专利名称：用于动态分配网络资源的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于提供通信网资源的设备。
过去，网络----特别是用于支持互联网的那些网络—将共享资源路由器的缓存以及路由器和主机之间、所有网络用户之间的连接的线路容量。在现代网络中，所希望的是在不同网络业务类型之间划分资源。网络供应商不是希望分配公共互联网的共享业务，而是希望基于诸如他们对服务进行支付的自动自发、他们对于不同服务质量的需要或二者的某些组合之类的其它特性来分配业务类型之间的资源。
使用诸如不同业务类别之间的链路带宽划分之类的资源划分的网络元件(路由器和交换机)使用一个调度器，所述调度器作为它算法的一部分，固定将要被分配给每一类别的资源量(传出带宽)。
结果，在未被服务的网络路由器中排列的业务在队列填充和溢出时可能会被延迟或者丢失。按照这样一个方案，例如基于一个简单的优先方案根据策略，或者基于每个业务类别值的一个被分配的加权，来分配缓存空间的资源和调度器服务加权。
过去对于业务特性的关心已经注意到在此方法中所固有的难点。这些方案既难以最初配置又难以在改变网络需求时保持正确—结果，此种方案浪费资源并且受限于所提供的服务复杂性。
本发明建议了使用带宽要求的基于测量的估算器(MBE)来增强的资源调度性能。此方法的一个优点是它可以往回适配(retro-fitted)到当前网络元件而没有显著缺点。根据需要，动态分配可以被加到任何网络元件。在这样一个“每一--网络元件”方法中，MBE被用来计算每一业务类型需要的精确资源加权。此估计然后被用于调整调度算法的加权以及调整缓存的深度和特性。
依赖于已经投入到基于测量的容许控制(MBAC)中的基础工作，一种MBAC算法被应用来连续地提供带宽要求的基于测量的估计并且在此MBE之上建立一种动态资源分配器。
根据本发明的系统框图在
图1中给出。动态分配系统由一个用于计算每个业务种类之需求的方法组成。在这里给出的实施例中，基于测量的估算器使用线应用率的测量来计算每个种类的需求，对这些需求的估计然后被提供给动态资源分配器。动态资源分配器能够配置调度器的加权(例如加权轮转调度器的权重)，以及特定业务种类可以使用的最大缓存器深度。当这些业务类别被复用到传出链路上时，网络元件将对它们施加所配置的这些限制。
区分服务(Differentiated service)可以简单地被定义为网络向网络用户提供两个或更多类型的网络特性的能力。此类网络的示例包括一个提供低等待时间的网络或者一个提供低损耗的网络。容许控制和适当调度算法的组合方法早已被认为是在综合业务网中提供业务质量(QoS)的中心。可是，容许控制在诸如现代互联网之类的网络中通常不被认为是实际的。引入容许控制技术(例如IntServ/RSVP)的尝试被认为在一个广泛范围上实现是不切实际的。
希望提供QoS但是没有明确容许控制的网络是区分服务网络体系结构(DiffServ)方法的中心思想。在诸如DiffServ之类的区分服务系统中携带的流不接收单独的资源保证。相反，对每个流所属的业务种类做出保证。业务种类将接收它需要的所有资源但是不接收个人流属性，并且流相互作用将意味着每个流资源实际上将只是统计上的。这意味着在任何瞬间，一个特定流可以接收比它所需资源更多或更少的资源。
如下所述的内容集中在携带好几个预先分类的业务类别的单个网络元件上，例如一个核心路由器。两个特定类型的服务区别被用作为示例并且现在详细地解释这两个方案。
在使用确保转发(Assured Forwarding)来执行的奥林匹克服务中，存在三个类别 铜、银和金。在这三个类别的每一个中的业务被配置，以使金类别比银经历更轻的负载，并且银比铜经历更轻的负载。同时对于带宽分配，一个简单的实施方式可以分配一个固定资源量给每一类，也许50％给金，30％给银，20％给铜。这样一个固定分配将忽略每个业务种类的实际需求。
本发明动态分配方案的优点是它能够确保金需求优先于银需求而被满足，并且依次满足银需求而剩余的服务给铜。然而，这样一个方案适于每一类别的当前请求。因此，如果银没有在使用它的总计分配，则可使此剩余部分对铜可用。这样一个方案允许最小的资源浪费同时实现诸如″尽力而为″(BE)之类的新服务结构，它只在较高优先级的金、银和铜类别已经收到它们需要的分配时才接收资源。
与那些其中每一类在同一资源类型中都具有不同需求级别的一组类别相比，一种备用提供组可以是业务类别组合，每一类具有不同资源的不同需求。服务的此类正交组合示例是一个低损耗服务和一个低延迟(或者低迟延变化)服务。这一对业务类别是DiffServ的确保转发和加速转发类别的组合。
使用能够适于网络业务变化需求的一个可编程动态网络元件允许在一个可观的范围内使用复杂的策略，来为业务要求分配可用资源。两个宽广分配策略的示例是奥林匹克和正交服务。可是，一个策略必须是更完整的。
当网络资源过(或欠)分配时，必须在分配策略中规定解决方案。这样一个解决方案的一个示例是通过使用优先机制。在这样一个方案中，最高优先级业务种类必须被完全满足，然后是次最高优先级，等等。在奥林匹克服务区别中，这是十分清楚的金优先于它下面的所有类别，银优先于除了金之外的所有类别，等等。作为优先次序的一种替换方案，欠资源的第二示例是减小对所有业务类别的实际资源，因此欠资源的缺点是在竞争类别之中按比例被分享。
在过资源的情况下，与所要求的相比会有更多的资源可用，所采用的解决方案可以在不同业务类别之间平等地共享额外的带宽。过资源的一种备选方法可以是分配额外的资源给最尽力而为型的业务种类即，当所有其它类别已经收到它们的分配时将才接收资源的那一个类别。
清楚地，对于复杂的调和特点(reconciliation behaviour)存在很多的可能。对于稍后描述的示例，调和特点对于奥林匹克和正交区别化服务示例二者都是基于优先级的。用这种方式，只有在已经把资源分配给所有其它业务类别之后，才向每个示例中的尽力而为型服务提供服务。奥林匹克服务的优先次序是金、银、铜，然后是尽力而为型，而正交区别化服务示例的优先次序是延迟约束业务、损耗约束、最后是弹性业务(使用尽力而为型机制)。
该方法是一个网络元件将使用调度器和控制的组合来提供区分服务。作出一些假设，它们将影响网络元件为特定业务类型提供资源的方式。
特别地，第一个假设是对于延迟敏感的网络业务，延迟超过业务延迟界线的分组是无价值的。这意味着延迟敏感的网络业务由那个延迟边界规定的缓存丢弃门限值和一个非任务守恒调度算法的组合来最好地服务。相比之下，由损耗界定的网络业务将被缓存到不超出任何延迟约束的一个深度，同时以一个满足损耗约束的速率被服务。吞吐量得到保证的业务被认为是只需要有限缓存和一个固定缓存服务速率的最平常的业务类型。最后，尽力而为型业务可以使用剩余的缓存和服务带宽提供一个剩余服务； 这样，尽力而为型潜在地可以获得所有网络资源但是不会引起已经做出保证的任何资源的缺乏。
考虑此类型的一些不同类别的关键特性是，分组调度器具备充分的灵活性，以便除了只是分配带宽资源之外还能够界限任何特定会话所引起的延迟。理想的调度器是一个能够仿真一般化处理器共享(Generalised Processor SharingGPS)调度的调度器----一个能够(无限地)在不同业务类别之间分配资源服务的调度器。从而，界定延迟同时提供灵活服务。GPS算法在实践中不容易实现，可是，一种接近GPS的仿真对使用固定小区长度的分组网可用。
测试环境是以ATM网为基础的。ATM网使用固定分组长度，因此允许GPS仿真算法的使用。一个适当的GPS模拟算法是加权最差情况公平队列加(Worst-case Weighted Fair Queueing PlusWF2Q+)，其在A.Moore、S.Crosby的Performance Evaluation Review 27(3)(1999)43-54)的″An experimentalconfiguration for the evaluation of CAC algorithms″(一个用于CAC算法计算的试验性结构)中被建议。该WF2Q+调度器在测试环境的网络元件中被实现，所述测试环境提供一个可以在其中构造动态分配器的环境。
调度器将允许网络节点把链路带宽分配到每个会话。然而，对于诸如延迟敏感的音频之类的服务来说，仅有带宽控制还不够。如上所述，灵活的缓冲控制可以改进分组和突发复用两者的丢失率。因此，缓冲器管理提供丢失控制，同时也控制分组延迟。
如果执行过程将提供用于丢失或延迟约束以及链路带宽的资源，则可用于每种业务类别的缓冲容量的控制是必需的。
对于延迟限制(delay bound)的会话，超过缓冲区阈值的分组被丢弃；而对于丢失限制或保证通过量的服务，如果在会话共享的总缓冲区中不再剩余其它的容量，则将到达分组被标记为要被丢弃。用这种方法，工作保存调度器能够占用再其它情况下将不被使用的资源。
根据本发明，提供一个用于把通信网资源提供到多个网络使用类型的设备，不同的服务级别与每个所述的使用类型相关，所述的设备包括一个需求量估算器，用于估算所述的多个使用类别的每一个的需求量；一个动态资源分配器，用于给每个类别分配一定比例的所述通信网资源，被分配的比例取决于对于每个类别所估算的需求，该分配优化了可用资源的使用，同时也确保每个类别的服务级别被观察；和一个通信网元件，用于给每个类别提供分配给它的所述比例的网络资源。
优选地，所述的通信网资源包括由所述网络元件和/或所述网络元件中的缓冲区深度所供给的通信信道带宽。
不管是调度器或缓冲区技术本身都不是新的，其新颖性在于与MBE相结合的调度器加权和缓冲容量的配置和特性。
一个理想的MBE将允许三个临界资源计算首先，以给定概率来维持给定的延迟限制所需的容量的计算；其次，给出特定缓冲区大小，保持丢失率所需的容量的计算；和最后，对于给定的服务速率保持丢失率所需的缓冲区大小，这是具有通过量保证的服务所需要的。最终，估算器必须适于改变业务并且灵活地改变业务类别。
在关于通信中的选择区域的IEEE期刊13(6)(1995)981-990中，N.G.Duffield、J.T.Lewis、N.O′Connell、R.Russell、F.Toomey的″Entropy of ATMtraffic streams″中建议了一个估算器。诸如那些建议的估算器最初似乎对于所述任务很理想，因为它们能够将一系列的测量与缓冲区大小、丢失率、或有效带宽的任何两个输入参数结合，并且能够计算第三个参数的估算值。然而，这类估算器严重依赖于一个取决于业务的调整值并且现在不存在用于计算这个值的鲁棒机制。
在1997年的第15届国际长途业务会议(ITC15)的R.J.Gibbens、F.P.Kelly的″Measurement-based connection admission control″(基于测量的连接许可控制)中，或者是于1997年在日本神户的IEEE INFOCOM′97学报的S.Jamin、S.J.Shenker、P.B.Danzig的″Comparison of measurement-based admission controlalgorithms for controlled-load service″(用于负载受控服务的基于测量的许可控制算法的比较)中，建议了更简易的基于测量的估算器。基于网络的无缓冲模型的这些或任何估算器需要复杂的曲面计算，涉及每个业务类型的调节参数的期望结果。另外，这个曲面将需要多个维度以便说明链路带宽、丢失率和队列长度的每一个中的变化。
为了易于使用，动态分配器的MBE必须提供校准控制(例如服务率、丢失率和缓冲区大小)和将会有用的业务特性之间的一些关系。同等重要的是MBE必须允许测量的统计特性，同时以现实的储存和处理的需求量以及测量本身现实的需求量能够实现。本发明的发明人认识到Knightly和Qiu的业务包络算法适合于产生改进的资源分配。在1998年于意大利Ischia举行的第10届关于数字通信的Tyrrhenian国际研讨会中，E.W.Knightly、J.Qiu的″Measurement-basedadmission control with aggregate traffic envelopes″(具有集合业务包络的基于测量许可控制)中，以及，1998年在加拿大Napa举行的第7届关于服务质量的IEEE/IFIP研讨会IWQoS上，J.Qiu、E.W.Knightly的″QoS control via robustenvelope-based MBAC″中，描述了这个算法。
最初由Qui和Knightly建议的是一种许可控制算法，本发明人已经从许可控制构架中提取出估算部分。原始算法的摘要如下；业务包络方法包含这样一个中心问题，为了表征特殊业务流的速率，必须指定一个周期，在该周期上，进行所述表征。作为结果，这个MBE能够表征一系列时间周期上的业务。这种多周期特征的目的是表示短期的突发业务以及由于测量误差和较长时间尺度的波动所引起的集合的长期变化。
首先，假设存在基础的测量周期，τ——可能地受物理测量限制的影响。测量可以在多个这类周期上作出，并且因此I1，2，...，T＝1，2，...，T×τ。从而，如果在时隙[s，s+Ik]上一个链路的业务动作被表示为X[s，s+Ik]，则 是在特定周期上的速率，[10]应当注意任何长度为Ik的时隙上的峰值速率可以由Rk＝maxsX[s，s+Ik]给出。这提供了最大速度包络的说明一组速率Rk，其表示每个时隙Ik的业务流的最大速率。
时隙t中的动作被表示为xt，因此xt＝X[tτ，(t+1)τ]。这提供了从当前时间t过去的T时隙的最大速率包络的定义Rk1=1kτmaxt=T+k≤s≤tΣu=s-k+1sxu---(1)]]>k＝1，2，..T。包络Rk1，k＝1，...，T描述在最近T·τ秒中长度Ik＝kτ的时隙上的最大速率包络。[10]声称这将描述短时间内的突发以及存在于流中的自相关结构。
如果在每个T·τ周期，当前包络被更新为Rkn←Rk(n-1)，k＝1，2，...T并且n＝2，...，N，则新的包络Rk1使用等式1来计算。这将使Rkm的经验均值 被计算为 随后，这将允许利用下式计算在时间T·τ的过去M窗口的包络之间的方差σk2=1M-1Σm=1M(Rkm-Rk‾)2---(2)]]>采用M个连续业务包络的均值和方差允许在较长的时间上表征业务包络本身的变化。
根据业务包络，这个MBE方法计算有效带宽E的两个估算值，用于两个时标中的每一个短期的突发和长期的变化。对于由业务包络之间的变化产生的长期的时标最大业务包络(在T·τ上测量的)的，均值和标准偏差提供了有效带宽的一个估算值Elong=RT‾+αlongσT---(3)]]>αlong的值将确定估算器怎样响应于所测量的流中的变化性而运转。用公式表示αlong以指示用于这些约束的具体的置信区间是可能的。Qui和Knightly考虑了作为基础来构建αlong的大量分布——选定Gumbel分布，因为其能够描述大量的其它分布(例如高斯分布、指数分布、对数正态分布、伽马分布、瑞利分布)的极端情况的渐近线。然而，其它工作指出高斯分布是足够的，并且允许更易处理的计算。因此在每种情况下，αlong的计算是基于计算N(0，1)的高斯分布的补足CDF的逆(Q-1(.))，基于最大分组丢失(ε)和业务包络αlong=Q-1(ϵRT‾σT)---(4)]]>对于短的突发的时标，使用不同的估算器。突发的时标的有效带宽需求与缓冲区的大小q有关。有效带宽需求的估算值根据业务包络均值的最大值和标准偏差而计算。在下列等式中，需要C(链路容量)来计算缓冲区可以以多大的速率被消耗
Eshort=maxk=1,2,...T{(Rk‾+αshortσk)kTkι-qC}---(5)]]>不同于Elong，Eshort是用业务包络中k的每个值而计算出来的。再一次，标准偏差预乘法器将确定对所测量流中的变化的响应。来自用户提供的分组丢失、ε、和业务包络的αshort推导是αshort=Q-1(ϵRT‾σk)---(6)]]>两个等式3和5的最大值可以被认为是由业务包络描述的信号流的最差情况的有效带宽估算值。这由下列等式给出E＝max{Elong，Eshort}(7)Qui和Knightly注意到T值的重要性，即用于业务包络的抽样的最大数。T的理想值将提供资源的最佳使用，而太小的T值使得σT的变化太大，导致等式3基于容量的估算不够理想。替换地，如果T太大，针对缓冲器占用所推导出的估算值将太大，使得基于缓冲区的估算(等式5)不够理想。在Qui和Knightly的文章中，给出了关于定位T的最佳值的讨论，一般大概是几秒的值。
通过使用指定队列长度和溢出概率的能力，可以针对某一队列大小来计算服务分配。在流中任何分组通过缓冲区时所经历的延迟边界被认为是每个分组的传输时间乘以队列容量。结果，根据延迟约束计算最大缓冲区大小的能力允许服务分配的计算，把溢出概率视为与分组将超过延迟限制而被延迟的概率相同。
在一个方案中，调度器实现了受保证的公平服务的排队算法以限制排队延迟。WF2Q+为排队的业务提供加权服务，权重对应于服务量(链路带宽)，可以使用每个业务的集合流。这个调度算法的方便之处意味着对于这种实施方式，不需要注意大加权值的潜在延迟。另外，因为调度器对于没有延迟限制的业务是任务守恒的，所以不存在被浪费的资源在适当的时候，调度器将用需要服务的分组来适当再分配任何队列当中的未用资源。
流经网络元件的业务作为MBE的输入而被测量。通过使用分配策略所指定的控制参数(目标丢失比例或延迟限制)，MBE计算每个业务类别的资源需求。然后，使用从这些估算值导出的加权值来分割可用资源，并且每个被适当加权的值然后被设置到网络元件的调度器中。这个处理不断地被重复，随着业务特征的改变来动态地更新WE2Q+值的加权。
除了分配调度器资源之外，还可能对于给出的丢失率和链路容量组合来计算队列长度，类似于具有受保证的通过量的业务类别的情况。容量的计算由下列等式给出RT‾+αlongσT=C---(8)]]>其中，αlong在等式4中被给出。而队列长度q的估算值由下列等式给出maxk=1,2...T{kτ(Rk‾+αshortσk-C)}=q---(9)]]>其中，等式6定义αshort的值。对于这个执行过程，先前的在部分共享缓冲区中激活缓冲器管理的经验指出，为了确保存在业务之间的足够的区别，这类系统对于缓冲区中的每个业务类型和所使用的实际阈值是敏感的。
结果，在此采用的方法是不同的。缓冲区大小不被用作区别会话的主要机制。相反，在适当时候缓冲区大小主要被用作业务延迟特性的上限。如果业务是延迟敏感的，则延迟超过指定量的业务没有用，并且超过这个延迟的业务应当被丢弃。相反，对于没有明确延迟约束的流，如果业务超过缓冲区阈值，也不会丢弃。这个方法获得了在延迟约束之外的业务上否则将被浪费的可用的传输容量。
这个方案对没有延迟约束的流可以视为工作守恒(work-conservation)的形式，而对的确具有延迟约束的流可以视为是一种非工作守恒的形式。在延迟约束的业务中因具有延迟太多的分组而不能使用的链路容量可以被没有这类延迟约束的业务所使用。
测试环境包含硬件和软件的组合。硬件包含网络元件(交换机)和网络接口卡。软件被写入以从网络元件获得测量，计算流加权和缓冲区深度的新配置，产生网络业务并且控制业务源的产生。图2示出被用于估算动态分配器方案的执行结构。
图2说明MBE基于对当前应用的测量而把估算值传递到动态分配器。分配器有规则地重新计算和更新网络元件的配置，为调度器加权和缓冲区限制安装最新的配置。
在这个测试环境中，有可能开始来源于模型源(视频信息流源)的业务流、预先录制的业务流和诸如TCP/IP之类的实际的灵活业务。这类流被开始和终止，而不用与动态分配器进行任何直接的相互作用。
该测试环境以Fore Systems公司的ASX-200WG ATM交换机作为它的网络元件。业务发生器基于UNIX工作站(TCP业务)、基于网络的摄像机和能够产生综合工作负载的发生器。估算值的计算以及测试环境的控制通过专用任务Unix计算机来执行。与网络元件的相互作用经由一个转移控制结构来执行，其基于S.Rooney、J.E..van der Merwe、S.Crosby、I.Leslie在IEEE通信杂志36(10)(1998)42-53上发表的″The Tempest，a Framework for Safe，ResourceAssured，Programmable Networks″中描述的工作，使用Python程序语言的扩展。测试环境的元件在A.Moore、S.Crosby于Performance EvaluationReview27(3)(1999)43-54的″An experimental configuration for the evaluation ofCAC algorithms″中被更完整地描述。
从这两个预先给出的DiffServ例子中提取的两个配置被用来说明基于MBE的动态分配器的特性。第一个配置基于使用三种类别的奥林匹克区分服务，每个类别接收一定比例的可用链路容量。第二个配置基于绝对区分服务，其中，三个不同的类别(一个是延迟限制、一个丢失限制和一个是尽力而为型)共享可用资源。
策略的精确配置与每组结果一起被给出。网络是一种哑铃配置(dumbbellconfiguration)，在网络元件具有单一约束点。链路容量被配置用于100Mbps。
包括在本节内的结果说明动态分配器能够在保证的范围内提供多个区分服务，而不需要静态分配策略。这个系统能够使用链路容量和缓冲区空间的资源来提供业务到所有竞争的质量保证，减少了资源浪费。重要地，这个系统通过提供区分而比尽力而为型服务的性能更好。通过适应于改变的要求和通过适应于改变的需求量，该执行过程比固定的资源策略性能更好，动态分配不会浪费使用固定资源策略方式下将会浪费的那部分资源。
在此报告两个不同的试验，首先是具有四个业务类型的分配器的操作，作为奥林匹克服务的一部分。三个奥林匹克服务(金、银&铜)和尽力服务，每个接收基于分配方案的简单的优先级。
作为对照，给出一组实验的结果，其为一组具有正交要求的业务类型提供动态分配机理的性能的定量评价。使用低延时语音业务、低损耗视频业务和用于网上业务的尽力而为型的组合，表明了动态分配器的灵活性和有效运行。
在这部分中，说明动态分配器操作的附图被示出。所使用的策略是前面详细介绍的奥林匹克服务。
运行中的动态分配器在图3中被说明。第一个图表图3a示出三个被供给的服务的当前资源需求。中间的图表图3b示出对每个业务类别的调度器分配。表示在任何特殊分配周期中的分配的每条垂直线被分成四段。每段表示对一个业务类别的带宽分配。各个业务类别所经历的通过量在图3c中被绘制。
从图3很明显地看出，在第200秒，对金服务的需求增长已经(实际上地)消除了用于尽力而为型服务的任何资源。在第300秒标记处，银类型的资源需求已经增长，结果导致铜服务处于不利地位。随着金银服务的需求恢复到它们以前的水平，服务容量可自动地被铜服务所获得并且将剩余的服务容量用于第四种服务，也就是尽力而为型服务。相当明显的，对铜服务作出的任何承诺在300和400秒之间不被支持，尽管这类服务中的丢弃是在网络提供商和网络用户之间作出的服务级协定的一部分。策略中的许多替换是可能的。在这个例子中保持严格的分配优先级。另一个网络提供商可以对业务之间的相互影响作出限制。因为分配系统是可编程的，如2.3节所指出的，所以处理可以包括策略规定的任何程序。
如这个例子所说明的，该方案是按照需要来操作的。下一部分详细说明在长时间周期上运行的实验所获得的性能。用提供正交服务的系统所获得的结果与使用诸如尽力而为型服务和固定分配资源之类的非动态分配所获得的性能进行比较。
在第二个试验中，动态分配器配置有三类业务。这些类型包括延迟限制和丢失限制以及尽力而为型的业务，尽力而为型的业务是为了使用剩余的可用容量。动态分配器被配置为每100秒就再评价当前分配。估算器的配置每1.3ms就用配置的MBE作出测量，以便测量覆盖一个充分大的周期，可以在再分配周期之外进行抽样，(对于这个算法的MBE，τ＝1.3ms，T＝200，和M＝4)，因此提供最大的保护来防止连续分配之间的业务波动。选择这些值，以便设置对存储器、CPU和测量系统的实际要求。期望这些值可以使有关的业务最佳，然而必须说明，执行过程环境所规定的值可以提供胜任的结果。
表1列出每种业务类别。与每个业务类别的特征一起列出了策略特征。
低延迟音频集合与高需求视频集合的组合耗费了大部分可用容量。音频业务运行为连续流，到达和离开过程提供了音频数据流特征的多路复用的全动态的测试业务。每个音频业务流VP64S23用64kbps峰值、23kbps均值和大约23068八比特组或大约60分组(1325八比特组长度)的均值脉冲串长度来表示静音压缩音频信道。这些值从352ms和650ms的开、关时间中导出，来自″Amodel forgenerating ON-OFF speech patterns in two-way conversations″，P.T.Brady，贝尔系统技术杂志48(9)(1969)2445-2472。
音频业务类型携带VP64S23流的多路复用。所有激活的VP64S23流被多路复用在一起，以形成在第一业务类别中被运送的业务集合。
表1给出长期的动态分配器试验的业务和策略的参数。
视频数据包含VP25S4的四个持久流。VP25S4视频业务基于MPEG编码的、非适应的、视频流。每个VP25S4具有25Mbps的峰值速率和4Mbps的持续速率。从视频流中的随机(不相关的)位置开始，四个业务流的多路复用提供大容量、高通过量用户的特征，并且在单独的业务流和高度结构化的数据中都明显地具有统计效果。
第三个业务是WP10S1。这个包含TCP/IP流的业务表示WWW事物处理的集合，并且作为耗费剩余容量的第三类别而被传送。这个类型是弹性的，其使用剩余的未用容量，而且结果受到容量当前可用性的影响。这个源已经预先地被认为是多阶段马尔可夫链。
对于这个业务类型，可用容量的性能可以通过数据字节能够在弹性业务的服务器以及客户端之间被传送的速率来测量；这个性能作为表2的结果中的有效流量(goodput)而被给出。
表2给出长期的动态分配器试验的结果。
除了有效流量以外，表2还给出所获得的视频流业务的损耗比和延迟超过标称延迟约束的音频分组的比例。这个表给出使用尽力而为型、固定分配和如下所述的动态分配器所获得的结果。尽力而为型的结果属于在三个不同类别之间提供无业务差别的系统。明显地，由于视频和音频业务的丢失和延迟，WWW业务WP10S1获得了优秀的有效流量。
固定业务分配结果给出了所有带宽所需要的音频(在这个例子中有最高优先级)。固定带宽分配基于音频业务的峰值速率要求。当VP64S23流开始和停止时，被分配的资源按照需要进行调整。尝试着基于它的峰值速率要求为视频业务分配固定的带宽分配，尽管这永远不会让人满意。视频业务的即时结果是对于一个满足表1中示出的要求的分配来说没有足够带宽。最后，随着对音频和视频所作出的分配，没有剩余的带宽可以静态分配到WP10S1业务，因此不能获得通过量或有效流量。
最后，动态分配器结果表明在这个系统中能够获得策略协议。然而，随着平均分配的要求，从长期试验中的结果以及在较小时标上所测量的结果来看VP64S23和VP25S4两者的延迟/丢失率会具有较差的性能。另外，对于动态分配器结果，被收集时的分组延迟的图的误差范围边际误差仍然是相当的高，对于1×10-5当置信区间为95％时边际误差为±12％，对于分组丢失的图在95％的置信区间时边际误差为±5％。这些结果的试验运行充足的时间，以减少当置信区间为95％时由于抽样小于±1％所引起的误差。因此，考虑到所获得的结果的精确性，可以断定动态分配器原型能够成功地运行。
在现有技术中，网络元件已经使用了在不同业务类型之间划分的刚性的固定资源。本发明使用基于测量的估算作为动态资源分配器的输入。通过在队列调度器上调整业务加权和控制最佳缓冲区深度，以便对来自每一类别的分组进行排队，此类分配器可以提供区分服务。因而，具体的策略允许高度灵活的方案。
结果表明，虽然这不是对所有区分业务网络问题的一般的解答，但是这个方案提供了一个新颖和唯一的方法来提供多样的和正交的服务到各式各样的业务类型。
由于延迟约束仍然会存在过分配的问题。然而，无需更复杂的调度算法的支持，所采用的本方法给出了可接受的结果。另外，向弹性业务提供最佳服务仍然需要进一步的工作。
尽管存在与TCP有关的缺点，但是动态分配器能够提供比固定分配方法更好的服务，以期望的丢失和延迟条件提供音频和视频数据。另外，通过使用动态分配器代替固定分配，可以提供第三个服务，即使用剩余带宽的尽力而为型服务，而在固定分配方法中根本就没有提供这类服务。
权利要求
1.一个设备，用于提供通信网资源到多个使用类型的网络，不同的服务级别与每个所述的使用类型相关，所述设备包括一个需求估算器，用于估算每个所述使用类别的需求；一个动态资源分配器，用于给每个类别分配一定比例的所述通信网资源，被分配的比例取决于每个类别的估算需求，分配优化了可用资源的使用，同时确保每个类别的服务级别被观察；和一个通信网元件，用于给每个类别提供分配给它的所述比例的网络资源。
2.权利要求1的设备，其中，通信网资源包括所述网络元件供给的信道带宽和/或所述网络元件中的缓冲区深度。
3.权利要求1或2的设备，其中，所述需求估算器使用业务包络方案，在该方案中，通过指定进行表征的特定阶段或周期来表征业务流。
4.权利要求3的设备，其中，确定连续业务包络的均值和方差，以估算有效带宽需求。
5.权利要求3或4的设备，其中，由Elong=RT‾+αlongσT]]>给出的第一有效带宽E long和由Eshort=maxk=1,2...,T{(R‾k+αshortσk)kTkτ-qC}]]>给出的第二有效带宽E short被用来给出由业务包络所描述的业务流的最坏情况有效带宽E，E＝max{Elong，Eshort}，其中，等式中使用的术语已在说明书中定义。
6.根据任一先前的权利要求的设备，其中，尽力而为型服务作为类别之一被提供。
7.根据任一先前的权利要求的设备，其中，音频和/或视频数据通过所述网络而被传送。
8.一个方法，其使用基于测量的估算器对网络元件中的动态资源分配器提供输入。
全文摘要
描述了通过使用基于测量的估算器动态分配网络资源。带宽应用的测量允许基于测量的估算器计算被测量业务的带宽需求。此类估算器的应用允许通过调整队列调度器的服务加权和修改缓冲区的深度和特性来提供区分服务。通过提供资源的动态分配，本技术使得多样业务类型的区别成为可能，并且对于诸如静态分配或尽力而为型服务之类的互联网中普遍的当前技术减少了复杂度和浪费。描述了一个新颖的方法，用于解决希望提供多样和有时正交的服务设施到各式各样的业务类型中的问题。
文档编号H04L12/54GK1643860SQ03807227
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月28日 优先权日2002年3月28日
发明者A·穆尔 申请人:马科尼英国知识产权有限公司