专利名称：Ip网络服务质量管理系统中闭环反馈的控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及IP网络服务质量的控制方法和装置，确切地说，涉及一种IP网络服务质量管理系统中闭环反馈的控制方法和装置，属于网络互联通信技术领域。
背景技术：
IP网络，尤其是部署在3G或者软交换系统中作为承载层的IP网络，规模庞大，并且对网络服务质量要求苛刻。但是，传统的IP网络(Internet)的数据传输采用尽力而为的策略，无法实现差别服务。
为了解决这个问题，国际标准组织IETF提出了DiffServ体系、IntServ体系和MPLS-TE等技术，用于实现有服务质量保证的业务。其中DiffServ体系的主要特征是将IP网络内的流量进行分类，对不同的分类采取不同的转发策略，从而体现出不同类型流量的服务质量差别。IntServ体系的主要特征是在网络的端到端之间通过信令建立一条虚电路，该虚电路有一定的带宽和时延保证，所有与该虚电路相关的路由器都要维持这条虚电路的状态信息，直到其销毁。MPLS-TE技术的主要特征是在网络边缘标记报文，在报文穿越网络核心部分的路由器时，这些路由器只在OSI七层参考模型的第二层进行转发；而TE技术则在部署了MPLS的网络中自动均衡指定链路的流量。上述IntServ和DiffServ体系框架，都只是说明了该体系的实施目标以及网络对其应该提供的支持，没有说明如何具体实施的技术措施。目前现有的实施方案均是通过人对网络状态进行估计之后，再由人工完成调整操作。
但是，要使IP网络能够提供服务质量保障，必须及时发现网络上的瓶颈链路和瓶颈节点，并且能够实时调整这些瓶颈链路和瓶颈节点，包括采用更新设备或者重新规划瓶颈处的资源使用方法等。目前的这种人工调整操作是不可能实现该目标的。另外，在IP网络上部署DiffServ体系(包括混合采用DiffServ体系与任何其它技术)后，还需要根据网络运行情况实时调整链路上不同流量类的带宽。但是，在规模庞大的网络中，如何进行网络监控，并且依据监控结果推断网络运行状态，继而调整网络，以提高网络运行效率和保证服务质量，这一系列任务如果只是通过人工完成是极为困难和不可思议的。
发明内容
本发明的目的是提供一种IP网络服务质量管理系统中的闭环反馈的控制方法和装置，该方法是根据控制论的原理，基于网络测量得到的运行状态参数，自动反馈调整和分配网络资源，降低目前IP网络服务质量保障过程中过于依赖人工操作的现状，以保障业务的服务质量，使得网络处于健康状态运行。
本发明的方法是这样实现的一种IP网络服务质量管理系统中的闭环反馈的控制方法，其特征在于当经过接纳控制装置许可的用户业务流进入IP网络，从而改变IP网络的运行状态时，采用网络测量装置采集IP网络的运行状态数据，进而分析这些运行状态数据得到网络规划决策数据，然后根据这些决策规划数据对IP网络实施调整，以及判断是否接纳新的用户业务；即每个用户业务进入IP网络之前，必须通过接纳控制装置的许可，而接纳控制装置判断的依据—网络规划的决策数据则是对网络的实际运行状态参数进行实时采集、分析、规划得到的。
所述网络测量装置采集IP网络的运行状态的定量数据至少有包括但不限于业务流占用网络路由器和/或交换机的处理时间的状态信息，包括但不限于业务流在网络中传输所占的带宽、传输速率的网络流量状态，端到端和/或点到点链路中的包括但不限于时延、抖动、丢包率的服务质量参数。
所述网络测量装置分析其所采集的IP网络的运行状态数据是指按照设定的时间粒度汇聚所采集的数据，分析网络运行状态，进而至少得到下述分析结果或统计数据瓶颈链路和瓶颈节点的位置，各个链路上每种流量类的吞吐-时间关系图，端到端和/或点到点的时延-时间关系图和时延抖动-时间关系图，链路的丢包率-时间关系图。
所述根据决策规划数据对IP网络实施的调整至少包括分配带宽、控制访问、调度队列。
所述闭环反馈控制方法有两种流量类规划闭环反馈控制方法和网络瓶颈带宽规划闭环反馈控制方法。
所述流量类规划闭环反馈控制方法的操作步骤如下(1)网络测量部件采集网络的运行状态信息，所述测量信息包括但不限于网络上每个路由节点的各种流量类在一定间隔的时间点上的吞吐、丢包率，各种流量类的绝对带宽以及相对带宽，各种流量类的端到端的时延、抖动；(2)所采集的全部或者部分网络状态信息被送到流量类规划部件，由流量类规划部件定期根据流量类规划算法对该网络状态信息进行计算规划，得到每个路由节点的各种流量类的新的带宽，这些带宽数据构成了流量类状态矩阵；(3)部署部件按照该新的流量类带宽配置路由节点，使得网络进入新的运行状态；至此完成流量类规划的闭环反馈控制；(4)判断是否继续执行反馈控制操作，若是，返回步骤(1)；若否，结束操作。
所述网络瓶颈带宽规划规划闭环反馈控制方法的操作步骤如下(1)网络测量部件采集网络的运行状态信息，所述测量信息包括但不限于网络上每个路由节点的各个接口在一定间隔的时间点上的吞吐、丢包率，每个路由节点的各个接口的物理带宽和可用带宽，每个路由节点的路由信息；(2)所采集的全部或者部分网络状态信息被送到瓶颈带宽规划部件，由瓶颈带宽规划部件定期根据瓶颈节点链路发现算法发现瓶颈节点和瓶颈链路，再依据瓶颈带宽规划算法为与所述瓶颈节点/瓶颈链路相连接的节点/链路分配带宽，得到流量矩阵；(3)接纳控制部件根据流量矩阵判断是否接纳用户业务，如果接纳控制部件决定接纳用户业务，则在用户业务进入网络时，由部署部件对该业务流执行标记和整形操作，使得网络进入新的运行状态；至此完成瓶颈带宽规划的闭环反馈控制；(4)判断是否继续执行反馈控制操作，若是，返回步骤(1)；若否，结束操作。
本发明的装置是这样实现的一种IP网络服务质量管理系统中闭环反馈的控制装置，包括实时采集IP网络的各个运行状态数据，并对其进行分析得到网络规划决策统计数据的网络测量装置，其特征在于该装置还包括有根据网络测量装置提供的网络规划决策统计数据分别进行网络规划的瓶颈带宽规划部件和流量类规划部件，接收瓶颈带宽规划部件控制的接纳控制部件，接收流量类规划部件和接纳控制部件双重控制以便完成网络调整任务的部署部件。
所述瓶颈带宽规划部件的功能是依据网络规划决策统计数据将瓶颈链路的带宽按照规划算法的比例划分，再将划分后的带宽指定给瓶颈节点的其他链路，形成一个逻辑上的流量矩阵表，用作接纳控制部件的控制依据；所述流量类规划部件的功能是依据网络规划决策统计数据计算每个链路上各种流量类的比例关系，再根据一段较长时间内的比例变动趋势，重新分配链路的流量类之间的比例，以及依据比例关系和链路的实际带宽计算各流量类的绝对带宽值，形成流量类状态矩阵，用作部署部件控制流量的依据，即由部署部件将这些流量类的带宽值配置到路由节点上；所述接纳控制部件是在签订某业务服务质量等级协议时判断网络资源是否足够，以便在业务数据进入网络之前控制其是否被接纳和整形；所述部署部件用于完成网络的调整用户业务进入网络时，在网络入口对该业务流量执行标记和整形操作；以及依照瓶颈带宽规划和流量类规划的结果，改变相应的网络节点或者链路的配置。
所述部署部件的功能是由节点驱动部件将该部件的相关参数部署到路由器和交换机上实现的，所述节点驱动部件是面向各种不同生产厂家的网络路由和交换设备，用于改变不同生产厂家设备的配置，屏蔽不同网络路由和交换设备的配置指令的差异，为闭环控制模块提供统一配置接口的装置。
本发明适用的目标IP网络是采用DiffServ体系、或者DiffServ与其它IPQoS技术的混合体系，采用本发明的技术能够实现该目标IP网络的QoS保障自动化，而且，本发明方法中的网络调整对于目标网络而言，是目标IP网络带宽资源(各种流量类)的全网调整，而不是类似MPLS-TE或者OSPF负载均衡等技术只是对特定链路的单一调整。同时，本发明方法对网络运行的路由协议是透明的，无论目标IP网络采用RIP、OSPF、BGP等路有协议的任意一种或者数种。本发明方法能够改善目前IP网络服务质量保障过程中依靠人工操作的低水平运维现状，降低服务质量保障对网络层异构技术的依赖性，能够保障业务的服务质量，使得网络处于健康状态运行。因此，本发明具有的很好的应用前景。
图1是本发明闭环反馈控制实现方法的控制流程示意图。
图2是本发明闭环反馈控制装置的组成部件结构及其控制数据流的示意图。
图3是流量类规划闭环反馈控制流程中的信息传递过程示意图。
图4是流量类规划闭环反馈控制流程中的相关部件协作关系示意图。
图5是流量类规划闭环反馈控制流程的操作步骤方框图。
图6是瓶颈带宽规划闭环反馈控制流程中的信息传递过程示意图。
图7是瓶颈带宽规划闭环反馈控制流程中的相关部件协作关系示意图。
图8是瓶颈带宽规划闭环反馈控制流程的操作步骤方框图。
具体实施例方式
参见图1，本发明是一种根据控制论的原理，通过闭环控制，根据网络运行状态自动调整网络的各种服务质量参数的方法。当经过接纳控制装置许可的用户业务流量进入IP网络，改变了IP网络的运行状态时，本发明通过网络测量装置对IP网络运行状态数据的采集，再经过对这些状态数据的分析得到一些网络规划决策数据。再将这些决策规划数据用于网络调整和用户业务接纳的判断。而用户业务不能随意进入IP网络，必须通过接纳控制机制的许可之后，才能进入IP网络。接纳控制装置判断的依据—网络规划的决策数据则是对网络的实际运行状态参数进行实时采集、分析、规划得到的决策数据。
用户业务流量对IP网络运行状态的影响主要体现在占用传输带宽；占用网络路由器和交换机的处理时间，从而改变了网络链路的时延、抖动、丢包率。而管理系统对IP网络实施的调整主要包括带宽分配、访问控制、队列调度方案等。这些调整使得网络性能不会由于用户业务流量的改变而产生突变。
参见图2，介绍本发明的一种IP网络服务质量管理系统中闭环反馈控制的装置，包括如下部件实时采集IP网络的各个运行状态数据，并对其进行分析得到网络规划决策统计数据的网络测量装置；根据网络测量装置提供的网络规划决策统计数据分别进行网络规划的瓶颈带宽规划部件和流量类规划部件，接收瓶颈带宽规划部件控制的接纳控制部件，接收流量类规划部件和接纳控制部件双重控制以便完成网络调整任务的部署部件。图中的空心箭头表示网络监测数据流，中间带有三角形的细实线表示控制流，粗实线箭头表示用户业务请求和部署指令，粗虚线箭头表示流量类规划部署指令。
其中网络测量装置使用链路吞吐测量、端到端流量类的吞吐测量、端到端时延及抖动测量、网络节点吞吐测量等技术采集IP网络的运行状态的定量数据。测量方法包括有使用SNMP协议获取网络设备的状态信息；使用Netflow/CFlow等流量采集工具获取网络流量状态使用Cisco路由器支持的SAA技术和探针工具(具备主动测量能力的计算机或者嵌入式设备)获取网络端到端的服务质量特性。所采集的数据至少有包括但不限于业务流占用网络路由器和/或交换机的处理时间的状态信息，包括但不限于业务流在网络中传输所占的带宽、传输速率的网络流量状态，端到端和/或点到点链路中的包括但不限于时延、抖动、丢包率的服务质量参数。然后，网络测量装置按照设定的时间粒度(比如每15分钟)汇聚所采集的数据，分析网络运行状态，进而至少得到下述分析结果或统计数据瓶颈链路和瓶颈节点的位置，各个链路上每种流量类的吞吐-时间关系图，端到端和/或点到点的时延-时间关系图和时延抖动-时间关系图，链路的丢包率-时间关系图。
瓶颈带宽规划部件的功能是依据网络规划决策统计数据将瓶颈链路的带宽按照规划算法的比例划分，再将划分后的带宽指定给瓶颈节点的其他链路，形成一个逻辑上的流量矩阵表，用作接纳控制部件的控制依据；在此不对瓶颈带宽规划算法展开描述。
流量类规划部件的功能是依据网络规划决策统计数据计算每个链路上各种流量类的比例关系，再根据一段较长时间内的比例变动趋势，重新分配链路的流量类之间的比例，以及依据比例关系和链路的实际带宽计算各流量类的绝对带宽值，形成流量类状态矩阵，用作部署部件控制流量的依据，即由部署部件将这些流量类的带宽值配置到路由节点上；接纳控制部件的功能是在签订某业务服务质量等级协议时判断网络资源是否足够，以便在业务数据进入网络之前控制其是否被接纳和整形；部署部件用于完成网络的调整，包括两个功能a)用户业务进入网络时，在网络入口对该业务流量执行标记、整形等工作。b)依照瓶颈带宽规划和流量类规划得到的结果，改变相应的网络节点或者链路的配置。部署部件的功能是由节点驱动部件将该部件的相关参数部署到路由器和交换机上实现的。节点驱动部件是面向各种不同生产厂家的网络路由和交换设备，该节点驱动部件至少包括有CLI接口、SNMP接口和COPS接口，用于改变不同生产厂家设备的配置，屏蔽不同网络路由和交换设备的配置指令的差异，为闭环控制模块提供统一配置接口的装置。
本发明的闭环反馈控制方法有两种，下面分别介绍之参见图3～图5所示的流量类规划闭环反馈控制方法的信息传递、状态转移以及各种操作执行的顺序流程。在该流量类规划闭环控制过程中，先由网络测量部件采集网络的运行状态信息，例如使用SNMP协议获得网络链路的实际带宽、流量类的数量和特性、流量类的带宽分配数据，使用Netflow/CFlow等工具获取端到端流量类的吞吐，使用Cisco路由器的SAA功能以及主动测量探针(自行开发的能够执行指定流量类端到端时延、抖动、丢包率等网络参数测量的计算机)等工具获取流量类的端到端时延、抖动、丢包率等特性。上述的数据提供给流量类规划部件。流量类规划部件定期(例如每周)根据流量类规划算法得到每个路由节点的各种流量类的带宽数据，这些带宽数据构成了流量类状态矩阵；然后由部署部件按照这些新的流量类带宽配置路由节点。至此完成流量类规划闭环反馈控制。
参见图6～图8所示的网络瓶颈带宽规划闭环反馈控制方法，在该瓶颈链路规划闭环反馈控制过程中使用SNMP技术获取每个路由节点的各个接口在一定间隔的时间点上的吞吐、丢包率，每个路由节点的各个接口的物理带宽和可用带宽，每个路由节点的路由信息等数据，这些数据信息被提供给瓶颈链路规划部件，瓶颈链路规划部件定期(例如每周)执行瓶颈链路节点发现算法，发现瓶颈节点和瓶颈链路，然后执行瓶颈链路规划算法，将这些瓶颈节点/链路的带宽重新分配，生成流量矩阵，并且进一步提供给接纳控制部件，用作在业务数据进入网络之前控制其是否被接纳和整形的依据。
本发明的方法进行了试验实施，试验方案是在一个有2台服务器、4台网络测量服务器的环境中部署的，管理一个有20台路由器的网络(路由器型号包括Cisco、Juniper和华为)，方案中各个部件均被设计为一个或者多个CORBA对象，通过CORBA这种分布式软件系统提供的机制进行消息通信。试验是成功的，初步实现了发明目的。
权利要求
1.一种IP网络服务质量管理系统中闭环反馈的控制方法，其特征在于当经过接纳控制装置许可的用户业务流进入IP网络，从而改变IP网络的运行状态时，采用网络测量装置采集IP网络的运行状态数据，进而分析这些运行状态数据得到网络规划决策数据，然后根据这些决策规划数据对IP网络实施调整，以及判断是否接纳新的用户业务；即每个用户业务进入IP网络之前，必须通过接纳控制装置的许可，而接纳控制装置判断的依据—网络规划的决策数据则是对网络的实际运行状态参数进行实时采集、分析、规划得到的。
2.根据权利要求1所述的闭环反馈的控制方法，其特征在于所述网络测量装置采集IP网络的运行状态的定量数据至少有包括但不限于业务流占用网络路由器和/或交换机的处理时间的状态信息，包括但不限于业务流在网络中传输所占的带宽、传输速率的网络流量状态，端到端和/或点到点链路中的包括但不限于时延、抖动、丢包率的服务质量参数。
3.根据权利要求1所述的闭环反馈的控制方法，其特征在于所述网络测量装置分析其所采集的IP网络的运行状态数据是指按照设定的时间粒度汇聚所采集的数据，分析网络运行状态，进而至少得到下述分析结果或统计数据瓶颈链路和瓶颈节点的位置，各个链路上每种流量类的吞吐-时间关系图，端到端和/或点到点的时延-时间关系图和时延抖动-时间关系图，链路的丢包率-时间关系图。
4.根据权利要求1所述的闭环反馈的控制方法，其特征在于所述根据决策规划数据对IP网络实施的调整至少包括分配带宽、控制访问、调度队列。
5.根据权利要求1所述的闭环反馈的控制方法，其特征在于所述闭环反馈控制方法有两种流量类规划闭环反馈控制方法和网络瓶颈带宽规划闭环反馈控制方法。
6.根据权利要求5所述的闭环反馈的控制方法，其特征在于所述流量类规划闭环反馈控制方法的操作步骤如下(1)网络测量部件采集网络的运行状态信息，所述测量信息包括但不限于网络上每个路由节点的各种流量类在一定间隔的时间点上的吞吐、丢包率，各种流量类的绝对带宽以及相对带宽，各种流量类的端到端的时延、抖动；(2)所采集的全部或者部分网络状态信息被送到流量类规划部件，由流量类规划部件定期根据流量类规划算法对该网络状态信息进行计算规划，得到每个路由节点的各种流量类的新的带宽，这些带宽数据构成了流量类状态矩阵；(3)部署部件按照该新的流量类带宽配置路由节点，使得网络进入新的运行状态；至此完成流量类规划的闭环反馈控制；(4)判断是否继续执行反馈控制操作，若是，返回步骤(1)；若否，结束操作。
7.根据权利要求5所述的闭环反馈的控制方法，其特征在于所述网络瓶颈带宽规划规划闭环反馈控制方法的操作步骤如下(1)网络测量部件采集网络的运行状态信息，所述测量信息包括但不限于网络上每个路由节点的各个接口在一定间隔的时间点上的吞吐、丢包率，每个路由节点的各个接口的物理带宽和可用带宽，每个路由节点的路由信息；(2)所采集的全部或者部分网络状态信息被送到瓶颈带宽规划部件，由瓶颈带宽规划部件定期根据瓶颈节点链路发现算法发现瓶颈节点和瓶颈链路，再依据瓶颈带宽规划算法为与所述瓶颈节点/瓶颈链路相连接的节点/链路分配带宽，得到流量矩阵；(3)接纳控制部件根据流量矩阵判断是否接纳用户业务，如果接纳控制部件决定接纳用户业务，则在用户业务进入网络时，由部署部件对该业务流执行标记和整形操作，使得网络进入新的运行状态；至此完成瓶颈带宽规划的闭环反馈控制；(4)判断是否继续执行反馈控制操作，若是，返回步骤(1)；若否，结束操作。
8.一种IP网络服务质量管理系统中闭环反馈的控制装置，包括实时采集IP网络的各个运行状态数据，并对其进行分析得到网络规划决策统计数据的网络测量装置，其特征在于该装置还包括有根据网络测量装置提供的网络规划决策统计数据分别进行网络规划的瓶颈带宽规划部件和流量类规划部件，接收瓶颈带宽规划部件控制的接纳控制部件，接收流量类规划部件和接纳控制部件双重控制以便完成网络调整任务的部署部件。
9.根据权利要求8所述的闭环反馈的控制装置，其特征在于所述瓶颈带宽规划部件的功能是依据网络规划决策统计数据将瓶颈链路的带宽按照规划算法的比例划分，再将划分后的带宽指定给瓶颈节点的其他链路，形成一个逻辑上的流量矩阵表，用作接纳控制部件的控制依据；所述流量类规划部件的功能是依据网络规划决策统计数据计算每个链路上各种流量类的比例关系，再根据一段较长时间内的比例变动趋势，重新分配链路的流量类之间的比例，以及依据比例关系和链路的实际带宽计算各流量类的绝对带宽值，形成流量类状态矩阵，用作部署部件控制流量的依据，即由部署部件将这些流量类的带宽值配置到路由节点上；所述接纳控制部件是在签订某业务服务质量等级协议时判断网络资源是否足够，以便在业务数据进入网络之前控制其是否被接纳和整形；所述部署部件用于完成网络的调整用户业务进入网络时，在网络入口对该业务流量执行标记和整形操作；以及依照瓶颈带宽规划和流量类规划的结果，改变相应的网络节点或者链路的配置。
10.根据权利要求9所述的闭环反馈的控制装置，其特征在于所述部署部件的功能是由节点驱动部件将该部件的相关参数部署到路由器和交换机上实现的，所述节点驱动部件是面向各种不同生产厂家的网络路由和交换设备，用于改变不同生产厂家设备的配置，屏蔽不同网络路由和交换设备的配置指令的差异，为闭环控制模块提供统一配置接口的装置。
全文摘要
一种IP网络服务质量管理系统中闭环反馈的控制方法和装置，该方法是用网络测量装置采集IP网络的运行状态数据，进而分析这些运行状态数据得到网络规划决策数据，再根据这些规划决策数据对IP网络实施调整，以及判断是否接纳新的用户业务；即每个用户业务进入IP网络之前，必须通过接纳控制装置的许可，而接纳控制装置判断的依据——网络规划的决策数据则是对网络的实际运行状态参数进行实时采集、分析、规划得到的。闭环反馈控制有两种方法流量类规划和网络瓶颈带宽规划。该方法改善了目前IP网络服务质量保障过程中依靠人工操作的低水平运维现状，降低了服务质量保障对网络层异构技术的依赖性，能够保障业务的服务质量，使得网络处于健康状态运行。
文档编号H04L12/24GK1588881SQ20041006231
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月1日 优先权日2004年7月1日
发明者崔毅东, 焦利, 王文东, 林宇, 阙喜戎, 黄晓慧, 田慧蓉, 肖峻峰, 程时端 申请人:北京邮电大学