用于综合业务分组交换网络的接纳控制方法和交换节点 【技术领域】
本发明涉及用于电信网络，特别是用于综合业务分组交换网络的业务结构，所述业务结构使得所述网络可以支持要求不同服务质量(QoS)等级的应用。
技术背景
当前综合通信网的趋势要求发展能够支持不同范围的服务质量的网络结构，所述服务质量被不同范围的不同应用所要求。这些应用在它们所产生的业务量及它们能忍受的数据丢失和延迟等级上存在差异。例如，音频数据不需要数据业务所需要地分组差错的可靠性，但音频数据不能忍受过大的延迟。而其他的应用可能对数据丢失和延迟都敏感。
考虑中的网络结构是基于分组(或信元)交换范例的，例如传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)或异步传输模式(ATM)。支持综合业务分组交换网的基本思想是：所有业务量都在相同的物理网络上承载，但属于有不同QoS要求的流的分组在网络中被区别对待。一个流代表了有共同的业务量(例如，峰值速率)和QoS(例如丢失)描述，且有相同源和目的地的分组流。
这一在处理上的不同一般是通过一个交换机制实现的，这一交换机制首先根据到达一个交换节点(SN)的分组的QoS承诺对它们分类，然后基于分类的结果调度分组的发送。理想地，在每个交换节点中的分类器和调度器应当是简单、快速、可升级和便宜的。
为了保护现有的承诺，网络必须能够拒绝任何新的请求。这是通过使用某种机制(通常是分布式的)来判断新的请求是否能被接纳的接纳控制(AC)来实现的。
在针对该问题的几个被提议的解决方案中，可以根据它们是否有所谓的“按每个流”调度而被分成两个主要的组。
图1给出了一个基于每个流调度的众所周知的解决方案。这类系统有一个维护每个流状态的调度算法，且要做的工作量取决于流的数量。一个动态的队列/存储器处理器13为每个流分配一个单独的缓冲区Q1到Qn。每个不同的源事先提供一个其业务量的描述符，该描述符限制了要被发送到网络中的负载量。网络利用接纳控制12来确定它是否应该接受一个新的请求。在接纳之后，由一个边缘设备(是业务提供者的委托区域边界上的功能，其作用是一个对另一个业务提供者或用户的检查点)来控制源的业务量。所使用的控制的一个典型例子是加权的公平排队(WFQ)或类似的变型。
使用这种按每个流调度的形式的解决方案的缺点是：需要复杂的队列处理器及分类/调度硬件。对于每个分组，分类器10必须确定分组应被放入的相应缓冲区Q1到Qn。大且变化的队列数意味着队列处理器的功能会很复杂。当下一个分组要被发送时，调度器14必须选择恰当的缓冲区来从中发送。调度器14也可能是一个瓶颈，因为它需要服务于很大的队列数。按每个分组处理的代价会很高且随着流的数量的增加而增加。此外，算法是不可升级的，这意味着当流的量和数目增大时，处理复杂性的增加将超越所能处理的情况。
图2给出了另一个众所周知的基于一个没有按每个流调度的系统的解决方案。这种解决方案提供了一些固定的、预先定义的QoS等级。这种调度不是基于单独的流而是基于分组的QoS等级。这种方法需要简单一些的硬件。单独的队列Q1到Qn被提供给每个QoS等级。分组分类器15将进入的分组分到恰当的QoS队列Q1到Qn中。这个解决方案或者设法确保高级用户得到更好的服务，或者设法确保明确的确定性保证。
被提议的、不使用按每个流调度的解决方案有两个局限性中的一个局限。第一，它们只能提供很不精确的QoS保证。另外，QoS的量度值未被明确定义(例如，有差别的业务结构)。第二，所提供的保证是确定的，这意味着没有统计复用增益可以被利用。其结果是，网络的利用率很低。
本发明的目的是通过提供一种业务结构来克服上面列出的现有技术的缺点，所述业务结构用一种简单且可升级的方式来保证在一个综合业务分组交换网中的不同服务质量等级。这是利用基于接纳控制来组合简单分组调度和测量以提供精确的服务质量保证的交换节点而获得的。
发明概要
根据本发明的第一个方面，提供了用于综合业务分组交换网中的一个交换节点的接纳控制方法，该方法包含的步骤是：
为每个进入的流基于该流所要求的服务保证来分配相应的多个优先级中被选定的一个优先级；
判定，如果该进入的流被接纳，则对于该进入的流及所有以前被接纳的流服务保证能否被满足；以及如果能，
则接纳该进入的流。
根据本发明的另一个方面，一个交换节点包含：
用来为每个进入的流基于该流所要求的服务保证而分配相应的其中一个优先级的装置；
用来判定，如果该进入的流被接纳，则对于该进入的流及所有以前被接纳的流服务保证能否被满足的接纳控制装置；以及
如果能，则用来接纳该进入的流的装置。
根据本发明的另一个方面，一个综合业务分组交换网络包含多个交换节点，其中至少一个交换节点包括：
用来为每个进入的流基于该流所要求的服务保证而分配相应的其中一个优先级的装置；
用来判定，如果该进入的流被接纳，则对于该进入的流以及所有以前被接纳的流服务保证能否被满足的接纳控制装置；以及
如果能，则用来接纳该进入的流的装置。
附图简述
为了更好地理解本发明，现在参考附图举例说明，其中：
图1给出了根据现有技术基于每个流调度的一个接纳控制系统，
图2给出了根据现有技术的没有按每个流调度的一个接纳控制系统，
图3给出了根据本发明的一个实施方案、组成业务结构的网络实体的一个方块图，
图4给出了根据本发明的有接纳控制的一个交换节点，
图5是一张说明了根据本发明在接纳控制方法中接纳一个新呼叫请求时所包含的步骤的流程图。
发明优选实施方案的详细描述
优选实施方案的综合业务分组交换网络提供了三个业务种类。它们是：
ⅰ．最大延迟保证，
ⅱ．最大分组丢失保证，及
ⅲ．尽力。
在延迟和丢失类别中有固定数量的业务。对于延迟类别中的业务，网络提供不同等级的最大延迟(d1,d2,…)保证及严格的丢失保证，而对于丢失类别中的业务，不同等级的最大丢失(11,l2,…)保证被提供，但没有明确的延迟。对于尽力的业务则根本不给予保证，但也不进行接纳控制。这意味着剩余的未被其它业务使用的所有带宽都可以被它利用。
图3给出了构成本发明网络结构的网络单元。网络由被连接到边缘设备2上的终端系统1构成。每个终端系统1向其相关的边缘设备发信号以建立和拆除分组流，并为被接纳的流生成业务量。
边缘设备依次被连接到交换节点3。每个边缘设备2的用途是控制被接纳连接的业务量，并保证分组头中的业务域被设置为连接的业务等级。
网络的运行依赖于将一个新请求从终端系统传达给网络并在网络节点间传达的信令协议。该信令协议也为一个请求的接受或拒绝以及来自终端系统的请求的终结发信号。所使用的准确的协议并不构成本发明的一部分，只要它符合上面提出的原则便可。
在运行中，一个终端系统1为一个新流的请求发信号给边缘设备2。信令消息包含业务描述符和业务量描述符。业务量描述符包含一个峰值速率或一个漏桶描述符，或两者都有。边缘设备2将请求沿着流的路径传送且每个交换节点3在本地作出接纳控制决定。对一个请求的拒绝或接受被发信号传回终端系统1。
如果该流被接受，则终端系统1开始发送数据给边缘设备2。边缘设备2负责识别分组所属的流。它检查分组是否符合流的业务量描述符。如果不符合，则边缘设备2丢弃该分组。如果该分组符合，则边缘设备就基于该流的QoS请求分配一个优先级给该分组。优先级被存储在分组头中(例如，IP分组的TOS域或ATM信元中的VPI/VCI域)。该分组沿着到其目的地的路径传播。在每个交换节点3中，分组被发送到对应于分组头中的值的队列中。队列被基于严格的优先级原则而服务，从而节省了调度器的工作。
图4给出了根据本发明的、可提供接纳控制的交换节点的优选实施方案。
一个优先级分类器4基于该流的业务请求分配优先级，它在信令消息的业务描述符中被传达。被接纳的分组依赖分组头中含有的值被发送给多个不同的优先级队列6。“延迟”业务类别中的业务总是得到比“丢失”业务类别中的业务更高的优先级。优先级1到n提供延迟有保证的业务，以及优先级n+1到m提供丢失有保证的业务。在每个类别中，更严格的服务比不太严格的服务得到更高的优先级。
例如，d1有一个更苛求的服务保证要求，因此它有一个比d2更高的优先级，d2又比d3的优先级高等等。同样，在丢失类别中，l1有一个更苛求的服务保证要求，因此它有一个比l2更高的优先级，l2又比l3的优先级高等等。尽力的业务总是被分配以最低的优先级Pm+1。
交换节点3有装置51到5m，用来连续测量进入除最低的Pm+1之外的每个优先级缓冲区P1到Pm中的平均比特率。这些测量被用于帮助本发明的接纳控制算法。
图5给出了本发明的接纳控制方法中包含的步骤。
如步骤S2所示，当一个请求以第k优先级到达时，用于优先级l=k…Pm的网络容量被计算。对于l的所有选择，等级l或更高等级的业务量负载的测量要被考虑。这些容量需求对于保证所有已被更低优先级队列所接纳的流的服务质量是必需的。在步骤S3，这些容量被与网络容量相比较，并且在步骤S4，如果有足够的容量，则在步骤S5，该请求被接受。否则，在步骤S6，该请求被拒绝。
这样，例如，如果在每个优先级P1到Pm+1上有10个被接纳的流，且一个新的请求以第3优先级P3到来，则接纳控制装置判定是否利用整个链路便能保证所有31个流(即那些在P1到P3中的以及新的流)的d3延迟。如果请求以第6优先级到达且这是有l2丢失保证的业务的队列，则接纳控制装置判断是否能保证所有61个流(即那些在P1到P6中的及新的流)的l2丢失。这保证了对于第k等级的业务的服务质量。不过，必须保证对于更低优先级的服务保证也能被满足。因此，如上所述，当一个请求被接收到时，对于第k等级和更低等级所需的容量就被计算。如果对于第k等级及所有更低的优先级有足够的容量，则新的请求就被接纳。
以这种方式，便可以克服现有技术的优先级调度技术的缺点，从而防止较高优先级的业务量严重阻塞较低优先级的业务量。
最好是，对于延迟有保证的业务的接纳控制依赖下列要被满足的条件：ρ0+Σi=1kMi+1dk-ln(ϵd)2((σ0+ρ0dk)2+Σi∈A1···k(σi+ρidk)2)<C]]>
其中：
ρ0,σ0 新流的标记速率及漏桶尺寸
k 被分配给新流的优先级
εd 饱和概率(应小于丢失值11,12,13…，例如10-8)
ρi,σi 流i的标记速率和漏桶尺寸
A1…k 属于第一k(1…k)优先级的流的集合
C 输出链路速率
Mi 被测量的优先级i的平均速率
dk 优先级k的延迟保证
最好是，对于丢失有保证的业务的接纳控制依赖下面两个要被满足的条件：
条件1ρ0+Σi=1kMi+-ln(lk-n)2(ρ02+Σi∈A1···kρi2)<C]]>
条件2-ln(lk-n)2(σ02+Σi∈A1···kσi2)<Bk]]>
其中：
ρ0,σ0 新流的标记速率及漏桶尺寸
k 被分配给新流的优先级
li 丢失有保证的服务i的饱和概率
ρi,σi 流i的标记速率和漏桶尺寸
A1…k 属于第一k(1…k)优先级的流的集合
C 输出链路速率
Bk 队列k的缓存容量
Mi 被测量的优先级i的平均速率
当根据上面列出的接纳控制原则流已被接纳时，一个优先级调度器7(如图4所示)就基于严格的优先级原则服务于这些队列以便将分组从交换节点输出。
上面描述的接纳控制方法克服了现有技术的问题，因为该接纳算法是可升级的，即它不依赖不同优先级的数量，且不允许更高优先级的业务量严重阻塞更低优先级的业务量。
本发明有一个优点是调度器中每个分组所需的工作量最小。该结构能够比基于WFQ的方案接纳更多的流，且可以在几个业务量等级中进行统计复用从而增加了可被接纳的业务量。
当接纳第k优先级时，本发明会认为好象所有更高优先级的业务量都属于这个等级。以这种方式，接纳控制不在单独的等级中进行，而是在等级组中进行，因而增加了统计复用增益。用来监控网络资源的实际使用的可升级的、集合的等级测量意味着网络效率被提高了。