CN101341692B - 基于以太网的接入网络中使用备份链路的接纳控制 - Google Patents

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Abstract

一种在具有有效链路和空闲备份链路(14a-14c)的基于以太网的网络(10)中的接纳控制过程。当在接入节点(11a-11f)中接收到服务请求时，该过程搜索到接入边缘节点(13)的具有服务于该服务请求的充足带宽的链路路径。首先搜索有效链路。如果没有找到具有充足带宽的有效链路的路径并且该服务是单播请求，则该过程搜索利用至少一个空闲备份链路并且具有服务于所述服务请求的充足带宽的路径。

Description

基于以太网的接入网络中使用备份链路的接纳控制
技术领域
本发明一般性涉及通信网络，并且特别涉及基于以太网的接入网络中的接纳控制过程。
背景技术
在通信产业中，运营商和客户都已经认识到三合一服务(即语音、数据和视频服务的打包服务)的好处。为了向连接到宽带接入网络的终端用户提供三合一服务，清楚定义的服务质量(QoS)机制是必需的。QoS支持可以划分为两个种类，绝对QoS和相对QoS，它们都具有合适的应用。对于具有绝对QoS支持的服务来说，需要接纳控制(admissioncontrol)。
根据高的水平，基于以太网的接入网络的接纳控制过程可以被描述如下：
Boolean Bandwidth_admission_control(Q S_request，Topology).
这个过程采用两个输入参数，QoS_request(QoS_请求)和Topology(拓扑)。当存在足够的带宽以接纳接纳请求的时候，该过程的返回值将是“真”，或者由于带宽不足必须拒绝该请求的情况下返回“假”。当检查可用带宽的时候，该过程查看在QoS_request参数中包含的源和目的地Mac地址，并且使用拓扑参数中的信息确定在源和目的地之间的网络中的路径。
基于以太网的接入网络可以具有不同拓扑，但是在任何给定时刻，基于以太网的接入网络中的有效链路总是构成树结构。这是因为当接入网络中存在有效环的时候，广播通信将会沿着该环再三地发送，并且最终充满网络。所以传统上，接入网络中存在多个备份链路，该备份链路只有在有效链路失败的时候被激活，这导致新的树结构。备份链路通常是空闲的，也就是说它们不共享通信负载。带宽接纳控制过程只沿着所述路径检查有效链路。因而，在某些情况下，接纳控制过程可能因为有效链路负载严重而拒绝接纳请求，而备份链路是空闲的没有任何通信负载。这是网络资源的浪费。
因此，存在对克服当前技术缺陷的改善的接纳控制过程的需要。本发明提供了这样的过程。
发明内容
在一个方面，本发明涉及在具有有效链路和空闲备份链路两者的接入网络中的接纳控制过程。该过程包括在接入网络中接收服务请求，和搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的链路的路径。搜索步骤包括搜索该接入网络中的有效链路和空闲备份链路两者。如果找到具有服务于该服务请求的充足带宽的路径，则接纳该服务请求。该过程可以首先搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的有效链路的路径，并且如果没有找到具有充足带宽的有效链路的路径则搜索具有至少一个空闲的备份链路和充足带宽的路径。
在另一个方面，本发明涉及在具有有效链路和空闲备份链路两者的基于以太网的接入网络中的接纳控制过程。该过程包括在接入网络中接收服务请求；搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的有效链路的路径；并且如果找到具有服务于该服务请求的充足带宽的有效链路的路径，则接纳该服务请求。如果没有找到具有服务于该服务请求的充足带宽的有效链路的路径，则该过程在具有至少一个空闲的备份链路的路径中搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的路径。如果没有找到具有至少一个空闲的备份链路和服务于该服务请求的充足带宽的路径，则拒绝该服务请求。如果找到了具有至少一个空闲的备份链路和服务于该服务请求的充足带宽的路径，则接纳该服务请求。只有服务请求是单播请求的情况下，可以搜索具有空闲的备份链路的路径。
附图说明
图1是适合实施本发明的示范性接入网络的拓扑的简化框图；
图2是示出现有的接入控制过程的流程图；
图3是示出本发明的过程的优选实施例的步骤的流程图。
具体实施方式
在基于以太网的接入网络中，由于广播通信，备份链路主要是空闲的。本发明当有效链路负载严重时使用备份链路来增大有效链路，从而提高网络性能。
本发明的带宽接纳控制过程首先跟随标准接纳过程来确定沿着所述路径在有效链路上是否存在可用带宽以便处理新的单播接纳请求。如果在有效路径上找到足够带宽，则该过程返回“真”。但是，当在有效路径上存在可用于该单播请求的不足带宽，本发明不是返回“假”和拒绝该服务请求，而是搜索利用备份链路的另一个路径。本发明从附连到失败链路的网络节点向目的地节点搜索。可能存在若干这样的路径，并且接纳控制过程检查在所有路径上的可用带宽，从具有最小数目的跳跃的路径开始。如果在所述路径之一上找到可用带宽，接纳控制过程返回“真”并且指导影响的节点改变其转发表并且将随后的通信沿着新找到的路径切换。如果没有找到具有足够带宽的路径，或者不存在额外的路径，则接纳控制过程返回“假”并且拒绝该服务请求。
图1是适合实施本发明的示范性接入网络拓扑10的简化框图。在该网络中，接入节点(AN1-AN6)11a-11f连接到聚合节点(AGN1-AGN3)12a-12c。聚合节点和接入边缘节点(AEN)13以完全啮合的方式连接。因而提供了用虚线表示的三个备份链路14a-14c。网络中的有效链路以实线表示。QoS接纳请求通过接入节点11接收。
本发明的带宽接纳控制过程使用的算法如下：
Boolean Bandwidth_admisslon_control(QoS_request，Topology)
存在两个输入参数，QoS_request和Topology(拓扑)。两个参数的详细结构是：
QoS_request：
服务类型：单播/多播/广播；
/*该算法只为单播服务检查备份链路*/
源Mac地址；目的地mac地址；
/*这个地址对用于找到对应的网络节点*/
最小带宽；峰值带宽；
/*服务的带宽要求*/
最大延迟，最大抖动等；
/*这个算法中不考虑其它参数*/
拓扑：
节点地址[1..n]；/*网络中每个节点的Mac地址*/
链路[1..m]：/*网络中的所有链路*/
终端节点1：节点地址
终端节点2：节点地址
/*链路所连接到的两个节点的地址*/
容量；/*总带宽*/
可用容量；/*当前可用的带宽*/
状态：有效/备份；/*链路是否在使用中或空闲*/
图2是示出现有的接入控制过程的流程图。该过程在步骤21开始，从接入节点接收服务请求。服务请求包括QoS_request参数。在步骤22，该过程进入正常接纳控制过程。该过程查看QoS_request参数中包含的源和目的地Mac地址，并且确定沿着该路径的有效链路是否具有充足带宽来处理该新接纳请求。该过程只检查沿着该路径的有效链路。如果所有链路具有处理该新接纳请求的充足带宽，则该请求被接纳。如果任何有效链路具有不足带宽，则该接纳请求被拒绝。
在步骤23，确定带宽状况是否能够接纳该新接纳请求。如果接纳，则该过程移动到步骤24并且接纳该服务请求。在步骤25，该过程为涉及到的链路修改可用容量。然后过程在步骤26结束。但是，如果在步骤23确定带宽状况不能够接纳该新接纳请求，则过程移动到步骤27，在此拒绝该服务请求。过程随后在步骤26结束。
图3是示出本发明的过程的优选实施例的步骤的流程图。如上所述，本发明的带宽接纳控制过程首先跟随标准接纳过程(步骤21-23)来确定在沿着所述路径的有效链路上是否存在处理新的接纳请求的可用带宽。如果在该有效路径上找到足够带宽，则在步骤24该过程接纳新的服务请求，在步骤25修改涉及的链路的可用容量，并且在步骤26结束。
但是，如果在步骤23确定不存在处理该新请求的充足带宽，则过程移动到步骤31，在此确定该新请求是否是单播请求。如果不是，则过程移动到步骤27，在此拒绝服务请求。过程随后在步骤26结束。
但是，如果该服务请求是单播请求，则过程移动到步骤32并且搜索所有路径，包括备份链路，以寻找具有充足带宽的路径。本发明从附连到失败链路(即具有不充足带宽的链路)的网络节点向目的地节点寻找。可能存在若干这样的路径，并且接纳控制过程检查所有路径上的可用带宽，从具有最小数目链路的路径开始。在步骤33，过程单独地分析每个找到的路径。在步骤34，过程检查在给定路径上的每个链路的带宽容量。在步骤35，确定当前分析的链路是否具有处理新请求的充足带宽。如果没有，则过程移动到步骤36，并且确定当前分析的路径是否是最后一个路径。如果是最后一个路径，那么没有找到具有充足带宽的路径，或者不存在额外路径。因此，过程移动到步骤37，在此拒绝该新的单播请求。过程随后在步骤38结束。
但是，如果在步骤35确定当前分析的链路具有处理新请求的充足带宽，则过程移动到步骤39，在步骤39确定这个链路是否是当前分析的路径上的最后一个链路。如果不是，则过程返回步骤34并且继续分析所分析的路径上的剩余链路，直到已经分析完所有链路或者发现具有不充足带宽的链路。
一旦已经确定给定路径上的所有链路具有充足带宽，过程移动到步骤40，在此接纳该单播请求。在步骤41，过程为涉及到的链路修改可用容量。该过程还指导影响到的节点修改其转发表并且沿着新发现的路径切换接下来的通信。过程随后在步骤38结束。
从图3可以清楚，该过程的最巨大的部分是搜索在任何源和目的地对之间的所有可用路径。可以采取若干步骤来优化过程的这一部分。首先，因为网络拓扑不会经常改变，当网络稳定时可以事先计算包括所有链路的路径并且在***中静态存储该路径。这样，不必在每一次服务请求到达时执行所述搜索和计算。这显著减少了接纳控制所需的资源和时间。当存在网络拓扑变化时，或当链路失败发生时，在网络再次稳定后再次重新计算所有路径。因为基于以太网的接入网络相当稳定，这样的重新计算应该稀少。
另一种可能优化在于在接入网络中所有请求通过接入节点11a-11f进入网络并且经由接入边缘节点13离开网络的事实。因此，只需要在接入节点/接入边缘节点对之间进行路径计算而不是对网络中的所有节点对进行计算。这进一步减少了路径计算所需的时间和资源。
第三种优化提供了提高的网络性能。在找到给定对之间的所有路径之后，基于加权对路径分类，并且以加权下降或上升的方式存储该路径。加权可以基于运营商感兴趣的任何因素，例如跳跃的数目、链路容量等。在此之后，当接纳控制过程为服务请求搜索可用路径时，该过程首先分析更有利的(加权)的路径。
本发明的复杂度主要在于路径搜索。为了搜索加权图的给定对之间的所有可能路径，可以应用多个现有的算法，诸如K-最短路径(KSP)和最大流(MF)。在它们之中，KSP算法提供找到所有可能路径的很好的近似。KSP的另一个优点是它的输出已经依照预定的加权被分类，这同样节省了分类时间。在最坏情况下，接纳控制过程提供O(nlog(n))的复杂度，其中n是网络中节点的数目。但是，如果过程被优化，则复杂度减少，使得不是每一次服务请求到达时都需要路径搜索。另外，一旦网络稳定，不需要搜索。已知今天基于以太网的网络的高可靠性(超过99.9％)，该过程给***增加的实际复杂度可以忽略。
因而，本发明的带宽接纳控制过程通过为单播服务请求使用网络中的备份链路，提高了网络资源的利用率。该过程通过使得当使用传统带宽接纳控制过程时另外将被拒绝的额外服务请求能够被接纳进入网络，提高了网络性能。本发明的复杂度不随着服务数目的增加而增加。该复杂度大部分时间保持恒定，并且只有当网络变化和再次收敛时消耗附加的计算资源。
本发明当然可以以这里所述的方式之外的特定方式执行，而不偏离本发明的基本特征。因此，本发明的实施例在所有方面来说都是说明性而不是限制性的，并且在随附权利要求的意义和等价范围内的所有变化都意图包含在本发明内。

Claims (26)

1.一种在具有有效链路和空闲的备份链路的接入网络中的接纳控制方法，所述方法包括以下步骤：
在接入网络中接收服务请求；
搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的链路的路径，所述搜索步骤包括：
首先搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的有效链路的路径；和
如果没有找到具有充足带宽的有效链路的路径并且该服务请求是单播请求，则搜索具有至少一个空闲的备份链路和服务于该服务请求的充足带宽的路径；和
如果找到具有服务于该服务请求的充足带宽的路径，则接纳该服务请求。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接入网络是基于以太网的网络。
3.根据权利要求1所述的方法，其中只有在所述服务请求是单播请求的情况下执行所述搜索具有至少一个空闲的备份链路的路径的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述接入网络包括多个接入节点和接入边缘节点，其中在所述接入节点中该服务请求进入该接入网络并且其中在所述接入边缘节点中，该服务请求退出该接入网络，其中所述搜索步骤包括只搜索将接入边缘节点与其中该服务请求进入网络的接入节点相连接的路径。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括，在接收服务请求之前，为特定的网络拓扑确定和存储关于从多个接入节点到接入边缘节点的所有可能路径的信息的步骤，其中当接收到服务请求的时候使用所存储的该路径信息来搜索从其中该服务请求进入接入网络的接入节点到接入边缘节点的路径。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述确定和存储关于从多个接入节点到接入边缘节点的所有可能路径的信息的步骤跟随在拓扑变化或链路失败后执行。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括基于加权因子分类和存储所述路径信息，其中所述搜索步骤包括首先从最有利的加权的路径开始搜索具有充足带宽的路径。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述加权因子是运营商定义的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述加权因子至少基于每个路径中的链路的数目和每个链路的链路容量。
10.一种在具有有效链路和空闲备份链路的接入网络中的接纳控制方法，所述方法包括以下步骤：
在接入网络中接收服务请求；
搜索具有服务于所述服务请求的充足带宽的有效链路的路径；
如果找到了具有服务于所述服务请求的充足带宽的有效链路的路径，则接纳该服务请求；
如果没有找到具有服务于所述服务请求的充足带宽的有效链路的路径，则：
确定该服务请求是否是单播请求；
如果该服务请求不是单播请求，则拒绝该服务请求；和
如果该服务请求是单播请求：
在具有至少一个空闲备份链路的路径中搜索具有服务于所述服务请求的充足带宽的路径；
如果没有找到具有至少一个空闲的备份链路和服务于所述服务请求的充足带宽的路径，则拒绝该服务请求；
如果找到了具有至少一个空闲的备份链路和服务于所述服务请求的充足带宽的路径，则接纳该服务请求。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述接入网络是基于以太网的接入网络。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述接入网络包括多个接入节点和接入边缘节点，其中在所述接入节点中该服务请求进入该接入网络并且其中在所述接入边缘节点中，该服务请求退出该接入网络，其中所述搜索步骤包括只搜索将接入边缘节点与其中该服务请求进入网络的接入节点相连接的路径。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括，在接收所述服务请求之前，为特定的网络拓扑确定和存储关于从多个接入节点到接入边缘节点的所有可能路径的信息的步骤，其中当接收到服务请求的时候利用所述存储的路径信息来搜索从其中服务请求进入该接入网络的接入节点到接入边缘节点的路径。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述确定和存储关于从多个接入节点到接入边缘节点的所有可能路径的信息的步骤跟随在拓扑改变或链路失败后执行。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括基于加权因子分类和存储路径信息，其中所述搜索步骤包括首先从最有利的加权的路径开始搜索具有充足带宽的路径。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述加权因子是运营商定义的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述加权因子至少基于每个路径中的链路的数目和每个链路的链路容量。
18.一种在具有有效链路和空闲的备份链路的接入网络中的接纳控制装置，所述装置包括：
用于在接入网络中接收服务请求的单元；
用于搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的链路的路径的单元，所述搜索单元包括：
用于首先搜索具有服务于该服务请求的充足带宽的有效链路的路径的部件；和
用于在没有找到具有充足带宽的有效链路的路径并且该服务请求是单播请求的情况下搜索具有至少一个空闲的备份链路和服务于该服务请求的充足带宽的路径的部件；和
用于在找到具有服务于该服务请求的充足带宽的路径的情况下接纳该服务请求的部件。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述接入网络是基于以太网的网络。
20.根据权利要求18所述的装置，其中只有在所述服务请求是单播请求的情况下由所述搜索单元搜索具有至少一个空闲的备份链路的路径。
21.根据权利要求18所述的装置，其中所述接入网络包括多个接入节点和接入边缘节点，其中在所述接入节点中该服务请求进入该接入网络并且其中在所述接入边缘节点中，该服务请求退出该接入网络，其中所述搜索单元只搜索将接入边缘节点与其中该服务请求进入网络的接入节点相连接的路径。
22.根据权利要求21所述的装置，进一步包括用于在接收服务请求之前为特定的网络拓扑确定和存储关于从多个接入节点到接入边缘节点的所有可能路径的信息的单元，其中当接收到服务请求的时候使用所存储的该路径信息来搜索从其中该服务请求进入接入网络的接入节点到接入边缘节点的路径。
23.根据权利要求22所述的装置，其中由所述确定和存储单元在拓扑变化或链路失败后确定和存储关于从多个接入节点到接入边缘节点的所有可能路径的信息。
24.根据权利要求22所述的装置，进一步包括用于基于加权因子分类和存储所述路径信息的单元，其中所述搜索单元首先从最有利的加权的路径开始搜索具有充足带宽的路径。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述加权因子是运营商定义的。
26.根据权利要求25所述的装置，其中所述加权因子至少基于每个路径中的链路的数目和每个链路的链路容量。
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