CN100414905C - 保证业务QoS的宽带接入网络及其方法 - Google Patents

保证业务QoS的宽带接入网络及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种保证业务QoS的宽带接入网络及其方法。本发明主要是在宽带接入网络中，设置相应的ARM(接入资源管理器)，并在宽带接入服务器与各用户接入设备间分别建立相应的逻辑通道，然后，由ARM对各逻辑通道的带宽资源进行统一管理，从而实现了根据各逻辑通道的带宽资源情况对宽带接入网中的传输业务提供QoS保证。本发明可以使宽带网络运营商在宽带接入网范围内能够支持对实时业务的QoS保证，并可以为相应的业务按需分配带宽资源；同时，本发明中，运营商可以通过单一网络提供更全的业务种类，降低网络总体拥有成本，创造最大价值。

Description

保证业务QoS的宽带接入网络及其方法
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种保证业务QoS的宽带接入网络及其方法。
背景技术
随着语音分组技术、数字电视、数字广播技术的迅速发展，各类业务均可以共享统一的分组承载网络，尤其是可以共享相应的接入网。目前，基于IP技术构建的宽带网络具有成本低，带宽丰富的特点，因此，宽带网络为应用业务的开发提供了巨大的想象空间。
同时，随着NGN(下一代网络)网络架构的逐步完善，为应用业务提供了统一的平台，新业务可通过开放的接口平滑地加入到网络中。接入承载与业务平台的统一可大大加快新业务部署的速度、降低初期建设成本，使宽带应用业务的快速开发、快速发放成为可能。而且，如果采用宽带接入网承载多种业务的接入，还可以降低网络的总拥有成本，提高运营商的竞争力。
然而，在宽带接入网络中，由于语音、可视通信、视频等实时业务的实时性的特点决定其与Email(电子邮件)、FTP(文件传送协议)等传统数据业务有着不同的QoS要求，即语音、可视通信、视频等实时业务对承载网络的带宽保证、时延、抖动、包丢失率等QoS指标有着较高的要求。这就要求宽带接入网络能够感知业务类型，并提供相应的业务质量保证。
目前，相应的宽带接入网络***如图1所示，包括：用户接入设备、网络汇聚设备、BAS(宽带接入服务)器及AAA(认证计费服务器)，其中，所述的用户接入设备可以为DSLAM(数字用户线接入复用器)或LAN SW(本地网交换机)，所述的网络汇聚设备可以为ATM(异步传输模式)交换机或以太网交换机。用户接入设备实现用户线路汇接功能，网络汇聚设备将用户接入设备连接到宽带接入服务器，宽带接入服务器实现用户接入链路层终结、并配合认证计费服务器实现用户的接入认证和计费。
在宽带接入网络的建设初期，由于用户只有普通INTERNET(互联网)上网业务需求，出于成本以及用户数量有限等因素的考虑，运营商往往采用层层级联或汇聚方式进行组网，并没有考虑到日后支持有QoS(服务质量)保障业务的应用。同时，所采用的接入设备不区分业务，对所有数据包都采用Best Effort(尽力而为)转发。
由于级联或汇聚层数较多，接入层带宽收敛比较大，收敛节点也比较多，在接入层发生拥塞不可避免，而且拥塞可能发生于多个节点。因此，接入设备不区分业务，无法针对不同的业务提供QOS保障，使得在拥塞发生时无法保证实时业务的质量。对运营商来说，由于无法向用户保证服务质量，当然也就无法向用户收取足够的服务费用。
为解决上述问题，可以采用的方式包括：对网络进行带宽规划，为每个用户接入设备节点保留足够的带宽，同时对节点的新增业务量施加控制，即根据该节点预留的带宽与实时业务QoS要求人为限制实时业务最大开户数。为此，接入设备需要识别业务，通过区分服务及预先确定的流量监管措施实现服务质量保障，保证实时业务的质量。
可以看出，上述方法只能根据最大并发用户数及最高等级业务速率进行预留估计，但无法实现业务收敛比。而且，该方法还由于实际开户数与业务种类受限，即如果大规模扩展用户与业务，则需要网络进行大规模扩容调整。另外，对于高等级业务的“虚拟话务量”很低，但带宽占用很大的情况，上述方法无法保证宽带接入网络的收益与投资匹配。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种保证业务QoS的宽带接入网络及其方法，以保证宽带接入网络中实时业务的QoS，并可以合理利用网络中的带宽资源。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种保证业务QoS的宽带接入网络，包括用户接入设备、宽带接入服务器，用户终端通过用户接入设备接入宽带接入网络，并通过宽带接入服务器实现用户终端接入链路层的终结，所述网络还包括：
接入资源管理器：分别与用户接入设备及宽带接入服务器相连，用于获取宽带接入网络中的各个用户接入设备与宽带接入服务器间的逻辑通道对应的接入带宽资源信息，并根据所述的逻辑通道对应的接入带宽资源信息控制宽带接入网络中业务的接入。
所述的接入资源管理器可以内置于宽带接入服务器中，或者独立于宽带接入服务器设置，并分别与宽带接入服务器、用户接入设备、网络汇聚设备和用户终端设备连接中的至少一项。
所述的接入资源管理器还与通信网络中的实时业务控制点连接，并进行信息的交互。
本发明还提供了一种宽带接入网络中保证业务QoS的方法，包括：
A、在宽带接入网络中，分别建立用户接入设备与宽带接入服务器间的逻辑通道；
B、统一为各个逻辑通道分配对应的带宽资源；
C、接入资源管理器根据所述各个逻辑通道对应的带宽资源对接入宽带接入网络的业务进行QoS管理。
所述的步骤A包括：
分别在各个用户接入设备与宽带接入服务器间建立至少一条逻辑通道。
所述的逻辑通道包括：
虚拟通道VP、虚拟局域网VLAN通道或标签交换路径LSP。
所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法还包括：
通过远程登录或在本地设置逻辑通道对应的带宽资源信息，或对其进行修改。
所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法包括：
将用户接入设备的各个逻辑通道信息及其对应的带宽资源信息保存于接入资源管理器中，接入资源管理器直接获取各个逻辑通道对应的带宽资源信息，并执行步骤C；
或者，将各个逻辑通道对应的带宽资源信息保存于对应的用户接入设备中，接入资源管理器向用户接入设备获取各个逻辑通道对应的带宽资源信息，并执行步骤C。
所述的步骤C包括：
C1、当用户接入宽带接入网络开展实时业务时，实时业务控制点将向接入资源管理器申请接入资源；
C2、接入资源管理器确定用户接入宽带接入网络经由的用户接入设备，及占用的逻辑通道；
C3、接入资源管理器根据该逻辑通道的资源使用情况确定是否允许用户的本次实时业务接入网络。
所述的步骤C3包括：
C31、接入资源管理器判断该逻辑通道的剩余的带宽资源是否可以满足本次实时业务接入的带宽资源需求，如果可以，则执行步骤C32，否则，执行步骤C33；
C32、允许本次实时业务接入宽带接入网络，并修改该逻辑通道的资源使用情况信息；
C33、拒绝本次实时业务的接入请求。
所述的步骤C还包括：
当本次实时业务完成时，实时业务控制点通知接入资源管理器释放本次实时业务占用的带宽资源，并更新相应逻辑通道的资源使用情况信息。
所述的步骤C还包括：
接入资源管理器向宽带接入服务器、用户接入设备、网络汇聚设备和用户终端设备中的至少一项下发QoS参数和规则信息，各个用户接入设备、网络汇聚设备或用户终端设备，以及宽带接入服务器根据所述的QoS参数和规则对接入宽带接入网络的业务进行控制管理。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明中由于采用了接入资源管理器对宽带接入网络中的带宽资源统一进行管理，从而使得宽带网络运营商在宽带接入网范围内能够支持对实时业务的QoS保证，并可以为相应的业务按需分配带宽资源；同时，本发明实现了业务收敛，为大规模开通用户与业务提供了极大的方便。因此，本发明中，运营商可以通过单一网络提供更全的业务种类，降低网络总体拥有成本，创造最大价值。
附图说明
图1为宽带接入网络的组网结构示意图；
图2为本发明所述的宽带接入网络的组网结构示意图；
图3为本发明所述的方法的流程图；
图4和图5为宽带接入网络中建立的逻辑通道的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是在宽带接入网络中设置相应的ARM(接入资源管理器)，并在宽带接入服务器与各用户接入设备间分别建立相应的逻辑通道，然后，由ARM对各逻辑通道的带宽资源进行统一管理，从而实现了根据各逻辑通道的带宽资源使用情况对宽带接入网中的业务提供QoS保证。
下面将结合附图对本发明的具体实现方式进行说明。
本发明中，所述的可保证QoS的宽带接入网络的组网结构如图2所示，具体包括以下各部分：
用户接入设备：
实现用户线路汇接功能，所述的用户接入设备可以是ATM DSLAM(异步传输模式数字用户线接入复用器)、IP DSLAM(互联网协议数字用户线接入复用器)或者LAN switch(局域网交换机)；
用户接入设备根据ARM下发的QoS参数和规则进行相应业务的流量管理；当用户接入设备采用ATM DSLAM时，可以支持ATM QoS机制，基于PVC(永久虚电路)实现流量监管、调度；当用户接入设备采用IP DSLAM时，具有流分类、CAR(流量监控)、报文优先级调度以及802.1P等功能，还可以将承载不同业务的PVC映射到不同的VLAN上，根据VLAN进行调度服务，当用户接入设备采用LAN switch时需要具有流分类、CAR(流量监控)、报文优先级调度以及802.1P等功能。
网络汇聚设备：
网络汇聚设备可以为ATM交换机或以太网交换机，用于将用户接入设备连接到宽带接入服务器；
同样，网络汇聚设备也可以根据ARM下发的QoS参数和进行相应业务的流量管理；具体为：当网络汇聚设备采用ATM交换机时，可支持ATM QoS机制，基于PVC/PVP(永久虚通道)实现调度；当网络汇聚设备采用以太网交换机时，可以基于802.1P调度，还可以根据VLAN进行调度服务。
宽带接入服务器BAS：
用于实现用户接入链路层终结，以及配合认证计费服务器实现用户的接入认证和计费，宽带接入服务器支持流分类、优先级标识的重标记、流量监管、拥塞控制以及队列调度等功能；
本发明中，需要BAS与ARM配合，支持用户接入设备的地址、拓扑及带宽信息收集，以及将带宽和QoS参数动态下发给用户接入设备或网络汇聚设备，所述的用户的地址、拓扑及带宽信息通常保存于网管设备中，也可以保存于各个用户接入设备中；所述的BAS还需要支持对以太网出口报文的IP优先级到802.1p优先级以及IP优先级到ATM网络优先级的映射功能。
接入资源管理器ARM：
接入资源管理器是本发明的核心部分，用于获取网络拓扑、链路参数，并与实时业务控制点进行信息交互，接收相关承载资源的占用与释放请求，并进行相应的资源的占用和释放处理，还通过计算接入层网络占用情况决定是否接纳新的业务量，以确保资源不被超量使用，保证已接入业务的QoS；所述的实时业务控制点可以为NGN(下一代网络)中的SOFT SWITCH(软交换中心)等；
所述的ARM可以通过动态协议或静态配置获取所述网络拓扑信息，所述网络拓扑信息包括物理拓扑信息和逻辑拓扑信息，所述的宽带接入网的网络拓扑结构可以为星形、树形、环形、链形等多种形式。
本发明中采用了接入资源管理器对整个宽带接入网络的带宽资源进行统一管理，从而便于整网带宽资源的统一调配，以更好地满足各业务的带宽需求，同时，本发明中增加的接入资源管理器还可以使得与实时业务控制点间的信令交互更为方便，进而使得控制业务接入的过程更为灵活方便。
本发明所述的方法的具体实现方式如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤31：在各个用户接入设备与宽带接入服务器间建立逻辑通道，每个用户接入设备与宽带接入服务器间的逻辑通道可以为一条，也可以为多条；
如图4和图5所示，以所述的宽带接入网络为星形拓扑结构为例，每个用户接入设备预先建立一条(或多条)单独的逻辑通道到BAS，所述逻辑通道经过的设备需要为其提供QoS保证，所述的逻辑通道可以是VP通道、VLAN通道、LSP等等；
所述的多条逻辑通道可以为在同一用户接入设备上根据业务的类型分别建立，例如，针对语音业务建立一条逻辑通道，针对视频业务再建立一条逻辑通道，等等。
步骤32：ARM获取接入网的网络拓扑，以及各个接入设备和网络汇聚设备的带宽参数；具体为获取各用户接入设备与BAS间的逻辑通道信息，以及对应的带宽资源信息；
根据获取的网络拓扑信息，ARM可以维护这个接入网中各个用户接入设备及网络汇聚设备的拓扑信息，如星形拓扑信息，所述拓扑结构图记录了所有用户接入设备及网络汇聚设备的上下级关系、每种设备的上下行的带宽使用情况，包括物理端口带宽、逻辑通道带宽；
步骤33：通过上述过程ARM获取了各用户接入设备与BAS间的逻辑通道的带资源信息，之后，便可以在用户接入网络开展业务的过程中为其提供相应的服务质量保证，具体的针对实时业务的上线和下线的处理过程如下：
步骤331：当用户接入宽带接入网络开展实时业务时，首先，通过信令建立呼叫连接，实时业务控制点在接收到用户的信令报文时，则向宽带接入网中的ARM申请占用相应的资源；
步骤332：ARM收到所述的资源占用申请后，则首先确定该业务接入网络经由的接入设备，进而确定相应的业务需要使用的逻辑通道；
所述的确定用户接入网络经由的接入设备可以通过宽带用户定位手段实现，例如，可以根据报文中承载的用户接入网络的接入端口信息确定接入网络的接入设备；
如果所述的用户接入设备中包含多条逻辑通道，则需要根据各逻辑通道的类型信息确定本次实时业务占用的逻辑通道，例如，根据业务的类型确定相应的逻辑通道，当然，如果各个逻辑通道分别为根据业务的优先级别建立，则该过程中需要根据业务的优先级别确定相应的逻辑通道；
步骤333：ARM检查其保存的该逻辑通道的资源使用情况信息，并判断该逻辑通道剩余的带宽资源是否可以满足开展本次实时业务的需要，如果剩余带宽不能满足需要开展本次实时业务的需要，则执行步骤334，拒绝本次申请，用户呼叫失败，过程结束；如果可以满足，则执行步骤335，同意本次申请，同时更新保存的该逻辑通道的资源使用情况信息，并在实时业务结束时，执行步骤336；
步骤336：实时业务过程结束，SCF(业务控制功能)，即实时业务控制点拆除本次业务建立的连接，并向接入层的ARM申请释放该实时业务占用的资源，ARM删除相应的带宽资源占用信息后，修改该逻辑通道的资源使用情况信息。
本发明中，当在步骤335中确定相应的业务可以接入宽带接入网络，则还可以向宽带接入服务器下发相应的QoS参数和规则，以便于宽带接入服务器可以根据所述的QoS参数和规则为该业务提供相应的服务质量；同时，在该业务开展过程结束时，ARM还需要通知宽带接入服务器删除该业务的QoS参数和规则。
本发明中，还包括接入资源管理器在实时业务建立过程中根据业务对QoS的要求向各个接入设备、用户终端设备或网络汇聚设备配置相应的QoS参数和规则；从而使得用户接入设备、用户终端设备或网络汇聚设备可以识别出实时业务和普通上网业务，并在发生拥塞时，通过流量监管、队列调度等QoS机制，保证实时业务的QoS。即让用户接入设备、用户终端设备及网络汇聚设备等均能够接受ARM的控制，当用户开展实时业务时，ARM可以动态修改用户接入设备、用户终端设备及网络汇聚设备的QoS参数和规则，以更好地保证宽带接入网络中的实时业务的QoS，否则，只能在相应设备上静态配置相应的QoS参数和规则，导致业务扩展性较差，且静态配置的数目太多将导致设置无法承受，例如，某接入设备可以接入1000用户，如果每个用户开通5种业务，则静态配置需要设备支持5000条规则。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1. 一种保证业务QoS的宽带接入网络，包括用户接入设备、宽带接入服务器，用户终端通过用户接入设备接入宽带接入网络，并通过宽带接入服务器实现用户终端接入链路层的终结，其特征在于，还包括：
接入资源管理器：分别与用户接入设备及宽带接入服务器相连，用于获取宽带接入网络中的各个用户接入设备与宽带接入服务器间的逻辑通道对应的接入带宽资源信息，并根据所述的逻辑通道对应的接入带宽资源信息控制宽带接入网络中业务的接入。
2. 根据权利要求1所述的保证业务QoS的宽带接入网络，其特征在于，所述的接入资源管理器可以内置于宽带接入服务器中，或者独立于宽带接入服务器设置，并分别与宽带接入服务器、用户接入设备、网络汇聚设备和用户终端设备中的至少一项连接。
3. 根据权利要求1或2所述的保证业务QoS的宽带接入网络，其特征在于，所述的接入资源管理器还与通信网络中的实时业务控制点连接，并进行信息的交互。
4. 一种宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，包括：
A、在宽带接入网络中，分别建立用户接入设备与宽带接入服务器间的逻辑通道；
B、统一为各个逻辑通道分配对应的带宽资源；
C、接入资源管理器根据所述各个逻辑通道对应的带宽资源对接入宽带接入网络的业务进行QoS管理。
5. 根据权利要求4所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：
分别在各个用户接入设备与宽带接入服务器间建立至少一条逻辑通道。
6. 根据权利要求4所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，所述的逻辑通道包括：
虚拟通道VP、虚拟局域网VLAN通道或标签交换路径LSP。
7. 根据权利要求4、5或6所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，该方法还包括：
通过远程登录或在本地设置逻辑通道对应的带宽资源信息，或对其进行修改。
8. 根据权利要求4、5或6所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，该方法包括：
将用户接入设备的各个逻辑通道信息及其对应的带宽资源信息保存于接入资源管理器中，接入资源管理器直接获取各个逻辑通道对应的带宽资源信息，并执行步骤C；
或者，将各个逻辑通道对应的带宽资源信息保存于对应的用户接入设备中，接入资源管理器向用户接入设备获取各个逻辑通道对应的带宽资源信息，并执行步骤C。
9. 根据权利要求8所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，所述的步骤C包括：
C1、当用户接入宽带接入网络开展实时业务时，实时业务控制点将向接入资源管理器申请接入资源；
C2、接入资源管理器确定用户接入宽带接入网络经由的用户接入设备，及占用的逻辑通道；
C3、接入资源管理器根据该逻辑通道的资源使用情况确定是否允许用户的本次实时业务接入网络。
10. 根据权利要求9所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，所述的步骤C3包括：
C31、接入资源管理器判断该逻辑通道的剩余的带宽资源是否可以满足本次实时业务接入的带宽资源需求，如果可以，则执行步骤C32，否则，执行步骤C33；
C32、允许本次实时业务接入宽带接入网络，并修改该逻辑通道的资源使用情况信息；
C33、拒绝本次实时业务的接入请求。
11. 根据权利要求9所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，所述的步骤C还包括：
当本次实时业务完成时，实时业务控制点通知接入资源管理器释放本次实时业务占用的带宽资源，并更新相应逻辑通道的资源使用情况信息。
12. 根据权利要求9所述的宽带接入网络中保证业务QoS的方法，其特征在于，所述的步骤C还包括：
接入资源管理器向宽带接入服务器、用户接入设备、网络汇聚设备和用户终端设备中的至少一项下发QoS参数和规则信息，各个用户接入设备、网络汇聚设备或用户终端设备，以及宽带接入服务器根据所述的QoS参数和规则对接入宽带接入网络的业务进行控制管理。
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