專利名稱：一種保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)及方法，確切地說，涉及一 種將網(wǎng)絡路由節(jié)點按照業(yè)務類型抽象成多個業(yè)務代理節(jié)點，使得同類型的業(yè)務代理節(jié)點構 成虛擬拓撲，并利用一種全新的基于上下文感知方法計算虛擬拓撲結構中鏈路權值及其鏈 路可用帶寬與鏈路利用率進行路由的網(wǎng)絡系統(tǒng)和方法，屬于互聯(lián)網(wǎng)技術領域。
背景技術：
最短路徑路由協(xié)議(如OSPF、IS-IS)是現(xiàn)在占主導地位的域內(nèi)路由協(xié)議，被廣泛 用于ISP骨干網(wǎng)絡。在這些路由協(xié)議中，鏈路的權重都是網(wǎng)絡管理者預先設定的，并且通常 在網(wǎng)絡運行過程中保持不變。網(wǎng)絡流量是按照從源節(jié)點到目的節(jié)點的最短路徑路由。由于 鏈路的權重相對固定，無論網(wǎng)絡流量如何變化，同一源節(jié)點和目的節(jié)點之間的路徑是固定 的。Cisco提出了一種設置OSPF協(xié)議鏈路權重的方案，將每條鏈路的權重設置成為鏈路帶 寬容量的倒數(shù)。IS-IS協(xié)議是將所有鏈路權重設置為10。這種簡單靜態(tài)的權重設置方式， 不能根據(jù)動態(tài)的網(wǎng)絡拓撲、流量模式與流量分布做出適應性的調(diào)整，容易導致網(wǎng)絡擁塞。缺 省固定權重設置方案的簡單改進方案是將鏈路權重設置成與鏈路的流量分布成比例。該 方案的限制是，優(yōu)化方案是基于固定的網(wǎng)絡拓撲和固定的流量需求矩陣，且鏈路的權重在 網(wǎng)路運行過程中仍然保持不變。眾所周知，^ternet的流量高度動態(tài)，流量需求和網(wǎng)絡拓 撲都不斷變化，因此這類方案不具有一般性。動態(tài)調(diào)整鏈路權重的自適應路由技術(參見圖1所示)能夠?qū)崟r地根據(jù)鏈路負載 適應性地調(diào)整鏈路權重，從而控制網(wǎng)絡流量分布，防止網(wǎng)絡擁塞，提高網(wǎng)絡性能。流量分布 的變化又會導致鏈路負載發(fā)生變化，鏈路權重又得到相應的調(diào)整，從而形成反饋環(huán)。動態(tài)調(diào)整鏈路權重的自適應路由的關鍵是設計合適的權重映射函數(shù)，將網(wǎng)絡流量 的變化反映到鏈路權重的設置。通常鏈路權重過大的變化會導致鏈路上的流量變化，所產(chǎn) 生的反饋效應導致網(wǎng)絡流量在不同路徑之間振蕩，嚴重降低網(wǎng)絡性能；然而，如果鏈路權重 變化過小，會導致對網(wǎng)絡流量變化的不敏感，協(xié)議的適應性下降。因此必須設計合理的映射 方案，需求某種程度的折衷，使得該方法既可以反映網(wǎng)絡流量的動態(tài)性，同時又不會導致路 由振蕩。MDAR(Minimal Delay Adaptive Routing)是早期提出的一種在ARPANET 實現(xiàn)的適 應性路由算法設置鏈路權重值與鏈路延遲成比例的權重計算公式為鏈路權重w = w0+D =wQ+d(U)，式中，W。為常數(shù)，D是鏈路利用率u的函數(shù)d(u)；因鏈路的延遲特性，函數(shù)d(u) 是非線性函數(shù)。實驗結果表明，網(wǎng)絡負載較輕時，網(wǎng)絡中的流量比較穩(wěn)定；網(wǎng)絡負載較重時， 鏈路權重變化較大，導致路由振蕩現(xiàn)象嚴重。LSAR(Load Sensitive Adaptive Routing)提 出一種使用線性映射方案的協(xié)議，引入阻尼因子，以允許突發(fā)流量和防止路由振蕩。在鏈路 利用率較低時，引入非適應性區(qū)域，降低網(wǎng)絡路由更新的開銷。上述幾種方案的計算鏈路路由的方法都沒有區(qū)分鏈路上的業(yè)務類型，只是將鏈路 上的所有優(yōu)先級的業(yè)務流量作為一個整體來處理。這可能造成某條低優(yōu)先級業(yè)務流量較大、而高優(yōu)先級業(yè)務流量較少的鏈路的權值發(fā)生變化時，對高優(yōu)先級業(yè)務的服務質(zhì)量造成 過大影響。為了避免發(fā)生這種情況，在計算鏈路權值時，應該考慮各種不同業(yè)務的優(yōu)先級差 異。目前，學術界對于如何有效地設置鏈路權值展開了廣泛的研究，因為有效設置鏈路權值 進行路由，能夠充分利用網(wǎng)絡資源，從而提高業(yè)務流的傳輸質(zhì)量和網(wǎng)絡的QoS，這個課題已 經(jīng)成為業(yè)內(nèi)科技人員當前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種保障多類型業(yè)務的服務質(zhì)量的路由系統(tǒng)及方 法。在路由過程中，該系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務分類對網(wǎng)絡的物理路由節(jié)點進行抽象，將每個物理路由 節(jié)點按業(yè)務類型抽象成多個業(yè)務代理節(jié)點，各個業(yè)務代理節(jié)點負責處理一類業(yè)務。所有物 理路由節(jié)點中的同類的業(yè)務代理節(jié)點組成各自的虛擬拓撲，該類業(yè)務就在該拓撲上進行路 由選擇。對于不同優(yōu)先級的業(yè)務，在保障高優(yōu)先級的業(yè)務路由的同時，盡量減小對低優(yōu)先級 業(yè)務的影響。本發(fā)明還提出一種設置鏈路權值的方式，讓網(wǎng)絡流量更均勻地分配于各個鏈 路，提高網(wǎng)絡吞吐率。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)，包 括發(fā)送和接收業(yè)務數(shù)據(jù)包的源端主機和終端主機，以及承擔數(shù)據(jù)傳輸與轉發(fā)的邊緣路由 器和核心路由器；其特征在于所述系統(tǒng)中，源端主機，增設業(yè)務感知模塊和預標記模塊，前者用于對發(fā)送的業(yè)務數(shù)據(jù)包進行 感知，以供后者在網(wǎng)絡層封裝業(yè)務數(shù)據(jù)包時，根據(jù)感知信息將業(yè)務數(shù)據(jù)包預先標記為不同 語義優(yōu)先級后發(fā)送；邊緣路由器，增設接納控制器和一類或多類業(yè)務代理，前者用于將接收的業(yè)務數(shù) 據(jù)包的語義優(yōu)先級映射為網(wǎng)絡優(yōu)先級，并將不同網(wǎng)絡優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包分配到處理相應優(yōu)先 級業(yè)務的業(yè)務代理；后者種類取決于該系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡優(yōu)先級的等級數(shù)，每類業(yè)務代理負 責處理一類優(yōu)先級業(yè)務，且各個邊緣路由器與核心路由器中的同類業(yè)務代理相互連接而組 成各自的虛擬拓撲結構，每個虛擬拓撲結構設有各自獨立的路由表，以供不同網(wǎng)絡優(yōu)先級 的業(yè)務數(shù)據(jù)包分別在各自相應的虛擬拓撲結構中進行路由；轉發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)包的核心路由器 只增設一類或多類業(yè)務代理，其功能與邊緣路由器相同。為了達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種采用本發(fā)明網(wǎng)絡系統(tǒng)保障多類型業(yè)務服 務質(zhì)量的方法，其特征在于源端主機按照應用層語義區(qū)分業(yè)務數(shù)據(jù)包的語義優(yōu)先級，并在 網(wǎng)絡層封裝時進行相應的預標記；當業(yè)務數(shù)據(jù)包到達區(qū)分服務Diffkrv網(wǎng)絡時，入口邊緣 路由器根據(jù)設定策略將每個數(shù)據(jù)包分組的預標記的語義優(yōu)先級映射為網(wǎng)絡優(yōu)先級，再根據(jù) 其網(wǎng)絡優(yōu)先級選擇包括對傳統(tǒng)盡力而為業(yè)務數(shù)據(jù)包執(zhí)行逐跳轉發(fā)和對有QoS保障的高優(yōu) 先級業(yè)務數(shù)據(jù)包計算最佳路由的不同路由策略邊緣路由器和核心路由器還分別收集業(yè)務 數(shù)據(jù)包上下文信息，根據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡優(yōu)先級和當前網(wǎng)絡資源選擇相應的業(yè)務代理和 路由策略將其發(fā)送給終端主機。本發(fā)明保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)及其方法有三個優(yōu)勢本發(fā)明系統(tǒng)是將物理路由器抽象成若干代理節(jié)點，由各個路由器中的同類業(yè)務代 理節(jié)點組成虛擬拓撲結構的網(wǎng)絡，再將不同優(yōu)先等級的業(yè)務分配到相應的虛擬拓撲結構中 傳輸，以方便業(yè)務的管理。
該系統(tǒng)的路由方法是基于上下文感知，根據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)包的上下文信息將業(yè)務數(shù)據(jù) 包的各個分組根據(jù)業(yè)務類別、每個分組相對位置以及每個分組大小的各種應用信息劃分網(wǎng) 絡優(yōu)先級，充分考慮每個分組對于整體業(yè)務傳輸質(zhì)量的重要性，盡量在保障高優(yōu)先級業(yè)務 的服務質(zhì)量同時，不影響低優(yōu)先級業(yè)務服務質(zhì)量。另一優(yōu)勢是本發(fā)明采用一種新的鏈路權值設定方式，使得網(wǎng)絡流量能夠合理分布 到各條虛擬鏈路上，這樣既能夠提高網(wǎng)絡資源利用率，又可以保障多類型業(yè)務的服務質(zhì)量， 在保障高優(yōu)先級業(yè)務傳輸性能的同時，盡量減小其對低優(yōu)先級業(yè)務的影響。本發(fā)明的技術關鍵創(chuàng)新之處是引入虛擬網(wǎng)絡拓撲結構，采用虛擬鏈路權值設置方式來保證多種優(yōu)先級業(yè)務的服 務質(zhì)量。其中核心技術是在本發(fā)明網(wǎng)絡系統(tǒng)中的各個路由器或交換節(jié)點根據(jù)不同業(yè)務類 型引入各類業(yè)務代理，并由各個同類業(yè)務代理組成虛擬拓撲結構，同種類型的業(yè)務數(shù)據(jù)包 在該業(yè)務所歸屬的虛擬拓撲結構中路由。引入局部路徑信息，用于動態(tài)記錄上游鏈路的流量分布在每條下游鏈路的情況， 并提出利用局部路徑信息計算虛擬鏈路利用率的方法。該方法能將上游鏈路的流量對下游 鏈路的影響動態(tài)反饋給上游鏈路，反饋方法是將上游鏈路的鏈路利用率與其所有下游鏈路 的鏈路利用率的累加和進行比較，如果累加和超過上游鏈路的鏈路利用率，就認為上游鏈 路的流量對于下游鏈路的影響過大，此時要將上游鏈路的鏈路利用率提高至累加和值；否 則，可以保持該上游鏈路的鏈路利用率不變。引入利用虛擬鏈路利用率動態(tài)生成和設置虛擬鏈路權值的方法，該方法根據(jù)當前 鏈路流量狀況與業(yè)務優(yōu)先級對鏈路權值做出調(diào)整，相應的路由選擇也會隨之更新，這樣就 能夠避免因虛擬鏈路權值變化而引起路由震蕩，可以保證多類型業(yè)務的服務質(zhì)量。同時，該 方法將鏈路利用率動態(tài)地體現(xiàn)在鏈路權值上，在鏈路利用率增大時，提高鏈路權值，從而降 低該條鏈路下次被選中的概率，將流量引導到負載較低的鏈路中。


圖1是調(diào)整權重反饋環(huán)的示意圖。圖2是本發(fā)明保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)組成結構示意圖。圖3是本發(fā)明網(wǎng)絡系統(tǒng)各個業(yè)務代理構成虛擬拓撲結構示意圖。圖4是本發(fā)明網(wǎng)絡系統(tǒng)保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的方法操作步驟流程圖，圖5 (A)、(B)分別是本發(fā)明局部路徑信息的兩個示意圖；圖6是本發(fā)明實施例中各個業(yè)務代理構成虛擬拓撲結構示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明 作進一步的詳細描述。參見圖2，介紹本發(fā)明保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構組成，該系統(tǒng)設 有發(fā)送和接收業(yè)務數(shù)據(jù)包的源端主機和終端主機，以及承擔數(shù)據(jù)傳輸與轉發(fā)的邊緣路由 器和核心路由器；由業(yè)務源端主機發(fā)出的業(yè)務數(shù)據(jù)經(jīng)過多個邊緣路由器和核心路由器的轉 發(fā)，最終到達業(yè)務終端主機。為了保障多類型業(yè)務的服務質(zhì)量，其中對源端主機和兩種路由器都進行了改造。源端主機，增設業(yè)務感知模塊和預標記模塊，前者用于對發(fā)送的業(yè)務數(shù)據(jù)包進行 感知，以供后者在網(wǎng)絡層封裝業(yè)務數(shù)據(jù)包時，根據(jù)感知信息將業(yè)務數(shù)據(jù)包預先標記為不同 語義優(yōu)先級后發(fā)送。邊緣路由器，增設接納控制器和一類或多類業(yè)務代理，前者用于將接收的業(yè)務數(shù) 據(jù)包的語義優(yōu)先級映射為網(wǎng)絡優(yōu)先級，并將不同網(wǎng)絡優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包分配到處理相應優(yōu)先 級業(yè)務的業(yè)務代理；后者種類取決于該系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡優(yōu)先級的等級數(shù)，每類業(yè)務代理負 責處理一類業(yè)務，且各個邊緣路由器與核心路由器中的同類業(yè)務代理相互連接，從而組成 各自的虛擬拓撲結構(參見圖3所示)，每個虛擬拓撲結構設有各自獨立的路由表，以供不 同網(wǎng)絡優(yōu)先級的業(yè)務數(shù)據(jù)包分別在各自相應的虛擬拓撲結構中進行路由。核心路由器，負責轉發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)包，其只增設一類或多類業(yè)務代理，其功能與邊緣 路由器相同。參見圖3，圖中的A、B、C為三個路由器，其中A為邊緣路由器，B、C為核心路由器。 為方便敘述，假設每個路由器有AF業(yè)務、BE業(yè)務和EF業(yè)務三種業(yè)務代理，各類業(yè)務代理分 別負責處理一類業(yè)務數(shù)據(jù)。各個路由器中的同類業(yè)務代理構成了一個虛擬拓撲，每個虛擬 拓撲維護一個自身路由表，該類業(yè)務在此虛擬拓撲上路由。例如，每個路由器中的BE-Agent 組成一個虛擬網(wǎng)絡，負責處理BE業(yè)務。本發(fā)明基于上述網(wǎng)絡系統(tǒng)，還提出了一種保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的路由方法 源端主機按照應用層語義區(qū)分業(yè)務數(shù)據(jù)包的語義優(yōu)先級，并在網(wǎng)絡層封裝時進行相應的預 標記；當業(yè)務數(shù)據(jù)包到達Diffkrv網(wǎng)絡時，入口邊緣路由器根據(jù)設定策略將每個數(shù)據(jù)包分 組的預標記的語義優(yōu)先級映射為網(wǎng)絡優(yōu)先級，再根據(jù)其網(wǎng)絡優(yōu)先級選擇相應的不同路由策 略包括對傳統(tǒng)盡力而為業(yè)務數(shù)據(jù)包執(zhí)行逐跳轉發(fā)和對有QoS保障的高優(yōu)先級業(yè)務數(shù)據(jù)包 計算最佳路由邊緣路由器和核心路由器還分別收集業(yè)務數(shù)據(jù)包上下文信息，根據(jù)業(yè)務數(shù) 據(jù)包的網(wǎng)絡優(yōu)先級和當前網(wǎng)絡資源選擇相應的業(yè)務代理和路由策略將其發(fā)送給終端主機。參見圖4，介紹本發(fā)明方法的下列操作步驟步驟1，源端主機運用跨層方法對發(fā)送的業(yè)務數(shù)據(jù)包區(qū)分其會話優(yōu)先級，并在網(wǎng)絡 層封裝時，分別預標記為相應的不同語義優(yōu)先級。該步驟包括以下兩個操作內(nèi)容(11)源端主機分析業(yè)務數(shù)據(jù)包，區(qū)分該業(yè)務數(shù)據(jù)包中的各個分組的重要性和類 型，根據(jù)每個分組的類型、重要性、對業(yè)務QoS的貢獻和各個分組之間的依賴關系，將數(shù)據(jù) 包每個分組劃分為多個重要性順序遞減的不同語義優(yōu)先級；(12)在網(wǎng)絡層封裝業(yè)務數(shù)據(jù)包時，源端主機對每個分組的業(yè)務類別及其語義優(yōu) 先級進行預標記采用IP分組包頭中差分服務碼點DSCP (DifferentiatedServices Code Point)字段中預留給類別選擇CS (Class Selector)的逐跳行為PHB (Per Hop Behavior) 的標記值標識業(yè)務類別，即用DSCP的前三位標識業(yè)務類別；后三位采用語義優(yōu)先級索引 PKPriority Index)值標識每個分組的語義優(yōu)先級，且該語義優(yōu)先級索引PI值的序號與 語義優(yōu)先級的等級序號是一致的。步驟2，業(yè)務數(shù)據(jù)包到達Diffkrv網(wǎng)絡邊緣時，入口邊緣路由器根據(jù)預標記的語 義優(yōu)先級與其標記策略，重新映射為不同的網(wǎng)絡優(yōu)先級。
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該步驟中，Diffkrv網(wǎng)絡的入口邊緣路由器根據(jù)映射關系與其標記策略，對源端 主機為每個分組的語義優(yōu)先級預標記值進行重置；映射關系與其標記策略是每個語義優(yōu) 先級都映射到唯一的一個網(wǎng)絡優(yōu)先級，或者是多個相鄰級別的語義優(yōu)先級都映射為同一個 網(wǎng)絡優(yōu)先級；且隨著語義優(yōu)先級的級別遞增，其映射的網(wǎng)絡優(yōu)先級的級別、即網(wǎng)絡優(yōu)先級索 引PI的數(shù)值是非遞減的。步驟3，邊緣路由器的接納控制器根據(jù)當前的網(wǎng)絡資源，將不同網(wǎng)絡優(yōu)先級的業(yè)務 數(shù)據(jù)包分發(fā)到處理相應優(yōu)先級業(yè)務的業(yè)務代理構成的虛擬拓撲中，并由各路由器計算各個 虛擬拓撲中的每條虛擬鏈路的虛擬鏈路權值，用于選路計算。該步驟包括以下操作內(nèi)容(31)邊緣路由器的接納控制器對接收的業(yè)務數(shù)據(jù)包進行感知，并收集包括數(shù)據(jù)包 的上下文信息，上下文信息包括會話的網(wǎng)絡優(yōu)先級、物理鏈路帶寬、虛擬鏈路可用帶寬、虛 擬鏈路利用率和局部路徑信息。局部路徑信息定義是設定優(yōu)先級的某個業(yè)務數(shù)據(jù)包順序傳 輸經(jīng)過多個節(jié)點時，其中某個節(jié)點的局部路徑信息是業(yè)務數(shù)據(jù)包在該節(jié)點后的各條下游虛 擬鏈路上的流量，單位為Mbps。例如，圖4(A)中的A、B、C、D節(jié)點，對于節(jié)點B，其上游節(jié)點 為A，下游節(jié)點為C和D，B點的局部路徑信息為業(yè)務s由A經(jīng)B到達C和D的流量大小。多 業(yè)務網(wǎng)絡的局部路徑信息庫是由每個局部路徑的起點、終點及其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包業(yè)務類別構 成的三維數(shù)組(參見圖4 (B)，圖中的χ軸和y軸分別為局部路徑的起點和終點，ζ軸為業(yè)務 類別)，其中每個節(jié)點記錄的局部路徑信息用于計算該節(jié)點的上游虛擬鏈路和下游虛擬鏈 路的虛擬鏈路利用率。(32)路由器先計算各虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率，然后根據(jù)結果計算得到用于選 路的各虛擬鏈路的虛擬鏈路權值。故該步驟包括以下操作內(nèi)容(321)某類業(yè)務的分組數(shù)據(jù)包在負責該類業(yè)務的代理節(jié)點的虛擬拓撲上路由。在 每個虛擬拓撲中，本發(fā)明對于某條鏈路的流量狀態(tài)是以其鏈路利用率進行定量計算。在考 慮某條鏈路L的鏈路利用率時，要同時考慮其自身鏈路利用率以及它對下游節(jié)點的影響， 分析該鏈路的流量如何分布在與其所有的下游一跳節(jié)點之間鏈路上。因此，每個路由器計 算各虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率、即由各業(yè)務代理組成的虛擬拓撲網(wǎng)絡中的虛擬鏈路的利 用率，其計算方法如下先按照下述公式計算優(yōu)先級為k的業(yè)務流量在兩個路由器(b，e)之間虛擬鏈路上
的可用帶寬仏 Crn(b, e) = C(b, e)- Yj F}.(b, e)；即其數(shù)值是該條物理鏈路的
i = k + l
總帶寬減去該條鏈路上已被優(yōu)先級高于k的所有業(yè)務已占用的帶寬之差式中，自然數(shù)k是 優(yōu)先級序號，其中1是無服務質(zhì)量保障的最低優(yōu)先級的BE流；C(b，e)為兩個路由器(b，e) 之間物理鏈路的總帶寬，F(xiàn)i (b，e)為兩個路由器(b，e)之間物理鏈路上優(yōu)先級為i的業(yè)務 所占用的帶寬。因虛擬鏈路利用率為該類型業(yè)務實際已經(jīng)占用的帶寬和該類型業(yè)務可用帶寬的
ρ (Jj e)
比值:uk(b’e) 二 cJan^ 因此，對于優(yōu)先級最低的BE流，其可用帶寬為物理鏈路的實際 帶寬C (b，e)，它的虛擬鏈路利用率為所有優(yōu)先級的業(yè)務流量總和與該鏈路實際物理帶寬的比倌
權利要求
1.一種保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括發(fā)送和接收業(yè)務數(shù)據(jù)包的源端主 機和終端主機，以及承擔數(shù)據(jù)傳輸與轉發(fā)的邊緣路由器和核心路由器；其特征在于所述 系統(tǒng)中，源端主機，增設業(yè)務感知模塊和預標記模塊，前者用于對發(fā)送的業(yè)務數(shù)據(jù)包進行感知， 以供后者在網(wǎng)絡層封裝業(yè)務數(shù)據(jù)包時，根據(jù)感知信息將業(yè)務數(shù)據(jù)包預先標記為不同語義優(yōu) 先級后發(fā)送；邊緣路由器，增設接納控制器和一類或多類業(yè)務代理，前者用于將接收的業(yè)務數(shù)據(jù)包 的語義優(yōu)先級映射為網(wǎng)絡優(yōu)先級，并將不同網(wǎng)絡優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包分配到處理相應優(yōu)先級業(yè) 務的業(yè)務代理；后者種類取決于該系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡優(yōu)先級的等級數(shù)，每類業(yè)務代理負責處 理一類優(yōu)先級業(yè)務，且各個邊緣路由器與核心路由器中的同類業(yè)務代理相互連接而組成各 自的虛擬拓撲結構，每個虛擬拓撲結構設有各自獨立的路由表，以供不同網(wǎng)絡優(yōu)先級的業(yè) 務數(shù)據(jù)包分別在各自相應的虛擬拓撲結構中進行路由；轉發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)包的核心路由器只增 設一類或多類業(yè)務代理，其功能與邊緣路由器相同。
2.一種采用權利要求1所述的網(wǎng)絡系統(tǒng)保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的方法，其特征在 于源端主機按照應用層語義區(qū)分業(yè)務數(shù)據(jù)包的語義優(yōu)先級，并在網(wǎng)絡層封裝時進行相應 的預標記；當業(yè)務數(shù)據(jù)包到達區(qū)分服務Diffkrv網(wǎng)絡時，入口邊緣路由器根據(jù)設定策略將 每個數(shù)據(jù)包分組的預標記的語義優(yōu)先級映射為網(wǎng)絡優(yōu)先級，再根據(jù)其網(wǎng)絡優(yōu)先級選擇包括 對傳統(tǒng)盡力而為業(yè)務數(shù)據(jù)包執(zhí)行逐跳轉發(fā)和對有QoS保障的高優(yōu)先級業(yè)務數(shù)據(jù)包計算最 佳路由的不同路由策略邊緣路由器和核心路由器還分別收集業(yè)務數(shù)據(jù)包上下文信息，根 據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡優(yōu)先級和當前網(wǎng)絡資源選擇相應的業(yè)務代理和路由策略將其發(fā)送給 終端主機。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括下列操作步驟(1)源端主機運用跨層方法對發(fā)送的業(yè)務數(shù)據(jù)包區(qū)分其會話優(yōu)先級，并在網(wǎng)絡層封裝 時，分別預標記為相應的不同語義優(yōu)先級；(2)業(yè)務數(shù)據(jù)包到達Diffkrv網(wǎng)絡邊緣時，入口邊緣路由器根據(jù)預標記的語義優(yōu)先級 與其標記策略，重新映射為不同的網(wǎng)絡優(yōu)先級；(3)邊緣路由器的接納控制器根據(jù)當前的網(wǎng)絡資源，將不同網(wǎng)絡優(yōu)先級的業(yè)務數(shù)據(jù)包 分發(fā)到處理相應優(yōu)先級業(yè)務的業(yè)務代理構成的虛擬拓撲中，并由各路由器計算各個虛擬拓 撲中的每條虛擬鏈路的虛擬鏈路權值，用于選路計算；(4)邊緣路由器和核心路由器的各類業(yè)務代理按照其虛擬拓撲結構采取相應方式處理 與轉發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)包。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟(1)進一步包括以下操作內(nèi)容(11)源端主機分析業(yè)務數(shù)據(jù)包，區(qū)分該業(yè)務數(shù)據(jù)包中的各個分組的重要性和類型，根 據(jù)每個分組的類型、重要性、對業(yè)務QoS的貢獻和各個分組之間的依賴關系，將數(shù)據(jù)包每個 分組劃分為多個重要性順序遞減的不同語義優(yōu)先級；(12)在網(wǎng)絡層封裝業(yè)務數(shù)據(jù)包時，源端主機對每個分組的業(yè)務類別及其語義優(yōu)先級進 行預標記采用IP分組包頭中差分服務碼點DSCP字段中預留給類別選擇CS的逐跳行為 PHB的標記值標識業(yè)務類別，即用DSCP的前三位標識業(yè)務類別；后三位采用語義優(yōu)先級索 引PI值標識每個分組的語義優(yōu)先級，且該語義優(yōu)先級索引PI值的序號與語義優(yōu)先級的等級序號是一致的。
5.根據(jù)權利要求3所述的網(wǎng)絡路由方法，其特征在于所述步驟( 中，DiffServ網(wǎng)絡 的入口邊緣路由器根據(jù)映射關系與其標記策略，對源端主機為每個分組做的語義優(yōu)先級預 標記值進行重置；所述映射關系與其標記策略是每個語義優(yōu)先級都映射到唯一的一個網(wǎng) 絡優(yōu)先級，或者是多個相鄰級別的語義優(yōu)先級都映射為同一個網(wǎng)絡優(yōu)先級；且隨著語義優(yōu) 先級的級別遞增，其映射的網(wǎng)絡優(yōu)先級的級別、即網(wǎng)絡優(yōu)先級索引PI的數(shù)值是非遞減的。
6.根據(jù)權利要求3所述的路由方法，其特征在于所述步驟C3)包括以下操作內(nèi)容(31)邊緣路由器的接納控制器對接收的業(yè)務數(shù)據(jù)包進行感知，并收集包括數(shù)據(jù)包的 網(wǎng)絡優(yōu)先級、物理鏈路帶寬、虛擬鏈路可用帶寬、虛擬鏈路利用率和局部路徑信息的上下文 信息，所述局部路徑信息是設定優(yōu)先級的某個業(yè)務數(shù)據(jù)包順序傳輸經(jīng)過多個節(jié)點時，其中 某個節(jié)點的局部路徑信息是業(yè)務數(shù)據(jù)包在該節(jié)點后的各條下游虛擬鏈路上的流量，單位為 Mbps ；多業(yè)務網(wǎng)絡的局部路徑信息庫是由每個局部路徑的起點、終點及其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包業(yè) 務類別構成的三維數(shù)組，其中每個節(jié)點記錄的局部路徑信息用于計算該節(jié)點的上游虛擬鏈 路和下游虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率；(32)路由器先計算各虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率，然后根據(jù)結果計算得到用于選路的 各虛擬鏈路的虛擬鏈路權值。
7.根據(jù)權利要求5所述的路由方法，其特征在于所述步驟(32)包括以下操作內(nèi)容 (321)每個路由器計算各虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率、即由各業(yè)務代理組成的虛擬拓撲網(wǎng)絡中的虛擬鏈路的利用率，其計算方法如下先按照下述公式計算優(yōu)先級為k的業(yè)務流量在兩個路由器(b，e)之間虛擬鏈路上的可用帶寬Ca"(仏 Car\b, e) = C(b, e) - f^ FiQh e)；即其數(shù)值是該條物理鏈路的總帶ι = Α + 1寬減去該條鏈路上已被優(yōu)先級高于k的所有業(yè)務已占用的帶寬之差式中，自然數(shù)k是優(yōu)先 級序號，其中1是無服務質(zhì)量保障的最低優(yōu)先級的BE流；C(b，e)為兩個路由器(b，e)之間 物理鏈路的總帶寬，F(xiàn)jb，e)為兩個路由器(b，e)之間物理鏈路上優(yōu)先級為i的業(yè)務所占 用的帶寬；因虛擬鏈路利用率為該類型業(yè)務實際已經(jīng)占用的帶寬和該類型業(yè)務可用帶寬的比值^b, e) = fj^'f ；因此，對于優(yōu)先級最低的BE流，其可用帶寬為物理鏈路的實際帶寬 Ck {b, e)C(b，e)，它的虛擬鏈路利用率為所有優(yōu)先級的業(yè)務流量總和與該鏈路實際物理帶寬的比 估Σ F燦’ ^但-U (h Ps) - _·UB￡{b' Θ) - C{b, e)‘為了體現(xiàn)每條虛擬鏈路上的流量變化對其所有一跳下游虛擬鏈路和所有一跳上游虛 擬鏈路產(chǎn)生的影響，用下述方法確定每條虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率某類型業(yè)務的分組數(shù)據(jù)包在負責管理該類型業(yè)務的業(yè)務代理構成的虛擬拓撲上路由 時，用每條虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率表示該條虛擬鏈路上的流量大??；且為了找出上游 虛擬鏈路上的流量對下游虛擬鏈路的影響，還要考慮上游虛擬鏈路上的流量如何分布于其 下游虛擬鏈路；在計算與設置某條虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率時，將該虛擬鏈路上的流量分布在其所有一跳下游虛擬鏈路所占的虛擬鏈路利用率的累加和￡凡與該虛擬鏈路的當1前虛擬鏈路利用率A進行比較，選擇其中的較大值作為該虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率ηηη若Σρ ，則該虛擬鏈路的虛擬鏈路利用率為Σα ；若^uI，則該虛擬鏈路的虛ιιι擬鏈路利用率仍為其當前值Uy式中，Pi為該虛擬鏈路上的流量分布在其每個下游一跳虛 擬鏈路上所占的虛擬鏈路利用率，i是下游一跳虛擬鏈路的序號，其最大值為η ；(322)路由器計算虛擬鏈路的虛擬鏈路權值在對網(wǎng)絡優(yōu)先級為k的 業(yè)務進行路由的虛擬網(wǎng)絡拓撲中，采用下述具有M/M/1延遲的線性近似函 數(shù)公式計算兩個路由器(b，e)之間虛擬鏈路的虛擬鏈路權值Ok(b，e)Ok(b, e)=uk(b, e)3uk(b, e) - 2 / 3 IOu^b, e) - 16/3 70uk(b, e) - 178 / 3，uk{b, e) < 1 / 3 ,1/3 < uk(b, e) <2/3 ,2/3 < ukQ), e) < 9/10 ,9 / 10 < uk{b, e) < 1 ，1 < uk{b, e) <11/10以便利用計算得到的虛擬500 (6，e) - 1468 / 3 5000^ (Ζ , e) - 16318 / 3 ,11 / 10 < uk、b, e)鏈路權值Ok用于路由計算。
8.根據(jù)權利要求3所述的路由方法，其特征在于所述步驟(4)包括下述操作內(nèi)容對 于設定優(yōu)先級的業(yè)務，邊緣路由器端根據(jù)步驟C3)得到的權值進行路由計算，計算出一條 或多條最短路徑后，在轉發(fā)時，在該一條或多條最短路徑上按輪詢的調(diào)度方式選擇其中一 條路徑發(fā)送。
全文摘要
一種保障多類型業(yè)務服務質(zhì)量的網(wǎng)絡系統(tǒng)及方法，其中源端主機增設業(yè)務感知模塊和預標記模塊，用于感知發(fā)送的業(yè)務數(shù)據(jù)包，并在網(wǎng)絡層封裝時，根據(jù)感知信息將分組數(shù)據(jù)包預標記為不同語義優(yōu)先級后發(fā)送。邊緣路由器和核心路由器分別增設多類業(yè)務代理。邊緣路由器還增設接納控制器，用于將業(yè)務數(shù)據(jù)包的語義優(yōu)先級映射為網(wǎng)絡優(yōu)先級，并分配給相應的業(yè)務代理。所有路由器中的同類業(yè)務代理相互連接而組成虛擬拓撲，每個虛擬拓撲設有各自獨立的路由表，可供不同優(yōu)先級業(yè)務數(shù)據(jù)包分別在相應虛擬拓撲進行路由選擇。本發(fā)明保障高優(yōu)先級的業(yè)務路由，又盡量減小對低優(yōu)先級業(yè)務的影響；還提出設置鏈路權值方法，讓網(wǎng)絡流量更均勻地分配于各鏈路，提高吞吐率。
文檔編號H04L12/46GK102075444SQ20111004772
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權日2011年2月28日
發(fā)明者上官明喬, 王文東, 闕喜戎, 顏瑋, 龔向陽 申請人:北京郵電大學