專利名稱：用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配系統(tǒng)及分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的資源分配方法，適用于IP
網(wǎng)絡(luò)和分組交換網(wǎng)絡(luò)等。
背景技術(shù)：
隨著因特網(wǎng)的普及和迅速發(fā)展，利用因特網(wǎng)傳送多媒體信息的需求也日益增加，
網(wǎng)絡(luò)資源也呈現(xiàn)緊張狀態(tài)。為不同服務(wù)質(zhì)量QoS特征的業(yè)務(wù)提供具有QoS保證的服務(wù)以及
更加合理的網(wǎng)絡(luò)資源分配方法，必將成為影響因特網(wǎng)未來發(fā)展的重要因素。 因特網(wǎng)采用的是面向無連接的IP協(xié)議，公平地為所有分組提供"盡力而為"的轉(zhuǎn)
發(fā)服務(wù)。傳統(tǒng)的IP協(xié)議，通過協(xié)議頭部預(yù)留的一些特殊字段期望為分組提供QoS保證和流
量控制，例如IPv4協(xié)議頭中服務(wù)類型字段和IPv6協(xié)議頭中的通信量類字段。 區(qū)分服務(wù)從降低QoS實現(xiàn)的復(fù)雜度和提高可擴展性出發(fā)，將復(fù)雜的工作都集中到
了網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點，而網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部節(jié)點只進行簡單的無狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)。具體而言，區(qū)分服務(wù)使用
IP頭部的這些特殊字段作為分組的區(qū)分服務(wù)域，在網(wǎng)絡(luò)的邊界路由器，將單個流進行分類、
整型和聚集成為不同的行為聚集流，并把聚集信息存儲到每個IP數(shù)據(jù)包的標(biāo)記域，稱為區(qū)
分服務(wù)碼點DSCP，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由器上，依據(jù)IP包頭中的DSCP選擇相應(yīng)的單跳行為PHB進
行轉(zhuǎn)發(fā)，從而對具有相同DSCP值的聚集流提供特定質(zhì)量的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。 區(qū)分服務(wù)最大的優(yōu)點是簡單有效、可擴展性強，符合IP網(wǎng)絡(luò)的特點。因此，區(qū)分服
務(wù)模型必將成為主流的IP QoS體系構(gòu)架。但是，區(qū)分服務(wù)對不同類別的聚集流只能提供相
對優(yōu)先級的QoS保證，即所提供的QoS保證粒度大，而且QoS保證只限于一個區(qū)分服務(wù)域
內(nèi)，不具備端到端的QoS能力。在網(wǎng)絡(luò)負荷較輕情況下，可提供確定性的QoS服務(wù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)
負荷較重時，則可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中所有流的QoS都進行降級處理。 基于以上缺點，現(xiàn)有技術(shù)已提出了多種在區(qū)分服務(wù)模型中引入能夠提供端到端QoS保證的裝置和方法。例如在RFC2638 (Request For Comments, RFC)文件中，將帶寬代理BB引入?yún)^(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)。此外，還提出了一些接納控制方法，以期對網(wǎng)絡(luò)資源進行合理分配和使用。這些方法，雖在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的QoS保證能力，但是所提供的QoS保證顆粒度太大，無法提供端到端的時延保證，且由于未考慮網(wǎng)絡(luò)負載均衡狀況，因而不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，造成其可擴展性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配系統(tǒng)及分配方法，以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，均衡網(wǎng)絡(luò)負載，提高其可擴展性能。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配系統(tǒng)，包括
邊界路由器，用于為接入業(yè)務(wù)向資源管理器發(fā)送業(yè)務(wù)請求消息，并對接入業(yè)務(wù)的所有分組頭部擴展信息域進行填充；
資源管理器，用于根據(jù)業(yè)務(wù)的時延上限要求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息，計算接入業(yè)務(wù)在端到端傳輸路徑的各段鏈路上的時延分配值，并向核心路由器，發(fā)送路由配置消息，根據(jù)路由配置結(jié)果，向邊界路由器反饋資源配置結(jié)果； 核心路由器，用于根據(jù)路由配置消息，結(jié)合本地可用資源狀態(tài)，動態(tài)選擇單跳行為PHB進行路由配置，并將路由配置結(jié)果反饋給資源管理器； 所述的邊界路由器、資源管理器和核心路由器之間的傳輸是通過信令信道傳輸?shù)目刂菩帕钕⑦M行。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配方法，步驟包括如下 (1)核心路由器根據(jù)本地監(jiān)測得到的本地各鏈路的占用帶寬，按照如下公式計算
各鏈路負載度
Pj = Bj /Bj。 其中，Pj為鏈路j的鏈路負載度，Bj為鏈路j的占用帶寬，Bj。為鏈路j的帶寬；
(2)各核心路由器將鏈路負載度和各PHB的時延估計值封裝到負載更新消息中，實時更新資源管理器的網(wǎng)絡(luò)負載信息； (3)邊界路由器偵聽到接入業(yè)務(wù)到達后，生成業(yè)務(wù)請求消息，發(fā)送至資源管理器，
該業(yè)務(wù)請求消息包括業(yè)務(wù)的帶寬、時延上限要求等QoS指標(biāo)值及路由計算結(jié)果； (4)資源管理器接收并提取業(yè)務(wù)帶寬、時延上限要求及路由計算結(jié)果，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負
載信息和業(yè)務(wù)的時延上限要求，按照如下步驟計算端到端傳輸路徑各段鏈路上的時延分配
值 4a)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載信息得到各鏈路的鏈路負載度Pj， j E &，計算每段鏈路的歸一"丄
化負載度~ j G !^，則每段鏈路上的時延預(yù)分配值為d' j = D* n j， j G &， 其中，& = {1，2， . . . ， L}表示傳輸路徑上所有鏈路的集合，L為傳輸路徑上的鏈路總數(shù)，D表示業(yè)務(wù)的時延上限要求，ilj， j G K^表示鏈路j的歸一化負載度，Pk表示鏈路
k的鏈路負載度，1]A表示傳輸路徑上所有鏈路的鏈路負載度總和，d' j， j G K^表示鏈路
j上的時延預(yù)分配值且有<formula>formula see original document page 7</formula> 4b)初始化K' l二&及n二L，初始化K' t中的鏈路負載度為Pi = Pj且i = J，iGK' l， j G Kt，時延預(yù)分配值為& = d' j，且i二j，iGK' l， j G Kt，初始化da = 0，
其中，K' ^表示時延待分配鏈路的集合，n表示K' ^中時延待分配的鏈路個數(shù)，Pi表示K' ^中鏈路i的鏈路負載度，di表示K' ^中鏈路i的時延預(yù)分配值，d。表示時延因子； 4c)在K' ^中根據(jù)公式《=《，得到當(dāng)前鏈路負載度最大的鏈路k，計算dk =d' k+d。，從集合K' ^中刪除鏈路k，將n減l， 其中，dk表示鏈路k上的時延分配值，d' k表示鏈路k上的時延預(yù)分配值；
4d)根據(jù)鏈路端口各PHB對應(yīng)的時延估計值Di， i G {1， M}，將時延分配值dk匹配到時延分配限區(qū)間[Dp，D,]，使其滿足Dp《dk《Dq，p G {l，M}，qG {1，M}， 其中，Di，i G {1，M}表示鏈路端口處第i級PHB所對應(yīng)的時延估計值，M表示PHB
總級數(shù)，Dp， Dq分別表示第p級PHB和第q級PHB所對應(yīng)的時延估計值； 4e)判斷n是否為l，若非1，則轉(zhuǎn)到步驟4f);否則轉(zhuǎn)到步驟4g); 4f)計算d二 Idk-Dp卜ldk-D」，若cKO，則a = p且Da = Dp，若d > 0，則a =
q且D。 二D,，更新d。 二dk-Da，更新時延分配值dk二D。，轉(zhuǎn)到步驟4c)， 其中，a表示可選的PHB時延上限等級，Da表示第a級PHB的時延估計值； 4g)更新時延分配值dk = Dp，得到傳輸路徑上各鏈路的時延分配值為dk， k G &，
至此，傳輸路徑上各段鏈路的時延分配值計算過程結(jié)束，所有鏈路上的時延分配值的總和，
滿足<formula>formula see original document page 8</formula>
(5)資源管理器將業(yè)務(wù)帶寬要求、路由信息及時延分配值封裝到路由配置消息中
發(fā)送到相關(guān)的核心路由器進行路由配置，并等待各核心路由器的路由配置結(jié)果； (6)核心路由器從收到的路由配置消息中提取接入業(yè)務(wù)的帶寬要求和所分配的時
延上限值，結(jié)合本地可用資源狀態(tài)所提供的相應(yīng)鏈路端口上的各PHB的可用帶寬和時延估
計值等QoS指標(biāo)值，按照如下步驟動態(tài)選擇PHB轉(zhuǎn)發(fā)行為并進行路由配置 6a)根據(jù)時延分配值dk，在所有PHB集合中，進行第一次匹配，得到時延估計值不
大于時延分配值的可選PHB集合& : 其中，D&表示第、級PHB所對應(yīng)的時延估計值； 6b)根據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬要求B，在可選PHB集合I^中，進行第二次匹配，得到可用帶寬不小于業(yè)務(wù)帶寬要求的可選PHB集合K2 :
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，A2, k2 G &表示第k2級PHB的可用帶寬； 6c)在可選PHB集合K2中，取時延估計值最大的PHB作為最佳PHB結(jié)果s :
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，Dk表示K2中第k級PHB對應(yīng)的時延估計值，Ds表示最佳PHB第s級對應(yīng)的時延估計值； 6d)如果未匹配到PHB，則選擇默認PHB或者返回PHB選擇失??； (7)核心路由器將路由配置結(jié)果反饋給資源管理器，若路由配置成功，則將所選
PHB對應(yīng)的DSCP值封裝到路由配置成功消息中反饋給資源管理器，若路由配置失敗，則反
饋路由配置失敗消息； (8)資源管理器接收到相應(yīng)核心路由器的路由配置結(jié)果后，若所有路由配置結(jié)果都為路由配置成功消息，則提取路由配置成功消息中的DSCP并將各核心路由器對應(yīng)的DSCP封裝到資源分配成功消息中反饋給邊界路由器，若存在一個路由配置失敗消息，則將資源分配失敗消息反饋給邊界路由器； (9)邊界路由器若收到資源分配成功消息，則對該業(yè)務(wù)分組的頭部擴展信息域填充傳輸路徑上的各核心路由器對應(yīng)的DSCP，若收到資源分配失敗消息，則拒絕接入此業(yè)務(wù)； (10)核心路由器根據(jù)分組頭部的擴展信息域，將與自己對應(yīng)的DSCP解析到相應(yīng)
的PHB轉(zhuǎn)發(fā)行為進行分組轉(zhuǎn)發(fā)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點 (1)本發(fā)明由于在資源管理器上，根據(jù)接入業(yè)務(wù)的時延上限要求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息所提供的傳輸路徑各段鏈路上的鏈路負載度，計算端到端傳輸路徑的各段鏈路上的時延預(yù)分配值，再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息所提供的各相應(yīng)鏈路端口處各PHB的時延估計值，計算端到端傳輸路徑的各段鏈路上的時延分配值，不僅為業(yè)務(wù)提供端到端的時延保證，且有效地均衡了網(wǎng)絡(luò)負載，并且減小了區(qū)分服務(wù)的QoS保證粒度。 (2)本發(fā)明由于在核心路由器上，根據(jù)接入業(yè)務(wù)的帶寬要求和時延分配值，結(jié)合本地可用資源狀態(tài)所提供的相關(guān)鏈路上各PHB的可用帶寬和時延估計值，動態(tài)選擇最佳PHB進行路由配置和分組轉(zhuǎn)發(fā)，不僅為接入業(yè)務(wù)提供帶寬和時延保證，更能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。


圖1是本發(fā)明的動態(tài)資源分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中的邊界路由器結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中的資源管理器結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明系統(tǒng)中的核心路由器結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明的動態(tài)資源分配方法總流程圖； 圖6是本發(fā)明方法中計算各段鏈路時延分配值的子流程圖； 圖7是本發(fā)明方法中動態(tài)選擇PHB轉(zhuǎn)發(fā)行為的子流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明內(nèi)容作詳細敘述 參照圖l，本發(fā)明的用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括邊界路由器1、資源管理器2和核心路由器3。其中，邊界路由器1、資源管理器2和核心路由器3之間傳輸是通過信令信道傳輸?shù)目刂菩帕钕⑦M行的，控制信令消息包括負載更新消息、業(yè)務(wù)請求消息、資源分配成功消息、資源分配失敗消息、路由配置消息、路由配置成功消息和路由配置失敗消息7種。 所述的邊界路由器l，偵聽到接入業(yè)務(wù)到達后，將接入業(yè)務(wù)的帶寬和時延上限等QoS指標(biāo)要求和路由計算結(jié)果封裝到業(yè)務(wù)請求消息中，發(fā)送到資源管理器2，并根據(jù)資源管理器2反饋的資源分配結(jié)果，對該接入業(yè)務(wù)所有分組頭部的擴展信息域進行填充處理。該模塊的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括業(yè)務(wù)請求信息生成模塊11和分組頭部控制信息填充模塊12。其中，業(yè)務(wù)請求信息生成模塊ll，將接入業(yè)務(wù)的帶寬和時延上限等QoS指標(biāo)要求和路由計算結(jié)果封裝成業(yè)務(wù)請求消息，并發(fā)送到資源管理器2 ;分組頭部控制信息填充模塊12，根據(jù)資源管理器2反饋的資源分配結(jié)果，對業(yè)務(wù)分組頭部的擴展信息域進行控制信息填充處理，若資源分配結(jié)果為資源分配成功消息，則將該消息中攜帶的傳輸路徑上各個核心路由器3所對應(yīng)的DSCP填充到該業(yè)務(wù)所有分組頭部的擴展信息域，否則，若為資源分配失敗消息，則進行默認填充或拒絕業(yè)務(wù)接入。 所述的資源管理器2，提取邊界路由器1的業(yè)務(wù)請求消息中的業(yè)務(wù)帶寬和時延上限等QoS指標(biāo)要求及路由計算結(jié)果，根據(jù)從各個核心路由器3得到的網(wǎng)絡(luò)負載信息，計算端到端傳輸路徑上各段鏈路上的時延分配值，并將時延分配值和帶寬要求封裝到路由配置消息中發(fā)送給相應(yīng)的核心路由器3，根據(jù)相應(yīng)核心路由器3反饋的路由配置結(jié)果，生成資源分配結(jié)果反饋給邊界路由器1。該模塊的具體結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，它包括網(wǎng)絡(luò)負載信息庫21、業(yè)務(wù)請求信息提取模塊22、時延平衡分配計算模塊23、路由配置信息輸出模塊24和資源分配結(jié)果輸出模塊25。其中，網(wǎng)絡(luò)負載信息庫21，接收各個核心路由器的負載更新消息，并為時延平衡分配計算模塊23提供網(wǎng)絡(luò)負載信息；業(yè)務(wù)請求信息提取模塊22，從業(yè)務(wù)請求消息中提取業(yè)務(wù)的帶寬和時延上限等QoS指標(biāo)要求和路由計算結(jié)果，并將時延上限要求及路由計算結(jié)果傳送給時延平衡分配計算模塊23，將業(yè)務(wù)帶寬要求和路由信息傳送給路由配置信息輸出模塊24 ;時延平衡分配計算模塊23，根據(jù)業(yè)務(wù)請求信息提取模塊22提取的時延上限要求及路由計算結(jié)果，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息庫21提供的網(wǎng)絡(luò)負載信息中的鏈路負載度和各鏈路端口的時延估計值，計算端到端傳輸路徑的各段鏈路上的時延分配值，并將時延分配值傳送給路由配置信息輸出模塊24 ;路由配置信息輸出模塊24，將業(yè)務(wù)請求信息提取模塊22提取的業(yè)務(wù)帶寬要求和時延平衡分配計算模塊23計算得到的時延分配值封裝成路由配置消息，并將該消息發(fā)送到相應(yīng)的核心路由器3;資源分配結(jié)果輸出模塊25，接收到相應(yīng)核心路由器3反饋的路由配置結(jié)果，若所有的路由配置結(jié)果都為路由配置成功消息，則將各個核心路由器及其相應(yīng)的DSCP封裝到資源分配成功消息中，反饋給邊界路由器1，若存在一個核心路由器的路由配置結(jié)果為路由配置失敗消息，則反饋資源分配失敗消息給邊界路由器1。 所述的核心路由器3，監(jiān)測本地各鏈路上的占用帶寬和各鏈路端口處各PHB可用資源狀態(tài)，生成負載更新消息實時發(fā)送給資源管理器2，從資源管理器2發(fā)送的路由配置消息中提取業(yè)務(wù)的時延分配值和帶寬要求，結(jié)合相應(yīng)鏈路端口處各PHB的可用資源狀態(tài)，動態(tài)選擇PHB進行路由配置，并將路由配置結(jié)果反饋給資源管理器2。該模塊的具體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，它包括本地實時測量子模塊31、負載信息計算模塊32、PHB可用資源信息提取模塊33、 PHB與DSCP映射表34、路由配置信息提取模塊35、 PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊36和路由配置反饋模塊37。其中，本地實時測量子模塊31，實時監(jiān)控本地所有鏈路上的占用帶寬以及各鏈路端口處各PHB對應(yīng)的可用帶寬和時延估計值等可用資源狀態(tài)，并將各鏈路的占用帶寬和各鏈路端口處各PHB對應(yīng)的時延估計值傳送給負載信息計算模塊32，將各鏈路端口處各PHB對應(yīng)的可用帶寬和時延估計值等可用資源狀態(tài)傳送給PHB可用資源信息提取模塊33 ;負載信息計算模塊32，根據(jù)本地實時測量子模塊31的占用帶寬，計算本地各鏈路的鏈路負載度，并將鏈路負載度和鏈路端口處各PHB的時延估計值封裝成負載更新消息，發(fā)送給資源管理器2 ;PHB可用資源信息提取模塊33，提取本地實時測量子模塊31監(jiān)測到的本地各鏈路端口處各PHB的可用資源狀態(tài)，并供PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊36進行PHB選擇；PHB與DSCP映射表34，存儲各等級的PHB與DSCP的對應(yīng)關(guān)系，并為路由配置反饋模塊37提供PHB到DSCP的映射；路由配置信息提取模塊35，提取資源管理器2的路由配置消息中的業(yè)務(wù)帶寬要求、路由信息及時延分配值，并傳送給PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊36 ;PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊36，根據(jù)帶寬要求和時延上限值，結(jié)合PHB可用資源信息提取模塊33所提供的相關(guān)鏈路端口處各PHB的可用資源狀態(tài)，動態(tài)選擇PHB并進行路
由配置，將PHB和配置結(jié)果傳送給路由配置反饋模塊37 ;路由配置反饋模塊37，根據(jù)PHB動
態(tài)選擇及資源配置模塊36提供的PHB和配置結(jié)果，若配置成功，則查詢PHB與DSCP映射表
34將所選PHB的映射為DSCP，并將DSCP封裝到路由配置成功消息中反饋給資源管理器2，
若PHB選擇失敗或配置失敗，則反饋路由配置失敗消息給資源管理器2。 參照圖5，本發(fā)明的用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配方法，包括以下步
驟 步驟1 :各核心路由器根據(jù)本地監(jiān)測得到的本地各鏈路的占用帶寬，按照如下公
式計算各鏈路的鏈路負載度
Pj = Bj/Bj。 其中，Pj為鏈路j的鏈路負載度，Bj為鏈路j的占用帶寬，Bj。為鏈路j的帶寬。
步驟2 :各核心路由器將鏈路負載度和各PHB的時延估計值封裝到負載更新消息中，實時更新資源管理器的網(wǎng)絡(luò)負載信息。 步驟3 :邊界路由器偵聽到接入業(yè)務(wù)到達后，生成業(yè)務(wù)請求消息，發(fā)送至資源管理
器，該業(yè)務(wù)請求消息包括業(yè)務(wù)的帶寬、時延上限要求等QoS指標(biāo)值及路由計算結(jié)果。
步驟4 :資源管理器接收并提取業(yè)務(wù)帶寬、時延上限要求及路由計算結(jié)果，結(jié)合網(wǎng)
絡(luò)負載信息和業(yè)務(wù)的時延上限要求，計算端到端傳輸路徑各段鏈路上的時延分配值。 其中，網(wǎng)絡(luò)負載信息包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各條鏈路的鏈路負載度及各個鏈路端口處各PHB
的時延估計值。 參照圖6，本步驟計算端到端傳輸路徑各段鏈路上的時延分配值的具體步驟如下 步驟4-l :依據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載信息得到各鏈路的鏈路負載度Pj， j E &，計算每段鏈路的_《
歸一化負載度= E'J G K"則每段鏈路上的時延預(yù)分配值為d' j = D* ilj， j G &， 其中，& = {1，2， . . . ， L}表示傳輸路徑上所有鏈路的集合，L為傳輸路徑上的鏈路總數(shù)，D表示業(yè)務(wù)的時延上限要求，ilj， j G K^表示鏈路j的歸一化負載度，Pk表示鏈路
k的鏈路負載度，1]A表示傳輸路徑上所有鏈路的鏈路負載度總和，d' j， j G K^表示鏈路
j上的時延預(yù)分配值且有t《'
產(chǎn)i 步驟4-2:初始化K' l二^及n二L，初始化K' t中的鏈路負載度為Pi = Pj且
i = j， i G K'l， J E Kl，時延預(yù)分配值為& = d'j，且i = j， i G K'l， J E Kl，初始化
da = 0， 其中，K' ^表示時延待分配鏈路的集合，n表示K' ^中時延待分配的鏈路個數(shù)，Pi表示K' ^中鏈路i的鏈路負載度，di表示K' ^中鏈路i的時延預(yù)分配值，d。表示時延因子； 步驟4-3 :在K' ^中根據(jù)公式《-^，f《'得到當(dāng)前鏈路負載度最大的鏈路k，計算dk = d' k+d。，從集合K' ^中刪除鏈路k，將n減1，
其中，dk表示鏈路k上的時延分配值，d' k表示鏈路k上的時延預(yù)分配值；
步驟4-4:根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載信息得到鏈路端口各PHB對應(yīng)的時延估計值Di， i G {1，M}，將時延分配值dk匹配到時延分配限區(qū)間[Dp， Dq]，使其滿足Dp《dk《Dq， p G {1， M}，q G {1，M}， 其中，Di，i G {1，M}表示鏈路端口處第i級PHB所對應(yīng)的時延估計值，M表示PHB
總級數(shù)，Dp， Dq分別表示第p級PHB和第q級PHB所對應(yīng)的時延估計值； 步驟4-5 :判斷n是否為l，若非1，則轉(zhuǎn)到步驟4_6，否則轉(zhuǎn)到步驟4_7 ; 步驟4-6:計算(1= Idk-DpHdk-Dql，若cKO，則a = p且Da = Dp，若d > 0，則
a =qiDa 二D,，更新d。 = dk_Da ，更新時延分配值dk = Da ，轉(zhuǎn)到步驟4_3， 其中，a表示可選的PHB時延上限等級，Da表示第a級PHB的時延估計值； 步驟4-7 :更新時延分配值dk = Dp，得到傳輸路徑上各鏈路的時延分配值為dk，
k G K"至此，傳輸路徑上各段鏈路的時延分配值計算過程結(jié)束，所有鏈路上的時延分配值
的總和，滿足t《S"。
步驟5 :資源管理器將業(yè)務(wù)帶寬要求、路由信息及時延分配值封裝到路由配置消息中發(fā)送到相關(guān)的核心路由器進行路由配置，并等待各核心路由器的路由配置結(jié)果。
步驟6 :核心路由器從收到的路由配置消息中提取接入業(yè)務(wù)的帶寬要求和所分配的時延上限值，結(jié)合本地可用資源狀態(tài)所提供的相應(yīng)鏈路端口上的各PHB的可用帶寬和時延估計值等QoS指標(biāo)值，動態(tài)選擇PHB轉(zhuǎn)發(fā)行為并進行路由配置。 其中，本地可用資源狀態(tài)包括各個鏈路端口處各PHB對應(yīng)的可用帶寬和時延估計值。 參照圖7，動態(tài)選擇PHB轉(zhuǎn)發(fā)行為并進行路由配置的具體步驟如下 步驟6-1 :根據(jù)時延分配值dk，在所有PHB集合中，進行第一次匹配，得到時延估計
值不大于時延分配值的可選PHB集合& : 《,(M化《《,Ae{l,M}}， 其中，D&表示第、級PHB所對應(yīng)的時延估計值； 步驟6-2 :根據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬要求B，在可選PHB集合I^中，進行第二次匹配，得到可用帶寬不小于業(yè)務(wù)帶寬要求的可選PHB集合K2 :
《2={^|^6^,542 2萬}， 其中，A2, k2 G &表示第k2級PHB的可用帶寬； 步驟6-3 :在可選PHB集合K2中，取時延估計值最大的PHB作為最佳PHB結(jié)果s :
s = ""2， A=:Z\}， 其中，Dk表示K2中第k級PHB對應(yīng)的時延估計值，Ds表示最佳PHB第s級對應(yīng)的時延估計值； 步驟6-4 :如果未匹配到PHB，則選擇默認PHB或者返回PHB選擇失敗。 步驟7 :核心路由器將路由配置結(jié)果反饋給資源管理器，若路由配置成功，則將所
選PHB對應(yīng)的DSCP值封裝到路由配置成功消息中反饋給資源管理器，若路由配置失敗，則
反饋路由配置失敗消息。
步驟8 :資源管理器接收到相應(yīng)核心路由器的路由配置結(jié)果后，若所有路由配置結(jié)果都為路由配置成功消息，則提取路由配置成功消息中的DSCP并將各核心路由器對應(yīng)的DSCP封裝到資源分配成功消息中反饋給邊界路由器，若存在一個路由配置失敗消息，則將資源分配失敗消息反饋給邊界路由器。 步驟9 :邊界路由器若收到資源分配成功消息，則對該業(yè)務(wù)分組的頭部擴展信息域填充傳輸路徑上的各核心路由器對應(yīng)的DSCP，若收到資源分配失敗消息，則拒絕接入此業(yè)務(wù)。 步驟10 :核心路由器根據(jù)分組頭部的擴展信息域，將與自己對應(yīng)的DSCP解析到相應(yīng)的PHB轉(zhuǎn)發(fā)行為進行分組轉(zhuǎn)發(fā)。 利用上述方法完成的資源分配過程，不僅能夠保證接入業(yè)務(wù)的端到端時延要求，且能夠有效地均衡網(wǎng)絡(luò)負載，減小了QoS保證的顆粒度，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，適用于分組交換網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)。
術(shù)語說明 QoS:Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量
DSCP :DiffServ Code Point,區(qū)分服務(wù)碼點
PHB :Per-hop Behavior,單瑕附為。
權(quán)利要求
一種用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配系統(tǒng)，包括邊界路由器(1)，用于為接入業(yè)務(wù)向資源管理器(2)發(fā)送業(yè)務(wù)請求消息，并對接入業(yè)務(wù)的所有分組頭部擴展信息域進行填充；資源管理器(2)，用于根據(jù)業(yè)務(wù)的時延上限要求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息，計算接入業(yè)務(wù)在端到端傳輸路徑的各段鏈路上的時延分配值，并向核心路由器(3)，發(fā)送路由配置消息，根據(jù)路由配置結(jié)果，向邊界路由器(1)反饋資源配置結(jié)果；核心路由器(3)，用于根據(jù)路由配置消息，結(jié)合本地可用資源狀態(tài)，動態(tài)選擇單跳行為PHB進行路由配置，并將路由配置結(jié)果反饋給資源管理器(2)；所述的邊界路由器(1)、資源管理器(2)和核心路由器(3)之間的傳輸是通過信令信道傳輸?shù)目刂菩帕钕⑦M行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)資源分配系統(tǒng)，其中邊界路由器(1)包括 業(yè)務(wù)請求信息生成模塊(ll)，用于生成業(yè)務(wù)請求消息，并將該業(yè)務(wù)請求消息發(fā)送到資源管理器(2);分組頭部控制信息填充模塊(12)，用于接收資源管理器(2)的資源配置結(jié)果，并對業(yè) 務(wù)分組頭部的擴展信息域進行控制信息填充。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)資源分配系統(tǒng)，其中資源管理器(2)包括網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息庫(21)，用于接收各個核心路由器(3)更新的負載更新信息，并為時延 平衡分配計算模塊(23)提供網(wǎng)絡(luò)負載信息；業(yè)務(wù)請求信息提取模塊(22)，用于提取業(yè)務(wù)請求消息中的業(yè)務(wù)帶寬要求、時延上限 要求及路由計算結(jié)果，并將時延上限要求及路由計算結(jié)果傳送給時延平衡分配計算模塊 (23)，將業(yè)務(wù)帶寬要求和路由信息傳送給路由配置信息輸出模塊(24);時延平衡分配計算模塊(23)，用于根據(jù)業(yè)務(wù)請求信息提取模塊(22)提取的時延上限 要求及路由計算結(jié)果，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息庫(21)提供的網(wǎng)絡(luò)負載信息，計算端到端傳輸路 徑的各段鏈路上的時延分配值，并將時延分配值傳送給路由配置信息輸出模塊(24);路由配置信息輸出模塊(24)，用于將業(yè)務(wù)請求信息提取模塊(22)傳送的業(yè)務(wù)帶寬要 求、路由信息以及時延平衡分配計算模塊(23)輸出的時延分配值封裝成相應(yīng)的路由配置 消息，并將各路由配置消息傳送給相應(yīng)的核心路由器(3);資源分配結(jié)果輸出模塊(25)，用于根據(jù)接收到的各核心路由器(3)所反饋的路由配置 結(jié)果生成資源分配結(jié)果，并將資源分配結(jié)果反饋給邊界路由器(1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)資源分配系統(tǒng)，其中核心路由器(3)包括 本地實時測量子模塊(31)，用于實時監(jiān)控本地相連的各鏈路上的占用帶寬，以及各個鏈路端口上各PHB對應(yīng)的可用帶寬和時延估計值，將各鏈路的占用帶寬和各鏈路端口上各 PHB對應(yīng)的時延估計值傳送給負載信息計算模塊(32)，將各個鏈路端口上各PHB對應(yīng)的可 用帶寬和時延估計值傳送給PHB可用資源信息提取模塊(33);負載信息計算模塊(32)，用于根據(jù)本地實時測量子模塊(31)所傳送的各鏈路的占用 帶寬和各鏈路端口上各PHB對應(yīng)的時延估計值，計算與本地相連的各鏈路上的鏈路負載 度，并將各鏈路的鏈路負載度和各鏈路端口上各PHB對應(yīng)的時延估計值封裝成負載更新信 息，發(fā)送給資源管理器(2);PHB可用資源信息提取模塊(33)，用于提取本地實時測量子模塊(31)中的本地可用資源狀態(tài)，并傳送給PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊(36);PHB與DSCP映射表(34)，用于存儲PHB與DSCP的映射關(guān)系，并為路由配置反饋模塊 (37)提供PHB到DSCP的映射;路由配置信息提取模塊(35)，用于提取資源管理器(2)發(fā)送的路由配置消息中的業(yè)務(wù) 帶寬要求、路由信息及時延分配值，并傳送給PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊(36);PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊(36)，用于根據(jù)路由配置信息提取模塊(35)提取的業(yè) 務(wù)帶寬要求、路由信息及時延分配值，結(jié)合PHB可用資源信息提取模塊(33)提供的本地可 用資源狀態(tài)，動態(tài)選擇PHB進行路由配置，并將PHB和配置結(jié)果傳送給路由配置反饋模塊 (37);路由配置反饋模塊(37)，用于根據(jù)PHB動態(tài)選擇及資源配置模塊(36)提供的PHB和路 由配置結(jié)果，查詢PHB與DSCP映射表(34)將所選PHB映射為相應(yīng)的DSCP，生成路由配置結(jié) 果，并將該路由配置結(jié)果反饋給資源管理器(2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)資源分配系統(tǒng)，其中，信令信道傳輸?shù)目刂菩帕钕?，?括負載更新消息、業(yè)務(wù)請求消息、資源分配成功消息、資源分配失敗消息、路由配置消息、路 由配置成功消息和路由配置失敗消息7種。
6. —種用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配方法，包括如下步驟(1) 各核心路由器根據(jù)本地監(jiān)測得到的本地各鏈路的占用帶寬，按照如下公式計算各 鏈路負載度Pj = Bj/Bjo其中，Pj為鏈路j的鏈路負載度，Bj為鏈路j的占用帶寬，Bj。為鏈路j的帶寬；(2) 各核心路由器將鏈路負載度和各PHB的時延估計值封裝到負載更新消息中，實時 更新資源管理器的網(wǎng)絡(luò)負載信息；(3) 邊界路由器偵聽到接入業(yè)務(wù)到達后，生成業(yè)務(wù)請求消息，發(fā)送至資源管理器，該業(yè) 務(wù)請求消息包括業(yè)務(wù)的帶寬、時延上限要求等QoS指標(biāo)值及路由計算結(jié)果；(4) 資源管理器接收并提取業(yè)務(wù)帶寬、時延上限要求及路由計算結(jié)果，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息和業(yè)務(wù)的時延上限要求，按照如下步驟計算端到端傳輸路徑各段鏈路上的時延分配值4a)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載信息得到各鏈路的鏈路負載度Pj， j G &，計算每段鏈路的歸一化負載度=5^" S '則每段鏈路上的時延預(yù)分配值為 <formula>formula see original document page 3</formula>其中，& = {1，2， . . . ， L}表示傳輸路徑上所有鏈路的集合，L為傳輸路徑上的鏈路總 數(shù)，D表示業(yè)務(wù)的時延上限要求，n j， j G &表示鏈路j的歸一化負載度，Pk表示鏈路k的鏈路負載度，^ A表示傳輸路徑上所有鏈路的鏈路負載度總和，d' j， j G &表示鏈路j上的時延預(yù)分配值且有 <formula>formula see original document page 3</formula>4b)初始化K ' l = &及n = L，初始化K ' l中的鏈路負載度為Pi = Pj且i = j， iGK' l， j G K^，時延預(yù)分配值為& = d'，.，且i二j，iGK' l， j G Kt，初始化da = 0，其中，K' ^表示時延待分配鏈路的集合，n表示K' ^中時延待分配的鏈路個數(shù)，Pi表示 K' ^中鏈路i的鏈路負載度，di表示K' ^中鏈路i的時延預(yù)分配值，d。表示時延因子；4c)在K' ^中根據(jù)公式^ =1^ff《'得到當(dāng)前鏈路負載度最大的鏈路k，計算dk =d' k+d。，從集合K' ^中刪除鏈路k，將n減l，其中，dk表示鏈路k上的時延分配值，d' k表示鏈路k上的時延預(yù)分配值；4d)根據(jù)鏈路端口各PHB對應(yīng)的時延估計值Di，i G (1，Mh將時延分配值dk匹配到時 延分配限區(qū)間[Dp，D,]，使其滿足Dp《dk《Dq，p G {l，M}，qG {1，M}，其中，Di， i G {1， M}表示鏈路端口處第i級PHB所對應(yīng)的時延估計值，M表示PHB總 級數(shù)，Dp， Dq分別表示第p級PHB和第q級PHB所對應(yīng)的時延估計值；4e)判斷n是否為l，若非1，則轉(zhuǎn)到步驟4f)，否則轉(zhuǎn)到步驟4g);4f)計算d二 Idk-DpHdk-D」，若cKO，則a 二p且D。 二Dp，若d^O，則a = q且Da 二D,，更新d。 二dk-Da，更新時延分配值dk二D。，轉(zhuǎn)到步驟4c)，其中，a表示可選的PHB時延上限等級，D。表示第a級PHB的時延估計值； 4g)更新時延分配值dk = Dp，得到傳輸路徑上各鏈路的時延分配值為dk，k G K^，至此， 傳輸路徑上各段鏈路的時延分配值計算過程結(jié)束，所有鏈路上的時延分配值的總和，滿足(5) 資源管理器將業(yè)務(wù)帶寬要求、路由信息及時延分配值封裝到路由配置消息中發(fā)送 到相關(guān)的核心路由器進行路由配置，并等待各核心路由器的路由配置結(jié)果；(6) 核心路由器從收到的路由配置消息中提取接入業(yè)務(wù)的帶寬要求和所分配的時延上 限值，結(jié)合本地可用資源狀態(tài)所提供的相應(yīng)鏈路端口上的各PHB的可用帶寬和時延估計值 等QoS指標(biāo)值，按照如下步驟動態(tài)選擇PHB轉(zhuǎn)發(fā)行為并進行路由配置6a)根據(jù)時延分配值dk，在所有PHB集合中，進行第一次匹配，得到時延估計值不大于 時延分配值的可選PHB集合& : 《={叫""^{1棉，其中，"&表示第、級PHB所對應(yīng)的時延估計值；6b)根據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬要求B，在可選PHB集合&中，進行第二次匹配，得到可用帶寬不 小于業(yè)務(wù)帶寬要求的可選PHB集合K2 :其中，^242 G &表示第^級PHB的可用帶寬；6c)在可選PHB集合K2中，取時延估計值最大的PHB作為最佳PHB結(jié)果s : ^ = {5^《2， Z)s=maxDA}，其中，Dk表示K2中第k級PHB對應(yīng)的時延估計值，Ds表示最佳PHB第s級對應(yīng)的時延 估計值；6d)如果未匹配到PHB，則選擇默認PHB或者返回PHB選擇失??；(7) 核心路由器將路由配置結(jié)果反饋給資源管理器，若路由配置成功，則將所選PHB對 應(yīng)的DSCP值封裝到路由配置成功消息中反饋給資源管理器，若路由配置失敗，則反饋路由 配置失敗消息；(8) 資源管理器接收到相應(yīng)核心路由器的路由配置結(jié)果后，若所有路由配置結(jié)果都為 路由配置成功消息，則提取路由配置成功消息中的DSCP并將各核心路由器對應(yīng)的DSCP封 裝到資源分配成功消息中反饋給邊界路由器，若存在一個路由配置失敗消息，則將資源分 配失敗消息反饋給邊界路由器；(9) 邊界路由器若收到資源分配成功消息，則對該業(yè)務(wù)分組的頭部擴展信息域填充傳 輸路徑上的各核心路由器對應(yīng)的DSCP，若收到資源分配失敗消息，則拒絕接入此業(yè)務(wù)；(10) 核心路由器根據(jù)分組頭部的擴展信息域，將與自己對應(yīng)的DSCP解析到相應(yīng)的PHB 轉(zhuǎn)發(fā)行為進行分組轉(zhuǎn)發(fā)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的動態(tài)資源分配方法，其中步驟(2)所述的網(wǎng)絡(luò)負載信息，包括 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各條鏈路的鏈路負載度及各個鏈路端口處各PHB的時延估計值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的動態(tài)資源分配方法，其中步驟(2)所述的本地可用資源狀態(tài)， 包括各個鏈路端口處各PHB對應(yīng)的可用帶寬和時延估計值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于支持端到端時延保證的動態(tài)資源分配系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)QoS保證能力低及網(wǎng)絡(luò)資源利用不充分的問題。其系統(tǒng)包括邊界路由器、資源管理器和核心路由器，該資源管理器根據(jù)邊界路由器發(fā)送的業(yè)務(wù)請求信息中的時延上限要求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負載信息中的鏈路負載度和各段鏈路端口處各PHB的時延估計值，計算端到端傳輸路徑各段鏈路上的時延分配值，在相關(guān)的核心路由器上，根據(jù)本地的可用資源狀態(tài)，通過時延分配值和帶寬要求的匹配，動態(tài)選擇最佳PHB進行資源配置和分組轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明能夠在保證業(yè)務(wù)端到端時延要求的同時，有效地均衡網(wǎng)絡(luò)負載，減小QoS保證顆粒度，并提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，可用于IP網(wǎng)絡(luò)和分組交換網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號H04L12/56GK101729430SQ201010013728
公開日2010年6月9日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉煥峰, 史琰, 姚明旿, 李丹鳳, 邱智亮, 閆帥, 鮑民權(quán) 申請人:西安電子科技大學(xué)