的緩沖器；和裝置，用于當流請求被接受時傳輸以下信息(i)帶有修改過的丟失和時延值的流請求，或者(ii)帶有考慮到網(wǎng)絡中此節(jié)點和前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延而修改過的參數(shù)的流請求，而若流請求被拒絕則返回一個失敗信號。
2.如權(quán)利要求1中要求的路由設備，包含了這樣的裝置它檢測來自網(wǎng)絡中另一節(jié)點處的流失敗信號并釋放它已為那個流分配的緩沖器。
3.如權(quán)利要求1或2中要求的路由設備，含有用于決定是接納還是拒絕流的決定制定裝置。
4.如上述任何一項權(quán)利要求中要求的路由設備，其中緩沖器電路按照這個模型來分配緩沖器Kmax-KB>lnP1-ρP(1-P)lnρP]]>其中Kmax是總的可用緩沖量，KB是已接納業(yè)務的量，P是期望的丟失概率，而ρP則是在資源競爭情況下被給予優(yōu)先處理的業(yè)務量的負載。
6.如上述任何一項權(quán)利要求中要求的路由設備，其中所說的丟失是各個流的可接受丟失的量度，而所說的時延是各個流的可接受時延的量度。
7.如上述任何一項權(quán)利要求中要求的路由設備，其中緩沖器電路被安排成按以下方式分配緩沖器，即按丟失順序?qū)α鬟M行分級，選擇緩沖的起始量，將有近似丟失的流聚集成組，為每個組確定關于該組流的總目標吞吐量和該組中任何流的最低丟失率，并為每個組計算確保丟失要求所需的緩沖，并且，如果總的所需緩沖超過可用緩沖，就拒絕對聚集成組的流的配置。
8.如權(quán)利要求1到6的任何一項權(quán)利要求中要求的路由設備，其中緩沖器電路被安排成按以下方式分配緩沖器，即按增加的時延容限來對流進行分級，將有近似的時延容限丟失的流聚集成組，為每個組確定關于該組流的總吞吐量和該組中最緊急流的時延容限，并為每個組計算為滿足時延要求而要求的可用額定帶寬，并且，如果總的所要求帶寬超過可用帶寬，就拒絕對聚集成組的流的配置。
9.如權(quán)利要求7或8中要求的路由設備，其中組的數(shù)量受限于預先確定的數(shù)量。
10.一種在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處運行的節(jié)點設備，其中兩個或更多個帶有指定服務質(zhì)量要求的流可被路由通過該節(jié)點，該節(jié)點包括一個輸入端，用于接收數(shù)據(jù)；一個輸出端，用于傳輸數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)流單元，用于將輸入端接收的數(shù)據(jù)引導到輸出端進行傳輸；以及一個數(shù)據(jù)流控制器，用于控制數(shù)據(jù)流單元的運行來延遲和/或不引導一部分數(shù)據(jù)，以便滿足指定的服務質(zhì)量。
11.如權(quán)利要求10中要求的節(jié)點設備，其中服務質(zhì)量由最大丟失率、最小時延和最小吞吐量中少于三個參數(shù)來指定。
12.如權(quán)利要求10或11中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流控制器能夠模擬節(jié)點和/或任何相關聯(lián)數(shù)據(jù)鏈路的運行，以估計丟失率、時延和吞吐量之一。
13.如權(quán)利要求11到12的任何一項權(quán)利要求中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流控制器能模擬一個具有指定服務質(zhì)量的附加流的影響。
14.如權(quán)利要求13中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流控制器能模擬一個附加流的影響，和產(chǎn)生一個消息以指示一個或更多個指明可為那個流所用的服務質(zhì)量的參數(shù)。
15.如權(quán)利要求10到14的任何一項權(quán)利要求中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流單元含有用于區(qū)分至少兩種類別業(yè)務量的裝置。
16.如權(quán)利要求10到15的任何一項權(quán)利要求中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流單元包括一個用于在重傳之前保存分組的緩沖器。
17.如權(quán)利要求16中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流單元包括一種當緩沖器中的分組數(shù)超過閾值時用于丟棄屬于某一類別的分組的裝置。
18.如權(quán)利要求10到17的任何一項權(quán)利要求中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流單元包括一個用于進一步區(qū)分至少兩種級別業(yè)務量的裝置，每種級別都可包含來自上述任何一種類別的業(yè)務。
19.如權(quán)利要求16或17中要求的節(jié)點設備，包括一個調(diào)度裝置以調(diào)度保存在緩沖器中的分組的重傳，使得那些被分配給第一級別的分組優(yōu)先于那些被分配給第二級別的分組。
20.如權(quán)利要求19中要求的節(jié)點設備，其中調(diào)度裝置響應于改變接收分組到各類別和級別的分配。
21.如權(quán)利要求10到20的任何一項權(quán)利要求中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流控制器可用于設置數(shù)據(jù)流單元的閾值。
22.如權(quán)利要求10到21的任何一項權(quán)利要求中要求的節(jié)點設備，其中數(shù)據(jù)流控制器可用于改變接收分組到各類別和級別的分配配。
21.一種用于在分組傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處路由流的路由設備，其中每個流在網(wǎng)絡中傳輸期間帶有其可接受時延和丟失概率的指定參數(shù)進行傳輸，該路由設備包括流接納控制電路，用于(i)接收含有服務質(zhì)量參數(shù)的流請求；(ii)如果流被路由通過此節(jié)點，就為此流模擬服務質(zhì)量；(iii)考慮到在流被路由通過此節(jié)點時服務質(zhì)量的降低，通過調(diào)整接收的服務質(zhì)量參數(shù)來產(chǎn)生調(diào)整的服務質(zhì)量參數(shù)；(iv)如果調(diào)整參數(shù)表示出不可接受的服務質(zhì)量就拒絕該流，以及(v)如果調(diào)整參數(shù)表示出可接受的服務質(zhì)量，則將該調(diào)整參數(shù)傳輸給網(wǎng)絡中的另一個節(jié)點。
22.如權(quán)利要求21中要求的路由設備，其中所述的服務質(zhì)量參數(shù)最好包括以下參數(shù)中的至少兩個最小時延、最大丟失率和最小吞吐量，和/或時延變化、丟失率或吞吐量級別。
23.一種在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的節(jié)點處運行的節(jié)點設備，其中，兩個或更多個具有指定服務質(zhì)量要求的流可被路由通過此節(jié)點，該節(jié)點包括一個輸入端，用于接收數(shù)據(jù)；一個輸出端，用于傳輸數(shù)據(jù)；以及一個數(shù)據(jù)流單元，用于將輸入端接收的數(shù)據(jù)引導到輸出端進行傳輸；其中該節(jié)點響應一個數(shù)據(jù)流控制器，用于控制數(shù)據(jù)流單元的運行來延遲和/或不引導一部分數(shù)據(jù)，以便滿足指定的服務質(zhì)量。
全文摘要
一種用于在分組傳輸網(wǎng)絡節(jié)點處路由流的路由設備,其中每個流在網(wǎng)絡中帶有丟失和延遲的指定參數(shù)進行傳輸,該路由設備包括:流接納控制電路,用于接收流請求并讀取:(i)所述指定參數(shù)和已在網(wǎng)絡中前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延的任何值,或者(ii)考慮到已在網(wǎng)絡中前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延而修改過的所述指定參數(shù),并結(jié)合已被路由設備處理的現(xiàn)有的流一起來決定是接納還是拒絕該流;含有多個緩沖器的緩沖器電路,其中,若流請求被接受,則向此流分配一個或更多個這樣的緩沖器;和裝置,用于當流請求被接受時傳輸以下信息:(i)帶有修改過的丟失和時延值的流請求,或者(ii)帶有考慮到網(wǎng)絡中此節(jié)點和前面節(jié)點處產(chǎn)生的丟失和時延而修改過的參數(shù)的流請求,而若流請求被拒絕則返回一個失敗信號。
文檔編號H04L1/00GK1358382SQ00809400
公開日2002年7月10日 申請日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月23日
發(fā)明者N·J·戴維斯, J·Y·霍耶爾斯, P·W·湯普森, J·T·布萊利, P·P·弗蘭茨科－科布利 申請人:二度創(chuàng)新有限公司, 布里斯托爾大學