專利名稱：一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法
—種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別涉及一種IP網(wǎng)QoS控制方法。
背景技術(shù)：
雖然IP網(wǎng)已經(jīng)提出許多保證QoS的方法和協(xié)議，但是這些方法和協(xié)議只對(duì)于一定范圍的網(wǎng)絡(luò)有效，而且網(wǎng)絡(luò)為此增加的成本較大，所以整體上說目前還沒有能夠很好地解決整個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)QoS的有效方法。主要問題是(I)IP網(wǎng)是一種無連接網(wǎng)絡(luò)，通信路徑不確定，如果建立QoS機(jī)制首要的任務(wù)是補(bǔ)充協(xié)議內(nèi)容使IP網(wǎng)有確定的通信路徑，使得可以預(yù)留資源。這種用“打補(bǔ)丁” 方法把IP網(wǎng)改變成一定意義上的有連接網(wǎng)絡(luò)，使得IP網(wǎng)變得同有連接的網(wǎng)絡(luò)(比如ATM)一樣復(fù)雜；(2)目前的QoS方法的復(fù)雜性與數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)成正比，在高速的網(wǎng)絡(luò)干線問題復(fù)雜得很難實(shí)現(xiàn)，在實(shí)踐中寧愿用超量帶寬提供，保持網(wǎng)絡(luò)輕載運(yùn)行來解決問題?？傊p載運(yùn)行的IP網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率低，重載條件下支持QoS的IP網(wǎng)被復(fù)雜化，而且需要針對(duì)每個(gè)流進(jìn)行逐點(diǎn)控制，成本過高不現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種有效的IP網(wǎng)QoS控制機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)QoS，有了這種QoS控制機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)可以重負(fù)載地同時(shí)保證QoS地工作，大大提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，而且這一 QoS機(jī)制的實(shí)現(xiàn)成本較低。IP網(wǎng)是一種無連接網(wǎng)絡(luò)，通信路徑不確定，但是同一數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包在一定時(shí)間段內(nèi)實(shí)際上是具體的、確定的，尤其是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬?duì)穩(wěn)定情況下，雖然用戶無法知道占用了哪條路經(jīng)，但是同一數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包實(shí)際上沿某個(gè)確定路徑行進(jìn)，這條暫時(shí)的實(shí)際上的通信路徑稱為既成路徑。換句話說，既成路徑是用戶無法知道，但是數(shù)據(jù)包實(shí)際經(jīng)過的、客觀存在的IP網(wǎng)中的通信路徑。本發(fā)明給出一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，在IP網(wǎng)的既成路徑上帶寬資源緊缺的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象配備資源預(yù)留軟狀態(tài)及其維持設(shè)施，形成帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，用一種信令探測(cè)方法在每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)進(jìn)行資源預(yù)留和接納控制，而且資源預(yù)留和接納控制針對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象進(jìn)行，使資源預(yù)留和接納控制機(jī)制的復(fù)雜性與承載的數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)無關(guān)?！N既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，所述資源預(yù)留軟狀態(tài)就是一個(gè)帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量，所述帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量利用端到端發(fā)送的帶寬保持包觸發(fā)維持，所述維持設(shè)施的具體方法步驟如下數(shù)據(jù)流的源點(diǎn)根據(jù)申請(qǐng)的帶寬按比例不斷發(fā)出帶寬保持包，帶寬保持包將沿用戶數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)傳送路徑即既成路徑傳送，向既成路徑上的所有帶寬資源預(yù)留點(diǎn)不斷聲明該帶寬保持包關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流的預(yù)留帶寬，帶寬資源預(yù)留點(diǎn)用累加衰減的方法估計(jì)通過該帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的當(dāng)前的總預(yù)留帶寬。一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，在端系統(tǒng)增加有連接維持模塊，維持本端系統(tǒng)到有通信關(guān)系的其他端系統(tǒng)的虛擬通信連接列表，當(dāng)本端系統(tǒng)請(qǐng)求一個(gè)新的數(shù)據(jù)流通信服務(wù)時(shí)，連接維持模塊首先發(fā)出帶寬探測(cè)信令，探測(cè)有無足夠帶寬資源可用，帶寬探測(cè)信令作為一個(gè)IP包用IP路由方法向目的地路由傳送，途經(jīng)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)時(shí)會(huì)檢查其帶寬申請(qǐng)大小，根據(jù)剩余帶寬決定是否接納該數(shù)據(jù)流；如果途經(jīng)的所有帶寬資源預(yù)留點(diǎn)全部接納該申請(qǐng)，則虛擬通信連接成功建立，否則通知用戶該申請(qǐng)失敗，拒絕申請(qǐng)的通信服務(wù)；一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，經(jīng)過安全認(rèn)證過程網(wǎng)絡(luò)確信所述連接維持模塊是一個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的模塊，值得信任，它代表網(wǎng)絡(luò)對(duì)所屬端系統(tǒng)的各種行為進(jìn)行控制和審計(jì)，確保每個(gè)數(shù)據(jù)流建立是合法的，確保每個(gè)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)流不超過申請(qǐng)的帶寬即實(shí)現(xiàn)流量整形，確保每個(gè)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)流按比例發(fā)出帶寬保持包。一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，如果安全認(rèn)證被攻破，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)違規(guī)數(shù)據(jù)流，還有另外一種QoS監(jiān)督機(jī)制去發(fā)現(xiàn)攻破的違規(guī)者，、具體方法是在端系統(tǒng)所連接的網(wǎng)絡(luò)端口處增加擁塞監(jiān)督設(shè)施，當(dāng)違規(guī)數(shù)據(jù)流在其既成路徑上產(chǎn)生擁塞時(shí)，擁塞監(jiān)督設(shè)施會(huì)收到報(bào)告丟包的ICMP包，用丟包的多少和大小來衡量所述端系統(tǒng)違規(guī)的程度，違規(guī)程度高的前若干名被通知施以處罰，達(dá)到處罰違規(guī)者的目的，只要對(duì)所述端系統(tǒng)處罰的力度足夠，就可以迫使其遵守QoS秩序，即不超過申請(qǐng)到的帶寬，而且按比例發(fā)出帶寬保持包。一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)Q0S控制方法，其特征在于，引入競(jìng)價(jià)計(jì)費(fèi)方法，帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的收費(fèi)費(fèi)率是帶寬資源緊張程度的函數(shù)，資源越緊張費(fèi)率越高，以此調(diào)節(jié)一部分用戶主動(dòng)暫時(shí)放棄通信請(qǐng)求。所述網(wǎng)絡(luò)對(duì)象可以是節(jié)點(diǎn)的輸入端口、節(jié)點(diǎn)的輸出端口、節(jié)點(diǎn)的輸入輸出端口之間的繩路、節(jié)點(diǎn)本身或若干節(jié)點(diǎn)組成的子網(wǎng)等。在IP網(wǎng)的既成路徑上帶寬資源緊缺的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象配備資源預(yù)留軟狀態(tài)，帶寬資源不緊缺的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象不用配備資源預(yù)留軟狀態(tài)，這樣可以節(jié)省成本。本QoS控制方法用一種信令探測(cè)方法進(jìn)行資源預(yù)留和接納控制，不修改IP網(wǎng)的無連接特性即可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的QoS機(jī)制，根本上解決了 IP網(wǎng)QoS機(jī)制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的問題。另一方，引入競(jìng)價(jià)計(jì)費(fèi)方法，加大通過資源緊張點(diǎn)的通信費(fèi)用，調(diào)節(jié)一部分用戶在資源緊張時(shí)放棄通信請(qǐng)求，進(jìn)一步在整體上改進(jìn)了用戶的QoS體驗(yàn)。本QoS控制方法中有三種功能模塊網(wǎng)絡(luò)中的帶寬資源預(yù)留點(diǎn)、端系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)出口配備連接維持模塊，和端系統(tǒng)所連接的網(wǎng)絡(luò)端口處的擁塞監(jiān)督設(shè)施，前兩種功能模塊相互配合實(shí)現(xiàn)資源預(yù)留、接納控制，并且確保每個(gè)數(shù)據(jù)流建立是合法的，確保每個(gè)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)流不超過申請(qǐng)的帶寬即實(shí)現(xiàn)流量整形，確保每個(gè)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)流按比例發(fā)出帶寬保持包。以上“確?！钡那疤崾撬鲞B接維持模塊完全可信，通過設(shè)計(jì)可靠的安全認(rèn)證機(jī)制，所述連接維持模塊必須通過安全認(rèn)證，否則網(wǎng)絡(luò)端口拒絕保證QoS的數(shù)據(jù)包通過，只能允許盡力而為的數(shù)據(jù)包通過。任何安全認(rèn)證機(jī)制原理上都可能突破是，為此設(shè)計(jì)了第三種功能模塊即所述擁塞監(jiān)督設(shè)施，一旦安全認(rèn)證機(jī)制被突破，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)擁塞，擁塞監(jiān)督設(shè)施可以在概率意義上發(fā)現(xiàn)違規(guī)者，施以足夠處罰，維持正常的QoS秩序。如果連接維持模塊的絕對(duì)可信，對(duì)端的擁塞監(jiān)督設(shè)施可以不要。維持關(guān)于每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)，目的是為了能夠判斷是否接納新的數(shù)據(jù)流通過該帶寬資源預(yù)留點(diǎn)。當(dāng)有端系統(tǒng)經(jīng)過帶寬資源預(yù)留點(diǎn)申請(qǐng)一定帶寬的保證QoS的通信服務(wù)時(shí)，帶寬資源預(yù)留點(diǎn)依據(jù)本地的帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)所指示的帶寬資源剩余量確定接納或拒絕該申請(qǐng)。在網(wǎng)絡(luò)的所 有端系統(tǒng)自覺限制自己的每個(gè)數(shù)據(jù)流不超過申請(qǐng)而且被接納的帶寬情況下，即可完全維持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的QoS秩序。所謂“自覺限制”不是簡(jiǎn)單的相信，是基于安全認(rèn)證的可信的“自覺限制”。所述帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)，最簡(jiǎn)單情況是帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量，復(fù)雜情況包括(1)多個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)別的帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量組成的數(shù)組，(2)還包括資源預(yù)留的以往統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，依靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定計(jì)劃分配出去帶寬比例。以單個(gè)帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量為例說明軟狀態(tài)維持設(shè)施的原理。每個(gè)虛擬通信連接關(guān)聯(lián)的程序線程將負(fù)責(zé)發(fā)送用戶數(shù)據(jù)(從網(wǎng)絡(luò)角度看，該程序線程扮演數(shù)據(jù)源點(diǎn)角色)，而且發(fā)送速率限制在申請(qǐng)的帶寬以下，并按規(guī)定比例發(fā)送帶寬保持包。注意帶寬保持包按申請(qǐng)的總預(yù)留帶寬的比例發(fā)送，而不是按實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)的比例，即使沒有發(fā)送用戶數(shù)據(jù)也必須不斷發(fā)送帶寬保持包，以便路徑上的帶寬資源預(yù)留點(diǎn)能夠不斷維護(hù)保持資源預(yù)留軟狀態(tài)。當(dāng)用戶關(guān)閉數(shù)據(jù)流通信服務(wù)時(shí)，通知虛擬通信連接撤銷對(duì)應(yīng)的帶寬預(yù)留部分，虛擬通信連接將按新的帶寬預(yù)留量按比例發(fā)出帶寬保持包。數(shù)據(jù)源點(diǎn)非正常撤離，比如端系統(tǒng)斷電是必需考慮的情況，本QoS控制方法可以應(yīng)對(duì)這種情況。如果端系統(tǒng)斷電，虛擬通信連接不存在，就不再發(fā)出與之對(duì)應(yīng)帶寬保持包，數(shù)據(jù)路徑上的所有帶寬資源預(yù)留點(diǎn)經(jīng)過一定時(shí)間將自動(dòng)衰減撤銷該虛擬通信連接對(duì)應(yīng)的帶寬預(yù)留部分，所以不會(huì)發(fā)生帶寬資源泄漏問題，即不會(huì)發(fā)生永遠(yuǎn)沒有使用者的資源預(yù)留，不會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)資源的情況。本QoS控制方法可以做到，帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的資源不會(huì)出現(xiàn)無序競(jìng)爭(zhēng)情況，所以如果所有的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象都是帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就沒有一處無序競(jìng)爭(zhēng)的情況，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的QoS可以保證。實(shí)際中帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的部署可以大大簡(jiǎn)化，原因是通過各個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的數(shù)據(jù)流相互關(guān)聯(lián)，如果把網(wǎng)絡(luò)對(duì)象分成A和B組，這樣的情況可能出現(xiàn)，只要A組沒有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象出現(xiàn)過載則B組的所有網(wǎng)絡(luò)對(duì)象就不會(huì)出現(xiàn)過載，這樣只要配置A組的所有網(wǎng)絡(luò)對(duì)象全部為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，就可以保證網(wǎng)絡(luò)不出現(xiàn)擁塞。比如，如果已知出現(xiàn)帶寬資源緊缺的所有網(wǎng)絡(luò)對(duì)象，其他網(wǎng)絡(luò)對(duì)象從來不出現(xiàn)帶寬資源緊缺情況，那么只把出現(xiàn)帶寬資源緊缺的所有網(wǎng)絡(luò)對(duì)象作為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)即可，不需要全部節(jié)點(diǎn)都成為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，就可以完全保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的QoS。所謂帶寬資源緊缺是指網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的帶寬資源剩余率較低的狀態(tài)。引入的競(jìng)價(jià)計(jì)費(fèi)方法的原理如下。每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)根據(jù)帶寬占用率在基礎(chǔ)通信服務(wù)費(fèi)率基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整，輕載時(shí)費(fèi)率低，資源緊張時(shí)費(fèi)率高，每個(gè)數(shù)據(jù)流總的費(fèi)率是通過的各個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)費(fèi)率的和值，建立通信連接時(shí)用戶被提示當(dāng)前的費(fèi)率，用戶可以根據(jù)自己愿意承擔(dān)的費(fèi)率選擇繼續(xù)或放棄建立通信連接。當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)時(shí)的當(dāng)前費(fèi)率隨時(shí)停止通信，這樣在通信資源緊張時(shí)有一部分不愿意承擔(dān)高費(fèi)率的用戶主動(dòng)暫時(shí)放棄通信服務(wù)，可以提高愿意承擔(dān)高費(fèi)率的用戶申請(qǐng)通信成功的概率，既增加了運(yùn)營(yíng)商的收益，又在整體上提高了服務(wù)用戶的水平。關(guān)于路徑發(fā)生變化。本專利假設(shè)既成路徑在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化，但是如果發(fā)生變化會(huì)造成什么后果？又如何應(yīng)對(duì)？設(shè)兩個(gè)端系統(tǒng)A和B可以經(jīng)過X和Y兩條通信路徑建立通信,設(shè)A和B首先占用路徑X進(jìn)行通信，在X上分配需要的資源比如IMbps帶寬，突然由于某種原因X斷開，IP網(wǎng)會(huì)自動(dòng)迂回到Y(jié)，結(jié)果在沒有資源預(yù)留情況下Y增加IMbps帶寬，如果Y剛好處于幾乎滿負(fù)載條件就發(fā)生過載情況，將出現(xiàn)擁塞！解決辦法是，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障率確定每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)可能承載的迂回帶寬(以某一要求的概率P承載)，使每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)限制分配最大帶寬加上迂回帶寬小于物理帶寬，即Bmax+Bby < Bph 其中Bby是可能承載的迂回帶寬；Bmax是帶寬資源預(yù)留點(diǎn)可以分配的最大總帶寬，如果當(dāng)前實(shí)際預(yù)留帶寬超過Bmax就拒絕分配帶寬；Bph是物理帶寬，當(dāng)前實(shí)際預(yù)留帶寬小于Bph可以保證不產(chǎn)生擁塞。只要(Bmax+Bby < Bph)成立,那么在任何迂回發(fā)生時(shí),使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生過載的情況概率保證小于所述要求的概率P。比如所述要求的概率是P，路徑Y(jié)上的其中一個(gè)帶寬資 源預(yù)留點(diǎn)I的帶寬是100Mbps，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)故障率情況計(jì)算出以概率p迂回到y(tǒng)的迂回帶寬為Bby = IOMbps,那么y正常接納的總帶寬限制在Bmax = 90Mbps以下,只要滿足以上條件，I出現(xiàn)擁塞的概率就小于P，路徑Y(jié)出現(xiàn)擁塞的概率約為pN(當(dāng)p很小時(shí))，N是路徑Y(jié)上的帶寬資源預(yù)留點(diǎn)個(gè)數(shù)。對(duì)于多個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)情況，每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)把總的可分配帶寬分配個(gè)每個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)別，帶寬探測(cè)信令包和帶寬保持包中增加表示數(shù)據(jù)級(jí)別的字段，當(dāng)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)收到帶寬探測(cè)信令包和帶寬保持包時(shí)按數(shù)據(jù)級(jí)別分類，針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)別獨(dú)立應(yīng)用以上QoS控制方法，每個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)別即可相互隔離地各自實(shí)現(xiàn)以上QoS機(jī)制。對(duì)于多個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)情況，每個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)別有一個(gè)帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量，每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的多個(gè)軟狀態(tài)變量組成一個(gè)數(shù)組，正是帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)的另一種較為復(fù)雜的情況。本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果是采用本方法使得網(wǎng)絡(luò)可以承諾絕對(duì)QoS，有了這種QoS控制機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)可以重負(fù)載地同時(shí)保證QoS地工作，大大提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，而且這一 QoS機(jī)制的實(shí)現(xiàn)成本較低。其中QoS機(jī)制的實(shí)現(xiàn)成本較低，主要原因是資源預(yù)留只針對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象，不是針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流；流量整形只在數(shù)據(jù)源點(diǎn)進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備一般不做流量整形。


圖I 一個(gè)IP網(wǎng)示例，節(jié)點(diǎn)端口為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)。圖2端系統(tǒng)的連接維持模塊。圖3有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)示例。圖4子網(wǎng)端口為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)示例。圖5部分子網(wǎng)端口為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)示例。
圖6有QoS監(jiān)督機(jī)制的IP網(wǎng)絡(luò)
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，端口為資源預(yù)留對(duì)象圖I是一個(gè)IP網(wǎng)示例，其中空心圓圈代表IP路由器，標(biāo)有字母的方框代表端系統(tǒng)，小黑點(diǎn)代表帶寬資源預(yù)留點(diǎn)。本實(shí)施例假設(shè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的交換無阻塞，則只要節(jié)點(diǎn)的所有輸入和輸出端口配置為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)即可，這是實(shí)際中比較典型的情況。為了建立QoS機(jī)制，每個(gè)IP路由器的每個(gè)端口(輸入或輸出端口)和每個(gè)端系統(tǒng)的每個(gè)端口都配置兩個(gè)帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量，記為R ;另外，每個(gè)端系統(tǒng)增加一個(gè)連接維持模塊，如圖2所示，連接維持模塊是插在TCP/IP驅(qū)動(dòng)模塊和端系統(tǒng)端口之間的程序模塊，包括四種主要對(duì)象TCPSock、UDPSock、Connection、OPort 和 IPort,其中 Connection 稱為虛擬通 信連接，多個(gè)Connection組成虛擬通信連接列表List。四種對(duì)象的關(guān)系是每個(gè)TCPSock或UDPSock 一定而且只綁定一個(gè)Connection,多個(gè)TCPSock和多個(gè)UDPSock可以綁定同一個(gè)Connection,條件是綁定同一個(gè)Connection的所有TCPSock和UDPSock必須是到達(dá)同一臺(tái)端系統(tǒng)，而且數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)等屬性相同(Connection的概念與MPLS網(wǎng)絡(luò)的FEC定義相同)。OPort是輸出端口，由內(nèi)部路由模塊具體選擇數(shù)據(jù)包經(jīng)過的輸出端口。另外還有若干IPort，通常與OPort的數(shù)量相同且成對(duì)出現(xiàn)，但也可以不同，IPort根據(jù)數(shù)據(jù)包的套接字端口號(hào)和協(xié)議字段提交數(shù)據(jù)包給TCPSock或UDPSock。連接維持模塊維持虛擬通信連接列表List，其格式如下List SourcelP，Connection(I)，Connection(2)，…，Connection (N)；Connection (i) DestIP (i) , Ro ( i) , Priority (i) , De IayMax (i ),timeVisited(i)；以上兩行的格式是A:B,表示A由組成B,比如A = List, B就是上面“List : ”之后同一行的所有內(nèi)容。其中Connection (i), i = 1,2, -“,N,是虛擬通信連接Connection,DestIP (i)、Ro (i)、Priority (i)、DelayMax (i)、timeVisited (i)分別是第 i 個(gè)虛擬通信連接的目的IP地址、輸出預(yù)留帶寬、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)、連接的端到端最大時(shí)延、最近被訪問時(shí)間。注意，每個(gè)Connection關(guān)聯(lián)的輸出預(yù)留帶寬Ro (i)和每個(gè)輸出端口關(guān)聯(lián)的軟狀態(tài)變量Ro不同，經(jīng)過一個(gè)端口輸出數(shù)據(jù)流的所有Connection的Ro (i)之和等于這個(gè)端口的Ro。開始端系統(tǒng)List為空表，當(dāng)本地端系統(tǒng)第一次請(qǐng)求與目的地址為DestIP (I)的端系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，倉(cāng)Il建Connection(I),以后進(jìn)一步創(chuàng)建其它Connection。當(dāng)List的成員數(shù)量超出最大值時(shí)，依據(jù)timeVisited(i)刪除長(zhǎng)期不用最舊的Connection,騰出空間。每個(gè)Connection的建立、運(yùn)行使用和結(jié)束的過程如下。(I)Connection的建立應(yīng)用程序請(qǐng)求創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)套接字接口(Socket),目的端是DestIP,請(qǐng)求的速率是Bandwith,數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)為Priority,最大時(shí)延是DelayMax。Socket進(jìn)而觸發(fā)連接維持模塊建立或更新Connection。為此首先檢查連接維持模塊的List是否有DestIP有關(guān)的符合數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)等要求的Connection,無則創(chuàng)建新Connection,初始設(shè)定其 Ro(i) = 0,其它變量 timeVisited(i)=當(dāng)前時(shí)間，Priority(i) = Priority 和DelayMax (i) = DelayMax按要求設(shè)定。在Connection存在條件下發(fā)出帶寬探測(cè)信令,探測(cè)并擴(kuò)展已有Connection的帶寬,如果擴(kuò)展成功則Socket創(chuàng)建成功,Ro (i)增加請(qǐng)求的帶寬Bandwith,可以開始通信,不成功則通知Socket驅(qū)動(dòng)程序,拒絕通信。帶寬探測(cè)信令主要包括信息Bandwith、Priority和DelayMax,意義類似上述定義，即Bandwith是申請(qǐng)帶寬，Priority為申請(qǐng)的數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)，DelayMax是申請(qǐng)?jiān)试S的最大時(shí)延。(2) Connection的運(yùn)行使用為每個(gè)Connection (i)服務(wù)的程序線程將負(fù)責(zé)發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，而且發(fā)送速率限制在申請(qǐng)的帶寬Ro(i)以下，并按規(guī)定比例發(fā)送帶寬保持包。注意帶寬保持包按申請(qǐng)的預(yù)留帶寬Ro(i)的比例發(fā)送，而不是實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)的比例，即使Connection沒有發(fā)送用戶數(shù)據(jù)也必須不斷發(fā)送帶寬保持包，提供一定維持帶寬的貢獻(xiàn)值，以便使得路徑上的帶寬資源預(yù)留點(diǎn)能夠不斷維護(hù)保持資源預(yù)留軟狀態(tài)。帶寬保持包是源端定時(shí)發(fā)出的信令，主要包括信息Bandwith和S，分別代表帶寬和費(fèi)率累計(jì)值，Bandwith和單位時(shí)間內(nèi)帶寬保持包的多少?zèng)Q定所述貢獻(xiàn)值，S用于計(jì)費(fèi)結(jié)笪
o(3) Connection的結(jié)束只有利用Connection通信的最后一個(gè)Socket關(guān)閉(即最后一個(gè) TCPSock 或 UDPSock 關(guān)閉)，Connection 才被置為“不活動(dòng)” (timeVisited = -I)，最后一個(gè)之前的Socket關(guān)閉只觸發(fā)Connection線程發(fā)出帶寬撤銷信令，數(shù)據(jù)路徑上的帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的R(R代表Ri或Ro，對(duì)于輸入端口為Ri，對(duì)于輸出端口為Ro)，以及兩端的Connection (i)的 Ro(i)均減去 Bandwith。每個(gè)端口的軟狀態(tài)變量R按照時(shí)間長(zhǎng)度為T的節(jié)拍進(jìn)行更新，一方面累加帶寬保持包的貢獻(xiàn)值，另一方面，自動(dòng)衰減。第(n+1)節(jié)拍的帶寬預(yù)留資源值R(n+1)的計(jì)算公式如下R(n+1)=入 R(n) + (1-入)A(I)其中R(n)是前一節(jié)拍的值，A G (0,1)是控制算法平均范圍大小的參數(shù)，A是當(dāng)前節(jié)拍內(nèi)所有帶寬保持包的貢獻(xiàn)值的總和。式(I)表達(dá)的帶寬預(yù)留狀態(tài)變量的估計(jì)方法稱為累加衰減的方法，Ri和Ro均用累加衰減的方法估計(jì)計(jì)算。實(shí)施例2，節(jié)點(diǎn)為資源預(yù)留對(duì)象除了端口外，節(jié)點(diǎn)可以作為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)。如，一個(gè)IOOM局域網(wǎng)加上每個(gè)端系統(tǒng)的IP驅(qū)動(dòng)程序可以看成邏輯上的一個(gè)等效IP路由器，這個(gè)等效IP路由器的特征是每個(gè)輸出端口最大帶寬是100Mbps，整個(gè)等效IP路由器所有輸出端口帶寬之和的最大值也是100Mbps，所以只要限制總帶寬為100Mbps就可以滿足所有要求，總帶寬不屬于任何端口，它屬于整個(gè)等效IP路由器。如圖3所示，實(shí)施例2如實(shí)施例1，但是IP路由器E和F整體作為一個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，而不是每個(gè)輸入和輸出端口，E和F各自只配備一個(gè)配置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，各自只有一個(gè)帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量R，代表穿過IP路由器數(shù)據(jù)流要求預(yù)留的帶寬之和；除了器E和F把節(jié)點(diǎn)作為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)之外，其它方面同實(shí)施例1，不再贅述。節(jié)點(diǎn)可以作為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)只有一個(gè)軟狀態(tài)變量R，R用累加衰減的方法估計(jì)計(jì)算。實(shí)施例3，子網(wǎng)端口為資源預(yù)留對(duì)象實(shí)施例3如實(shí)施例1，但是以每個(gè)IP子網(wǎng)端口為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)。為了建立QoS機(jī)制首先把整個(gè)IP網(wǎng)劃分成若干個(gè)子網(wǎng)，如圖4所示是三個(gè)子網(wǎng)的例子，包括IP子網(wǎng)I、、IP子網(wǎng)2和IP子網(wǎng)3，每個(gè)子網(wǎng)的對(duì)外端口配置一個(gè)邊界設(shè)備(實(shí)心圓點(diǎn))。如果把實(shí)施例3的每個(gè)子網(wǎng)看作實(shí)施例I的IP路由器，而子網(wǎng)的端口看作IP路由器端口配置成帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，則實(shí)施例3的原理與實(shí)施例I的原理相同，所以不再贅述。實(shí)施例4，子網(wǎng)部分端口為資源預(yù)留對(duì)象如圖5所示，端系統(tǒng)A、B和C連接網(wǎng)絡(luò)的鏈路兩端的流量一定相同，所以只要有一端進(jìn)行資源預(yù)留即可，可以省掉其中一端的相應(yīng)設(shè)施，圖中省掉網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的設(shè)施。鏈路X和Y的情況類似，省掉鏈路一側(cè)的設(shè)施。另一種情況是如果鏈路Z的帶寬足夠大比如10G，網(wǎng)絡(luò)的所有可能流量之和不會(huì)超過這個(gè)帶寬，那么該鏈路兩端端口不用配置為帶寬資源預(yù)留點(diǎn)。這樣只有部分子網(wǎng)端口有帶寬資源預(yù)留設(shè)施，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。實(shí)施例4意味著網(wǎng)絡(luò)中只有零散的部分端口是帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，它們不一定圍成一個(gè)個(gè)子網(wǎng)。換句話說，只要把網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源緊缺的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象配置帶寬資源預(yù)留設(shè)施，這些網(wǎng)絡(luò)對(duì)象就不會(huì)出現(xiàn)擁塞，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)出現(xiàn)擁塞，就可以達(dá)到保證QoS的目的。 實(shí)施例5，有QoS監(jiān)督機(jī)制的IP網(wǎng)絡(luò)在端系統(tǒng)所連接的網(wǎng)絡(luò)端口處增加擁塞監(jiān)督設(shè)施，如圖6所示的小方實(shí)心點(diǎn)所示，擁塞監(jiān)督設(shè)施就是一定數(shù)量的統(tǒng)計(jì)變量及其統(tǒng)計(jì)方法，當(dāng)擁塞監(jiān)督設(shè)施收到源抑制ICMP包(類型4)時(shí)，統(tǒng)計(jì)丟包的個(gè)數(shù)和大小來衡量所述端系統(tǒng)違規(guī)的程度，在一定時(shí)間長(zhǎng)度的考評(píng)期內(nèi)(比如一個(gè)月)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有端系統(tǒng)中違規(guī)程度較高的前若干名被通知施以處罰，如果擁有被處罰端系統(tǒng)的用戶接受處罰，則處罰了事，如果用戶不接受處罰，則不處罰，不處罰情況下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擁有者可以選擇用專門設(shè)備完全監(jiān)控該用戶，獲得證據(jù)以確認(rèn)該用戶是否違規(guī)，確認(rèn)違規(guī)則降低該用戶的信譽(yù)級(jí)別，必要時(shí)禁止該用戶使用網(wǎng)絡(luò)，或提高其使用費(fèi)率，得到足夠合理處罰，使用戶感受到違規(guī)得不償失。實(shí)施例6，競(jìng)價(jià)計(jì)費(fèi)方式首先設(shè)計(jì)一種帶寬占用計(jì)費(fèi)方法，本計(jì)費(fèi)方法基本積數(shù)和金額兩步計(jì)算。設(shè)獲取數(shù)據(jù)的端系統(tǒng)支付通信費(fèi)，計(jì)算公式如下Sf = k*SS = Ss (i)s (i) = f [B (i), t]其中Sf——通信費(fèi)；k——用戶費(fèi)率；S——通信路徑的基本積數(shù)；s(i)---通信路徑上第i個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的基本積數(shù)；E s(i)一一通信路徑上所有帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的基本積數(shù)之和；B(i)一一通信路徑上第i個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的當(dāng)前資源預(yù)留值；t----時(shí)間變量；f[b, t]――二元函數(shù)，代表了時(shí)刻t和當(dāng)前預(yù)留帶寬決定的基本積數(shù)，比如白天基本積數(shù)高和晚上基本積數(shù)低，當(dāng)前預(yù)留帶寬接近最大帶寬時(shí)基本積數(shù)高。通信路徑的基本積數(shù)S積累記錄在帶寬保持包中，目的端得到后進(jìn)一步累計(jì)記錄，一定時(shí)間內(nèi)(比如一個(gè)月內(nèi))的累計(jì)值乘以用戶費(fèi)率即可計(jì)算用戶應(yīng)繳通信服務(wù)費(fèi)。
本實(shí)施例根據(jù)當(dāng)前預(yù)留帶寬調(diào)節(jié)積數(shù)s (i)，比如當(dāng)帶寬資源緊張時(shí)提高積數(shù)值，增大計(jì)費(fèi)費(fèi)率，引入一定程度的“市場(chǎng)行為”，使得愿意付高價(jià)的用戶能得到更好的服務(wù)。以下是計(jì)算積數(shù)值s的方法之一，即函數(shù)f [b，t]的具體例子之一

權(quán)利要求
1.一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，在IP網(wǎng)的既成路徑上帶寬資源緊缺的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象配備資源預(yù)留軟狀態(tài)及其維持設(shè)施，形成帶寬資源預(yù)留點(diǎn)，用一種信令探測(cè)方法在每個(gè)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)進(jìn)行資源預(yù)留和接納控制，而且資源預(yù)留和接納控制針對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象進(jìn)行，使資源預(yù)留和接納控制機(jī)制的復(fù)雜性與承載的數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)無關(guān)。
2.如權(quán)利要求I所述一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，所述資源預(yù)留軟狀態(tài)就是一個(gè)帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量，所述帶寬資源預(yù)留軟狀態(tài)變量利用端到端發(fā)送的帶寬保持包觸發(fā)維持，所述維持設(shè)施的具體方法步驟如下數(shù)據(jù)流的源點(diǎn)根據(jù)申請(qǐng)的帶寬按比例不斷發(fā)出帶寬保持包，帶寬保持包將沿用戶數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)傳送路徑即既成路徑傳送，向既成路徑上的所有帶寬資源預(yù)留點(diǎn)不斷聲明該帶寬保持包關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流的預(yù)留帶寬，帶寬資源預(yù)留點(diǎn)用累加衰減的方法估計(jì)通過該帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的當(dāng)前的總預(yù)留帶寬。
3.如權(quán)利要求I所述一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，在端系統(tǒng)增加有連接維持模塊，維持本端系統(tǒng)到有通信關(guān)系的其他端系統(tǒng)的虛擬通信連接列表，當(dāng)本端系統(tǒng)請(qǐng)求一個(gè)新的數(shù)據(jù)流通信服務(wù)時(shí)，連接維持模塊首先發(fā)出帶寬探測(cè)信令，探測(cè)有無足夠帶寬資源可用，帶寬探測(cè)信令作為一個(gè)IP包用IP路由方法向目的地路由傳送，途經(jīng)帶寬資源預(yù)留點(diǎn)時(shí)會(huì)檢查其帶寬申請(qǐng)大小，根據(jù)剩余帶寬決定是否接納該數(shù)據(jù)流；如果途經(jīng)的所有帶寬資源預(yù)留點(diǎn)全部接納該申請(qǐng)，則虛擬通信連接成功建立，否則通知用戶該申請(qǐng)失敗，拒絕申請(qǐng)的通信服務(wù)；
4.如權(quán)利要求3所述一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，經(jīng)過安全認(rèn)證過程網(wǎng)絡(luò)確信所述連接維持模塊是一個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的模塊，值得信任，它代表網(wǎng)絡(luò)對(duì)所屬端系統(tǒng)的各種行為進(jìn)行控制和審計(jì)，確保每個(gè)數(shù)據(jù)流建立是合法的，確保每個(gè)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)流不超過申請(qǐng)的帶寬即實(shí)現(xiàn)流量整形，確保每個(gè)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)流按比例發(fā)出帶寬保持包。
5.如權(quán)利要求4所述一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，如果安全認(rèn)證被攻破，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)違規(guī)數(shù)據(jù)流，還有另外一種QoS監(jiān)督機(jī)制去發(fā)現(xiàn)攻破的違規(guī)者，具體方法是在端系統(tǒng)所連接的網(wǎng)絡(luò)端口處增加擁塞監(jiān)督設(shè)施，當(dāng)違規(guī)數(shù)據(jù)流在其既成路徑上產(chǎn)生擁塞時(shí)，擁塞監(jiān)督設(shè)施會(huì)收到報(bào)告丟包的ICMP包，用丟包的多少和大小來衡量所述端系統(tǒng)違規(guī)的程度，違規(guī)程度高的前若干名被通知施以處罰，達(dá)到處罰違規(guī)者的目的，只要對(duì)所述端系統(tǒng)處罰的力度足夠，就可以迫使其遵守QoS秩序，即不超過申請(qǐng)到的帶寬，而且按比例發(fā)出帶寬保持包。
6.如權(quán)利要求I所述一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，其特征在于，引入競(jìng)價(jià)計(jì)費(fèi)方法，帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的收費(fèi)費(fèi)率是帶寬資源緊張程度的函數(shù)，資源越緊張費(fèi)率越高，以此調(diào)節(jié)一部分用戶主動(dòng)暫時(shí)放棄通信請(qǐng)求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種既成路徑上設(shè)置帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的IP網(wǎng)QoS控制方法，屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，可以在相對(duì)重負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)絕對(duì)QoS，大大提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，而且QoS機(jī)制的實(shí)現(xiàn)成本低。具體方法是在IP網(wǎng)的既成路徑上帶寬資源緊缺的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象配備資源預(yù)留軟狀態(tài)及其維持設(shè)施，形成帶寬資源預(yù)留點(diǎn)(比如子網(wǎng)的邊界設(shè)備)，用一種信令探測(cè)方法進(jìn)行資源預(yù)留和接納控制，而且資源預(yù)留和接納控制針對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象進(jìn)行，資源預(yù)留和接納控制機(jī)制的復(fù)雜性與承載的數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)無關(guān)。引入競(jìng)價(jià)計(jì)費(fèi)方法，每個(gè)流的費(fèi)率等于既成路徑上帶寬資源預(yù)留點(diǎn)的費(fèi)率之和，資源越緊張費(fèi)率越高，以此調(diào)節(jié)一部分用戶主動(dòng)暫時(shí)放棄通信請(qǐng)求。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102739509SQ20111009434
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者許利芳 申請(qǐng)人:北京市翌晨通信技術(shù)研究所