分组业务网络流量控制系统及其方法

专利名称：分组业务网络流量控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及通信领域的流控技术，特别涉及分组业务网络的流控技术。
背景技术：
在数据通信和电信领域中，为了解决带宽不足的问题，常常采用分组业务的方式，使多个用户能够共享同一个信道，从而提高网络的资源利用率。然而分组业务并没有对同时使用信道的用户数目作任何限制，当各种业务同时进入信道并超过一定限度时，就会使网络某些单元的缓存溢出，如路由器或交换机的缓存等，从而引起数据包的大量丢失，在网络中出现拥塞现象。当网络出现拥塞时，将不能对已建立的数据流提供指定的服务质量。为了避免这种情形，需要获得网络每个节点的当前状态信息，并根据该信息采用一定的流量控制机制对整个网络的流量进行控制。
目前流量控制主要采用非随路流量控制方式。非随路流量控制是指传送数据两个节点的拥塞信息不是与数据放在同一个包内进行传送，而是采用一个独立的信道把拥塞信息传送给下一个节点，节点根据所获得的拥塞信息决定是否继续向对方传送数据。在存在3个或3个以上节点时可以采用逐级流量控制或越级流量控制。逐级控制是指采用当前节点的直接下级节点返回过来的通道状态信息调制当前节点的发送速率；越级控制是采用当前节点的间接下级节点返回过来的通道状态信息调制当前节点的发送速率。假设网络中存在由节点A、B、C构成传递数据的串行通道，节点A仅利用节点B返回过来的通道状态信息调制向节点B发送数据的速率，节点B仅利用节点C返回过来的通道状态信息调制向节点C发送数据的速率，这就称为逐级控制，如果节点A利用节点C返回过来的通道状态信息来调制其数据的发送速率，则称为是越级控制。
流量控制主要采用带反馈的某种算法来实现。如2002年3月6日公开的，申请号为00803312.9，发明名称为《分组网络中的公平流控制方法》的专利申请；1994年10月5日公开的，申请号为93120145.4，发明名称为《分组交换机的信息流控制系统》的专利申请等，这些方法可以对一个完整的分组业务网络进行较好的流量控制。
在《分组网络中的公平流控制方法》专利中，提供了一种对分组交换网进行公平流量控制的方法。每个节点都与多个发送数据/接收数据源相连。其流量控制方法示意图如图1所示。该系统主要由源10、11、13、14和网络12组成，其中网络12又包含节点21、22、23、24。
源10、11、13、14用于发送和接收数据。熟悉本领域的技术人员应该知道源可以是手机、连接到网络的电脑等。
节点21、22、23、24主要用于将源发送的数据经过一定的路径传送到目的地，其间可以实现路由控制、流量控制、服务质量等功能。熟悉本领域的技术人员可以知道，节点可以是交换机或路由器。一般每个节点都有一个缓存，用于存储从各个源接收到的数据队列。
图中节点21与源10、11和节点22连接；节点22与节点21、23、24连接；节点23与源13、14和节点22连接；节点24与节点22、23连接。
在实际进行流量控制时，在源和节点间传递的除了业务数据以外还有反应网络带宽可用度的资源管理信元(Resource Management Cell，简称“RMC”)。RMC可以由源或节点产生。假设源10、11为发送源，源13、14为接收源。由源10、11发送的业务数据经过网络12传递到目的地源13、14，此时网络12可以看作发送源和接收源之间的一个虚通道(VirtualChannel，简称“VC”)。在目的地源收到数据后通过该VC向发送源返回反映当前网络状态的RMC。
RMC中的信息主要包括当前信元速率(Current Cell Ratio，简称“CCR”)、最小信元速率(Minimum Cell Ratio，简称“MCR”)、不增加(Not Increase，简称“NI”)字段、拥挤说明(Congest Introduction，简称“CI”)字段以及显式速率字段。当源产生RMC时，将CCR设置为当前的允许信元速率。MCR说明源产生RMC时给每个VC分配的最小带宽。显式速率是RMC通过网络中节点时，由节点根据某个算法写入的返回RMC所允许的可用带宽，因此显式速率是反应当前网络状态的信息。CI表示网络非常拥挤需要降低源的带宽，并用一个NI来防止增加业务流量。
整个分组业务网络就是通过获得接收端反馈回来的RMC信息中的显式速率值来实时调整发送端的数据发送速率，从而实现全网的流量控制。
在《分组交换机的信息流控制系统)》专利中，通过一种具有输入输出缓冲器的分组交换机来对通信电路中的信息流进行控制。其信息流控制系统示意图如图2所示。主要由输入缓冲器30、调节装置31、交换机32、输出缓冲器33组成。
首先将各个数据业务源发送过来的数据分别存入到输入缓冲器30中，调节装置31可以调节输入缓冲器30输出到交换机32的发送数据速率，经过交换机32后由输出缓冲器33输出数据。并反馈输出缓冲器33的当前状态来调整调节装置31。如果当前缓冲器33溢出，则调整调节装置31降低相应输入缓冲器30发送给交换机32的数据发送速率；如果当前缓冲器33为空，则调整调节装置31增加相应输入缓冲器30发送给交换机32的数据发送速率，从而在该业务节点实现流量控制。
由于网络上传输的数据量越来越大，特别是一些优先级非常高的业务类型，如银行业务等，网络在发生故障时，必须要有一种机制来保证网络的连续性和服务质量，因此不可避免的需要采用保护倒换技术。保护倒换技术的两个主要方面是可靠性和保护倒换时间。可靠性是指不会产生误保护或业务中断。保护倒换时间是指完成保护倒换所需要的时间。如果保护倒换的时间较长，会导致数据包的大量丢失，从而影响网络的服务质量。
为了在保护倒换时间内，流量控制仍能继续工作，因此对于某些分组业务需要采用具有保护倒换功能的流量控制技术来保证业务的服务质量。现有技术中，一种是使用采用上述算法之一的非随路流量控制方式，一种是使用普通的随路流量控制方式。
在实际应用中，上述方案存在以下问题系统比较复杂，成本比较高，在发生保护倒换时流量控制不能实现。
造成这种情况的主要原因在于，现有技术方案采用了非随路流量控制方式，该方式由于需要增加额外的信道传输网络状态信息而导致系统的复杂程度和成本增加；在发生倒换时，现有技术方案由于需要使用一根独立的信道传送网络当前的状态信息，并且难于对该额外信道进行控制，所以很难实现保护倒换时的流量控制。

发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分组业务网络流量控制系统及其方法，使得分组业务网络能够以比较小的成本实现实时流量控制，保证每个节点的缓存不出现上溢或下溢，并且具有保护倒换功能。
为实现上述目的，本发明提供了一种分组业务网络流量控制系统，包含至少两个相互连接的节点，其中每一个节点用于根据本节点的状态向直接相邻的节点发送带有流量控制信息的信元，并从来自所述直接相邻的节点的信元中分解出流量控制信息，并根据该流量控制信息决定向该直接相邻的节点发送信元的速度。
其中，所述节点向所述直接相邻的节点持续发送带有所述流量控制信息的信元，每相邻两个带有所述流量控制信息的信元的时间间隔必须小到能够同时满足以下两个条件能够保证在本节点发生上溢以前停止所述直接相邻的节点向本节点发送数据；能够保证在本节点发生下溢以前启动所述直接相邻的节点向本节点发送数据。
所述信元中包含所述流量控制信息和承载所述数据的净荷。
所述系统至少包含三个节点，其中至少有两个节点是主备关系。
所述信元中的流量控制信息可以为2个部分，其中，一个部分表示接收节点的状态，一个部分表示发送节点的状态。
可以通过下因素中的一种或其任意组合来计算或调整所述时间间隔的上限数据通道的缓存大小、节点间距离、信元发送速度、信元大小、节点反应时间和载波速度。
所述节点可以是分组交换机或路由器。
本发明还提供了一种分组业务网络流量控制方法，包含以下步骤第一节点根据本节点的状态向直接相邻的第二节点发送带有流量控制信息的信元；所述第二节点收到所述信元后，从中分解出所述流量控制信息，并根据所述流量控制信息决定向所述第一节点发送信元的速度。
其中，所述带有流量控制信息的信元是持续发送的，每两个带有流量控制信息的信元的时间间隔必须小到能够满足以下两个条件能够保证在所述第一节点发生上溢以前停止所述第二节点向所述第一节点发送数据；
能够保证在所述第一节点发生下溢以前启动所述第二节点向所述第一节点发送数据。
可以通过下因素中的一种或其任意组合来计算或调整所述时间间隔的上限数据通道的缓存大小、节点间距离、信元发送速度、信元大小、节点反应时间和载波速度。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，首先采用了随路流量控制的方式，其次引入了逐级流控的模式，通过保证时间裕度解决流控中的上溢和下溢问题。时间裕度的保证可以通过加大缓存、减小向下一级节点发送业务的粒度等方式实现。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即相对于申请号为00803312.9和93120145.4的中国专利，本发明由于采用了随路流量控制的方法，流控信息附加在传送数据的信元中一起发送，避免了额外的信道传输网络状态信息，因此简化了系统、降低了成本。其次，在保证时间裕度的前提下实现逐级流控，避免了上溢和下溢的发生，保证了流控的实时性，并且能够实现对保护倒换功能的支持。


图1是现有技术中分组网络中公平流控制方法示意图；图2是现有技术中分组交换机的信息流控制系统示意图；图3是根据本发明一个实施例的具有保护倒换功能的分组交换系统随路流量控制系统示意图；图4是根据本发明一个实施例的传送信元结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
图3是根据本发明一个实施例的具有保护倒换功能的分组交换系统随路流量控制系统示意图，如图所示。主要由三个网络节点构成节点40、41、42。为了保证在倒换期间不发生上溢或下溢，采用逐级流控的方式。
节点40、41、42主要用于完成网络的路由选择，流量控制，熟悉本领域的技术人员可以知道该节点可以是交换机、路由器或通信网络中其它分组业务承载设备。通常在节点中包含一个输入缓冲器和一个输出缓冲器。输入缓冲器用于保存数据源或其他节点发送过来的数据，形成一个数据队列；输出缓冲器用于保存发送到其他节点或目的地的数据队列。
图中节点40和节点42均是网络中的双向处理设备，既是发送节点也是接收节点。节点41为节点40的备用节点。节点41用于保证在网络发生故障时，数据业务能够连续不中断的传送，而不出现包大量丢失的情形。即在正常情况下数据在节点40和节点42之间传递，在节点40发生故障时，数据在节点41和节点42之间传递，实现保护倒换功能。
图4是根据本发明的一个实施例的传送信元结构示意图，如图所示。一个传送信元包括两个部分流控/状态信息和数据净荷。一个信元有68个字节，其中前4个字节为流控/状态信息，其他64个字节为数据净荷。
流控/状态信息分别为F0、F1、C0、C1。其中F0、F1是本发明所描述的随路流量控制信息。F0字节使用Rx_P7到Rx_P0的各位表示所对应8个接收节点的状态。若状态位为1则表示所对应的节点未饱和，仍能接收数据；为0则表示相应的节点已经饱和，不能接收数据。如果所对应的节点数不足8个，则采用从Rx_P0开始的几个位表示相应的节点。接收时表示对端接收节点的状态，发送时表示本端接收节点的状态。F1字节使用Tx_P7到Tx_P0的各位表示所对应8个发送节点的状态，若状态位为1则表示节点有数据要发送，为0则表示节点没有数据要发送。如果节点数不足8个，采用从Tx_P0开始的几个位表示相应的节点。接收时表示对端发送节点的状态，发送时表示本端发送节点的状态。C0和C1是其他控制状态信息。
数据净荷是所承载的分组业务数据，其长度是可变的。最长可以是64个字节，最短可以是0字节。
在进行流量控制时，要求信元必须在一定时间间隔内持续传递，即使节点间没有数据净荷需要传送时，也必须将流控/状态信息传递到对方，保证节点之间可以随时获得对方的状态，从而调整各自收发数据的速度，最终实现整个系统的流量控制。如果信元中没有承载的数据净荷，称这种信元为纯流控信元。
在图3所示的具有保护倒换功能的分组交换系统随路流量控制系统示意图中，在正常情况下，对节点42来说，从节点41、40到达节点42的相邻两个信元之间的时间间隔必须保证节点42有足够的时间裕度去实现停止向节点41、40发送数据，或者保证节点42有足够的时间裕度去实现启动向节点41、40发送数据。通过恰当的设置该时间间隔的大小，能够保证节点41、40和节点42间发送数据时缓存不会出现上溢或下溢。熟悉本发明领域的技术人员会理解，该时间间隔大小可以根据两个节点之间的物理距离，节点的缓存大小，信元大小，通道上传输数据的速度以及节点响应流量控制信息的时间等因素计算得出。可以通过增大节点缓存，减小信元大小的方式来增加时间间隔大小，保证节点间的流控有充足的时间裕度。需要说明的是，本发明采用逐级流控的方法，每相邻两级之间必须保证上述的时间裕度。对于需要保护倒换的系统，例如图3所示的系统中，节点40及其备份节点41属于同一级，节点42属于一级，因此节点40和节点42之间，节点41和节点42之间都必须要在设计上保证时间裕度，这样才能够保证倒换时流控系统正常工作。
在保护倒换时，节点40切换到节点41。由于采用固定的时间间隔发送信元信号，不会导致存储在节点41中的业务数据一下子全部发送给节点42而造成节点42的缓存溢出；也不会因为节点42处理速度较快而出现其缓存为空的情形。同时由于信元中包含节点41、42的当前状态信息，因此依然能够实现流量控制。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种分组业务网络流量控制系统，其特征在于，包含至少两个相互连接的节点，其中每一个节点用于根据本节点的状态向直接相邻的节点发送带有流量控制信息的信元，并从来自所述直接相邻的节点的信元中分解出流量控制信息，并根据该流量控制信息决定向该直接相邻的节点发送信元的速度。
2.根据权利要求1所述的分组业务网络流量控制系统，其特征在于，所述节点向所述直接相邻的节点持续发送带有所述流量控制信息的信元，每相邻两个带有所述流量控制信息的信元的时间间隔必须小到能够同时满足以下两个条件能够保证在本节点发生上溢以前停止所述直接相邻的节点向本节点发送数据；能够保证在本节点发生下溢以前启动所述直接相邻的节点向本节点发送数据。
3.根据权利要求2所述的分组业务网络流量控制系统，其特征在于，所述信元中包含所述流量控制信息和承载所述数据的净荷。
4.根据权利要求1至3中任意一条所述的分组业务网络流量控制系统，其特征在于，所述系统至少包含三个节点，其中至少有两个节点之间形成保护倒换功能。
5.根据权利要求1至3中任意一条所述的分组业务网络流量控制系统，其特征在于，所述信元中的流量控制信息可以为2个部分，其中，一个部分表示接收节点的状态，一个部分表示发送节点的状态。
6.根据权利要求1至3中任意一条所述的分组业务网络流量控制系统，其特征在于，可以通过下因素中的一种或其任意组合来计算或调整所述时间间隔的上限数据通道的缓存大小、节点间距离、信元发送速度、信元大小、节点反应时间和载波速度。
7.根据权利要求1至3中任意一条所述的分组业务网络流量控制系统，其特征在于，所述节点可以是分组交换机、路由器或通信网络中其它分组业务承载设备。
8.一种分组业务网络流量控制方法，其特征在于，包含以下步骤第一节点根据本节点的状态向直接相邻的第二节点发送带有流量控制信息的信元；所述第二节点收到所述信元后，从中分解出所述流量控制信息，并根据所述流量控制信息决定向所述第一节点发送信元的速度。
9.根据权利要求8所述的分组业务网络流量控制方法，其特征在于，所述带有流量控制信息的信元是持续发送的，每两个带有流量控制信息的信元的时间间隔必须小到能够满足以下两个条件能够保证在所述第一节点发生上溢以前停止所述第二节点向所述第一节点发送数据；能够保证在所述第一节点发生下溢以前启动所述第二节点向所述第一节点发送数据。
10.根据权利要求9所述的分组业务网络流量控制方法，其特征在于，可以通过下因素中的一种或其任意组合来计算或调整所述时间间隔的上限数据通道的缓存大小、节点间距离、信元发送速度、信元大小、节点反应时间和载波速度。
全文摘要
本发明涉及通信领域的流控技术，公开了一种分组业务网络流量控制系统及其方法，使得分组业务网络能够以比较小的成本实现实时流量控制，保证每个节点的缓存不出现上溢或下溢，并且具有保护倒换功能。这种分组业务网络流量控制系统及其方法采用了随路流量控制的方式，并引入了逐级流控的模式，通过保证时间裕度解决流控中的上溢和下溢问题。时间裕度的保证可以通过加大缓存、减小向下一级节点发送业务信元的粒度等方式实现。
文档编号H04L12/56GK1708030SQ20041004869
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月11日 优先权日2004年6月11日
发明者王志勇 申请人:华为技术有限公司