自适应借用机制及该借用机制的借用方法 技术领域 本发明涉及一种自适应借用机制及借用方法， 特别是涉及一种基于认知网络模型 的预留资源自适应借用机制及借用方法。
背景技术 认知技术是未来通信领域的一个重要研究领域， 使得通信实体具有认知周围环境 的能力， 并能根据周围环境的变化智能、 自主、 自适应地动态变化。将认知的概念和功能引 入现有的信息网络， 就构成了认知网络。 认知行为模型首先检测网络当前的状态， 然后根据 观察到的网络条件和参数进行调整、 判决、 执行。未来的信息网络向着全 IP 化的方向发展， 目标不仅仅是为更多用户提供更丰富多样的服务和应用， 还要全面满足多样化的接入方式 和通信环境， 这就要求能够合理高效的利用网络资源， 提高整个网络的服务质量和吞吐量。 资源预留作为保证端到端 QoS(Quality of Service， 服务质量 ) 的一种有效措施， 在各项 对 QoS 要求较高的应用中得到了广泛采用。目前成熟的预留协议主要是 RSVP(resource reservation protocol， 资源预留协议 )、 DiffServ(Differentiated Service， 区分服务体 系结构 ) 和 BGRP(border gateway reservation protocol， 边界网关预留协议 )。
RSVP 能够提供 QoS 保证， 能对网络拓扑的变化做出反应， 此外还支持多播流， 能让 路径消息识别多播流的所有断点， 并发送路径消息， 让一个多播流能在分开的连接上发送。 但由于其资源预留是基于流的， 因此对路由器的要求高， 实现复杂， 状态信息的数量与流的 数量成正比， 占用大量的路由器存储空间和处理开销， 扩展性能差。DiffServ 的扩展性好， 状态信息的数量是与业务级别成正比的， 便于实现， 不涉及路由选择机制。 但是对于大多数 的交互式实时业务来说无法保证绝对的端到端的 QoS， 而且对相同优先级业务而言， 拥塞发 生时， 设备只能随机地丢弃报文， 以致所有的业务质量都受到影响。BGRP 协议的拓展性能 好， 实现算法有成熟的理论基础。但是由于 BGRP 协议在不同接收端路径上分别建立聚集 树， 因此在路径重叠部分保留多个聚集树的信息， 造成该部分路径未达到状态优化。
因此现有的方式中， 所预留的资源在有效期内仅供特定业务使用， 这就造成了相 应的预留资源不定期处于闲置状态， 形成了资源浪费。尤其在网络负载较重的情况下， 一 方面占整体资源比例较大的预留资源有部分闲置， 另一方面网络中提供服务的资源达到饱 和， 无法满足更多应用的接入需求， 抑制了吞吐量的提高。
发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应借用机制及该借用机制的借用方 法， 能够对网络中闲置的预留资源进行合理的分配， 提高网络的吞吐量和资源的利用率。
为了解决上述问题， 本发明公开了一种自适应借用机制， 包括 ： 统计模块 ： 用于统 计本体资源使用情况， 包括统计本地已预留资源、 已使用资源和可用资源的实时状态 ； 预留 资源业务行为认知模块 ： 根据统计模块统计的本地资源使用情况并利用认知网络的预测模 型进行预测并根据预测结果及本地资源的使用情况判定本地资源对于新业务请求的接受
能力 ； 节点信息交互模块 ： 收集可用资源、 可借用预留资源状态收集并在各个节点间进行 交换 ； 资源分配自适应调整模块 ： 接收上述模块传递的信息， 对资源进行自适应分配。
进一步地， 该自适应借用机制还包括新业务资源使用申请模块， 用于发送新业务 资源使用请求。
本发明还公开了一种自适应借用机制的借用方法， 包括 ： 发送新业务请求 ； 判断 带宽是否可用 ； 如可用， 则接受新业务请求 ； 如不可用， 则自适应借用机制判断是否能够借 用； 如能够借用， 则进行资源自适应借用， 接受新业务请求 ； 如不能借用， 则发送拒绝消息， 拒绝新业务请求。
进一步地， 该自适应借用机制判断包括采用统计模块对本地资源使用情况进行统 计， 并采用预留资源业务行为认知模块对统计结果进行预测后进行判断。
进一步地， 该统计模块对本地资源使用情况进行统计包括对本地已预留资源、 已 使用资源和可用资源的实时状态进行统计。
进一步地， 该预留资源业务行为认知模块的预测包括预测 ： 已实现的资源预留业 务的数据流的突发性规律和下一次到来的时间， 以及新业务对已预留资源的使用时间。
进一步地， 该自适应借用机制判断还包括在统计模块及预留资源业务行为认知模 块统计、 预测及判断后， 各节点将可用资源、 可借用预留资源状态收集采用节点信息交互模 块进行节点信息交互。 进一步地， 该节点信息模块在收集状态信息时， 按照不同业务等级进行收集， 采用 队列方式收集信息， 将相同等级的信息加入相应的队列中。
进一步地， 该自适应借用机制的借用方法在自适应借用机制判断是否能够借用步 骤前， 对网络环境状态进行检测。
进一步地， 该自适应借用机制的借用方法包括采用周期性检测方式对网络状态进 行检测。
与现有技术相比， 本发明具有以下优点 ：
本发明将自适应借用机制引入认知网络中， 并通过在边缘路由节点中增加相应的 模块实现网络的认知化， 可以充分考虑网络中预留资源的闲置问题， 以合理分配闲置的预 留资源， 提高网络的吞吐量和资源利用率。特别的， 当网络负载较重时， 采用本发明的自适 应借用机制， 可以大幅的提高网络的吞吐量。此外， 当预留资源占网络总资源的比例较高 时， 采用本发明的自适应借用机制可以降低新业务申请的拒绝率。
附图说明
图 1 是本发明实施例的自适应借用机制的借用方法流程图。
图 2 是本发明实施例的自使用借用机制的具体处理流程示意图。 具体实施方式
为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明以现有的 BGRP 协议为基础， 在划分成多个自治域的网络中， 通过在边缘路 由节点上加入自适应借用机制对已预留资源进行自适应借用， 该自适应借用机制通过在节点上添加相应的模块， 使节点具有认知的性能， 资源预留通过具有认知性能的节点处理， 根 据对网络状态的自主学习和判断， 决定资源预留。下面对本发明的自适应借用机制进行详 细描述。
本发明的自适应借用机制包括统计模块、 预留资源业务行为认知模块、 节点信息 交互模块、 自适应调整模块和新业务资源使用申请模块， 通过这些模块的加入可以判断预 留资源能否借用， 并在可以借用时进行借用。
统计模块用于统计本地资源使用情况， 包括统计本地已预留资源、 已使用资源和 可用资源的实时状态。其中， 本地已预留资源的实时状态的统计包括 ： 带宽、 请求开始时间 等信息， 为实现预留资源的自适应借用提供来源。 本地已使用资源的实时状态统计包括 ： 业 务级别、 带宽、 请求开始时间及预留资源的使用时间等信息。 统计模块的统计数据可以为自 适应借用提供历史数据的支持。
预留资源业务行为认知模块可以根据统计模块统计的本地资源使用情况， 并利用 认知网络的预测模型预测已实现的资源预留业务的数据流的突发性规律和下一次到来的 时间， 同时预测新业务对已预留资源的使用时间。 根据预测结果以及本地资源使用情况， 判 定本地资源对于新业务请求的接受能力。
节点信息交互模块用于收集经过统计模块及预留资源业务行为认知模块的统计、 预测及判断后的可用资源、 可借用预留资源状态， 并进行信息交换， 使各个节点对于新业务 请求的支持达成一致。
资源分配自适应调整模块用于判断可用资源能否满足， 如果不满足， 不是直接拒 绝， 而是进行自适应借用， 如果可以满足， 则新业务接入成功， 否则再发送错误消息， 拒绝新 业务。
新业务资源使用申请模块包含本地新业务资源使用请求的带宽、 类别、 时间等具 体参数。
通过边缘路由节点中加入上述几个模块， 实现自适应借用机制， 需要注意的是认 知网络对于网络环境状态的监测是先行检测的， 前三个模块首先进行网络环境状态的检 测， 检测后即判断能否借用， 然后将通过旗语方式告知。在本发明的设计中， 为了提高判断 的速度， 采用周期性检测网络状态的方式。另外， 在边缘路由节点中加入上述模块， 初始状 态时各节点统计本地资源使用情况， 依据统计结果和预测模型对已预留资源业务发生规律 进行预测， 判断能否进行借用， 更新本地资源使用情况， 进行节点信息交互后， 进行周期性 状态更新。当新业务请求到达各节点， 通过资源分配自适应调整模块对已预留资源的动态 借用， 实现结果更新本地资源统计与节点信息交互。
本发明自适应借用机制的借用方法和具体操作流程如下所述 ：
请参阅图 1， 本发明的自适应借用机制的借用方法， 包括 ： 在新业务请求时， 检查 带宽是否可用。 如果可用， 则接受新业务请求 ； 如果不可用， 其不立即返回错误信息， 而是继 续检查已经预留成功为特定业务保留的资源是否满足借用的条件， 是否能够暂时借出给新 业务的预留请求， 如果能够借用， 则进行资源借用， 并接受新业务请求 ； 如果不能够借用， 则 拒绝新业务请求。
请参阅图 2， 本发明的自适应借用机制的具体操作流程如下 ： Si 和 Ri(i ＝ 1， 2， 3， ...) 都是边缘路由节点， 当建立资源预留时分为两种情况 ： 一种是有可用资源可以满足请求 ； 一种是除已预留资源外不存在满足新业务请求的资源。以下举例说明两种情况的资 源预留处理流程， 假设从 AS1 中的 h1 向 AS5 中的 h3 发送数据 ：
第一种情况 ： 当存在可用资源时， 其实现步骤 ：
S101， AS1 中的 h1 向 S1 发送请求， S1 发送 PROBE( 探测路径 ) 消息给 R1 ；
S102， R1 进行接纳控制， 若拒绝则发送错误消息， 信令终止 ；
S103， R1 接收请求， 将 PROBE 消息继续发往 R2 ；
S104， R2 进行接纳控制， 若拒绝， 则发送错误消息给 R1 和主机 S1， 若接收， R2 将 PROBE 消息继续发往 R3 ；
S105， R3 进行接纳控制， 若拒绝发送错误消息至主机 S1， 若接收， R3 将向 R4 发 PROBE 消息， 在 R4 将 PROBE 消息发送向 S3 ；
S106， S3 收到 PROBE 消息后， 判断目的端 h3 属于本域， 进行接纳控制， 若接纳， 将 沿着请求路径返回 GRAFT( 资源预留 ) 消息， PROBE 消息返回主机 S1 ；
S107， 至此， 此次预留成功， h1 可以发送数据。
第二种情况 ： 当除已预留资源外不存在满足新业务请求的资源时， 此时预留步 骤： S201， AS1 中的 h1 向 S1 发送请求， S1 发送 PROBE 消息给 R1 ；
S202， R1 进行接纳控制， 若拒绝则发送错误消息， 信令终止 ；
S203， R1 接收请求， 将 PROBE 消息继续发往 R2 ；
S204， R2 进行接纳控制， 若拒绝， 则发送错误消息给 R1 和主机 S 1， 若接收， R2 将 PROBE 消息继续发往 R3 ；
S205， R3 进行接纳控制， 假设在 R3 处不存在可用资源配置给新业务请求， 此时先 不发送错误消息， 而是在 R2 与 R3 间进行资源使用状况检查， 根据统计已预留资源的使用状 况， 已预留资源业务的使用时间， 看是否可以借出， 若不满足借出条件发送错误消息至主机 S1， 若可以借出， R3 将向 R4 发 PROBE 消息， 在 R4 将 PROBE 消息发送向 S3 ；
S206， S3 收到 PROBE 消息后， 判断 h3 属于本域， 进行接纳控制， 若接纳， 将沿着请 求路径返回 GRAFT 消息， PROBE 消息返回主机 S1 ；
S207， 至此， 此次预留成功， h1 可以发送数据。
本发明的自适应借用机制中 Ri( 如 R2) 进行资源自适应借用时， 采用一种软状态 借出的方式， 即原请求未收到拆除消息不拆除， 仍保留原预留， 当新业务使用借用资源传递 数据结束仍保留该资源给原预留 ； 或者当原预留业务突发使用时， 沿该预留路径进行资源 借用。其次， 在资源借用过程中， 相当于新业务抢占已预留业务资源， 抢占的顺序按照业务 等级和使用时间规律的顺序进行， 即当新业务到来时， 首先查看低于新业务级别的已预留 资源， 在相同级别中查看请求使用时间远的业务的已预留资源， 看这些资源是否被标识为 可借用状态。第三， 在 R2 与 R3 间进行节点状态信息共享时， 由于是一种分段聚集的方式， 即在该条路径间， 不同业务等级的带宽请求分别聚集， 当新业务到来， 需进行资源借用时， 由于采用上述抢占手段， 可以实现了不同业务资源借用。
因此， 本发明的自适应借用机制的自适应借用实际采用的是一种软状态抢占的方 式。当有业务数据流 P 请求预留资源时， 该请求消息包含五类信息 ： 请求标识符、 请求目的 地、 请求的带宽、 QoS 级别以及时间。即假设已经为数据流 P 预留的资源 d{S1， R1， R2， R3，
R4， S3， x}， 此时有更高 QoS 级别更高的业务数据流 Q 请求预留， 向前传递请求消息， 到达某 个节点， 假设到达 R2 时， 没有未被预留的资源能够满足 Q 的预留， 此时， R2 并不立即返回错 误消息， 而是通过节点的一些模块判断能否借用预留资源给 Q， 如果满足借用条件， 继续向 前传递请求消息， 若预留成功， 为 Q 预留的资源 d{S1， R1， R2， R3， R4， S3， y}。此时在 R2 上 聚集 Q 的预留的相关信息。若借用不成功再返回错误消息。
此外， 因为采用软状态借用的方式， 即尽管同意了 Q 对于预留给 P 的资源的借用， 但是并不拆除原 P 的预留， 当 Q 使用后， 仅仅删除 Q 的状态信息， 不拆除在路径上为 P 的预留 信息， 此时的预留资源能够供原来业务 P 使用。需要注意的是， 如果 P 先于 Q 使用了预留资 源， 此时如果立即拆除路径上的预留信息， 则导致 Q 的借用失败， 因此， 需要将原来预留给 P 的资源自适应的转为 Q 的预留。在收到拆除信息后仍然只删除属于 P 的状态信息， 并不立 即释放资源， 当 Q 使用后再释放。在预留资源能否借用的处理过程中， 按照业务级别和使用 时间规律来判断资源借出可用性。 在认知网络中， 首先观察网络环境的状态， 因此在节点中 加入节点信息交互模块首先收集状态信息， 若存在可以借用的资源即标识可以借用。当有 新业务预留请求到达时， 通过旗语就可以知道能否对预留资源借用。
进一步地， 在收集状态信息时， 按照不同业务等级进行收集， 本发明中为简化收 集处理过程， 采用队列方式收集信息， 将相同等级的信息加入相应的队列中， 等级 i 加入 queue[i] 中。前述说明在请求消息中包含了 QoS 级别信息以及时间信息， 在节点中加入预 留资源业务行为的预测模块， 在这里考虑使用时间， 如果在队列中已经预留尚未使用的资 源的预测使用时间超过一定值， 就通过旗语方式标识可以借用资源。 本发明的自适应借用机制及借用方法在实际应用中， 从初始状态开始， 每相隔一 个周期进行进行网络环境节点状态检测。假设经过若干个周期后， 网络中已经存在不同等 级的业务预留资源， 在某个节点， 假设 R2 中的本地资源使用情况模块建立了队列 queue[i] (i ＝ 0， 1， 2......7) 存储这些预留信息， 经过预测判断后， 标识其是否可以借用， 假设此时 可以借出的已预留资源的 QoS 级别分别为 3、 4、 5。通过旗语方式标识给自适应借用模块。 若在一个周期内有新业务的资源预留请求到达， 数据流 P 的 QoS 级别为 7 请求带宽 x， 数据 流 Q 的 QoS 级别为 5 请求带宽为 y， 数据流 R 的 QoS 级别为 3， 请求带宽为 z。因当存在资源 满足预留时， 其处理方式不改变， 以下均说明在需要资源借用时的情况 ：
P： d{S1， R1， R2， R3， R4， S3， x} 请求预留， 该业务等级为最高级别， 向下选择可以 借用的预留资源进行借用， 在自适应借用模块中根据旗语标识， 有 queue[3]queue[4] 和 queue[5] 中预留资源可以借用， 此时若 QoS 级别为 3 的预留资源满足 c 新业务请求的带宽 x， 那么允许此次预留申请。若级别为 3 的可借出的预留资源不能满足新业务请求的带宽， 则向更高级别申请。 借出后的资源不能再次借出， 此时需要更新节点资源的统计信息， 但是 在同周期内不检测网络环境等信息。此次借用预留成功后在 S3 中存储的信息是在 QoS 级 别为 7 的存储中更新的， 且不能借出， 因此等级为 7 的旗语标识未变。
Q： d{S1， R1， R2， R3， R4， S3， y} 请求预留， 该业务等级为 5， 向下选择可以借用的预 留资源进行借用， 在自适应借用模块中根据旗语标识， 有 queue[3] 和 queue[4] 中的预留资 源可以借用， 此时若 QoS 级别为 3 的预留资源满足新业务请求的带宽 y， 那么允许此次预留 申请。若级别为 3 的可借出的预留资源不能满足新业务请求的带宽， 则向更高级别 4 申请。 若 queue[4] 中的预留资源仍不满足， 此时返回 ERROR 信息。由于此次借用未成功， 各个旗
语标识未变。若 queue[4] 中的预留资源满足且大于 y， 此次预留成功， 旗语标识不变。若 queue[4] 中的预留资源恰好等于 y， 此次预留成功， 旗语标识改变成不能借用状态。
R： d{S1， R1， R2， R3， R4， S3， z} 请求预留， 该业务等级为 3， 向下选择可以借用的预 留资源进行借用， 在自适应借用模块中根据旗语标识， 不存在级别更低的预留资源可以借 用， 此次借用未成功， 各个旗语标识未变。
上述各种不同情况下的自适应借用， 均在同一个刷新周期内的情况， 只要预留资 源没有全部借出旗语标识不改变。在超过一个刷新周期后， 各个节点再次检测网络环境和 节点状态信息， 此时再重新标识是否可以借用。
综上所述， 本发明的自适应借用机制及借用方法充分体现了认知特性， 并通过在 边缘路由节点中增加相应的模块实现网络的认知化， 可以充分考虑网络中预留资源的闲置 问题， 以合理分配闲置的预留资源， 提高网络的吞吐量和资源利用率。特别的， 当网络负载 较重时， 采用本发明的自适应借用机制， 可以大幅的提高网络的吞吐量。此外， 当预留资源 占网络总资源的比例较高时， 采用本发明的自适应借用机制可以降低新业务申请的拒绝 率。
以上对本发明所提供的一种自适应借用机制及该借用机制的借用方法， 进行了详 细介绍， 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想 ； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据 本发明的思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。