专利名称：一种在网络仿真器ns2中实现综合服务中的保障服务的系统和方法
技术领域：
本发明属于数据网络通信领域，特别是一种应用于网络仿真器NS2中，实现综合服务中的保障服务的系统。
背景技术：
网络仿真器版本2(NS2)是一种目前非常流行的仿真器。它是开源的、免费的软件模拟平台，主要被研究机构，网络公司以及大专院校用于网络技术开发，研究和教学服务。它在许多领域都能提供广泛的支持，例如它能模拟多种网络协议、路由过程、有线网络、无线网络已及卫星通信领域的应用等等。它主要被用在网络协议设计，网络流量的研究和网络协议的比较。 NS2是一个面向对象的网络仿真器，由南加州大学信息技术学院(USC-ISI)负责开发和维护，用C++和0Tcl (MIT开发)写成。为了提高效率，NS2将控制部分和数据操作分离，后台大部分基本的网络组件和事件调度器用C++实现，如报头，报文的处理及复杂算法的实现。NS2的前端是0Tcl解释器，它能够方便的修改参数及配置来实现不同的应用。。++编译器和0Tcl解释器是紧密联系和一一对应的。 服务质量(QoS)目前是数据网络中比较复杂和难理解的课题之一。综合服务(Integrated Services)提供了一种解决方案，它能够预定和分配资源来满足实时的应用的技术；它所涉及的应用有网络电话和数字化的视频会议等。 传统的因特网(Internet)只是提供尽力服务(Best Effort)模式，在现有的带宽下它的数据包是否有延迟和丢失情况是依靠即时的网络负荷和当时的网络状态，每一个网络元素都是用先入先出的队列策略来处理报文。传统的文件传输协议和电子邮件服务数据就是例子，它们对数据包传送的可靠性和延迟不做任何保障。 但随着多媒体时代的到来，许多的实时应用被发展，而它们对延迟和包的丢失都相当敏感，尽力服务(Best Effort)的服务模式已经远远不能满足固定的端对端的延迟要求。很多新的网络应用都在忍受这样的事实数据包的传送时间不能被保证，一些数据包在网络拥堵时会被丢弃。综合服务是解决这个问题的技术之一，它能够保证端对端的服务质量(QoS)。综合服务(IntegratedServices)是一种能够预定和分配资源来满足实时的应用的技术，它包括控制荷载服务(Controlled-load Services)和保障服务(GuaranteedServices)。 综合服务(Integrated Services)能提供有保障的端对端服务。其中之一就是保障服务(Guaranteed Services)，它能够保证比较理想的带宽和延迟，适用于一些对延迟敏感的实时应用如高质量的语音和视频应用。 保障服务(Guaranteed Services)可提供有保证的带宽， 一个固定的可预期的端对端延迟以及所有的数据包流没有队列损失。而控制荷载服务(Controlled-loadServices)只是好于尽力服务(Best Effort)，提供网络未过载类似的服务，保证应用的报
4文高通过和低延时。 目前在NS2中，只有部分综合服务的模块被实现，其中只包括控制荷载服务(Controlled-Load Services)，只能处理两种信息流(Traffic):控制荷载服务Controlled-Load Services和尽力服务(Best Effort)信息流，而保障服务则始终不能在NS2中实现。
发明内容
鉴于在网络仿真器NS2中尚未见到实现综合服务中的保障服务的方案，因此本发明的目的在于拓展NS2，使它完全支持综合服务，以致能够实现保障服务(Guaranteed 本发明所采用的技术方案是一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的系统，该系统包括以下六个模块， 数据包定义模块，用于对进入系统的数据包进行ID定义； 分类器模块，用于将进入系统的数据包按照定义好的ID进行分类； 信令支持模块，用于传递参数到各个网络元素(如各路由器)来实现资源的预留，
协调端与端之间网络元素的服务质量； 队列管理调度和策略模块，用于在每个网络元素上满足不同应用的不同的端对端的服务质量，其所调度的服务质量包括载荷控制服务、尽力服务和保障服务；
准入控制模块，用来决定是否允许新的数据包使用网络资源，以保证系统所要求的服务质量； 数据包测量和评估模块，用于检验经过此系统后产生出来的信息流是否满足服务质量需要，从而结合准入控制模块来判断什么时候开始对新的数据包流量加以限制。
与本发明一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的系统相适应的方法，包括以下几个程序 程序一 .将数据包所需的服务分为尽力服务、载荷控制服务和保障服务，为数据包按其所需的三种服务类型分别定义数据包ID ; 程序二 .将进入系统地数据包流按其ID进行分类并传输； 程序三.对进入传输队列的数据包进行队列管理和调度，根据其所需服务类型，对尽力服务和载荷负载控制服务，采用简单优先队列管理和调度策略，而对于保障服务，采用加权公平队列管理和调度策略； 程序四.对传输中的数据包进行测量和评估，测量控制载荷服务类的数据包和保
障服务类数据包的量，对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽进行估值； 程序五.读取程序四对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽作出的估值，
评估系统中现有流量的速率和新数据包的令牌的速率，以决定新的数据流是否被允许进入系统。 本发明的有益效果是 通过分类器对不同服务需求的数据包进行分类，并通过信令支持模块传递参数到各个网络元素(如各路由器)来实现资源的预留，决定是否允许新的数据流使用网络资源以保证系统所要求的服务质量，协调端与端之间网络元素的服务质量。
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的模块结构示意 图2是本发明的详细模块结构示意图； 图中1.数据包定义模块、2.分类器模块、3.信令支持模块、4.队列管理调度和策略模块、5.准入控制模块、6.数据包测量和评估模块、7.第一信令支持模块、8.第二信令支持模块、9.简单优先队列管理调度和策略模块、10.加权公平队列管理调度和策略模块、11.第一分类器模块、12.第二分类器模块、13.控制载荷服务类测量模块、14.保障服务类测量模块、15.控制载荷服务类评估模块、16.保障服务类评估模块
具体实施例方式
本发明的实施例，一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的系统，包括以下六个模块， 数据包定义模块l，用于对进入系统的数据包进行ID定义； 分类器模块2，用于将进入系统的数据包按照定义好的ID进行分类；本实施例中分类器模块2包括第一分类器模块11、以及第二分类器模块12 ; 信令支持模块3，用于传递参数到各个网络元素来实现资源的预留，协调端与端之间网络元素的服务质量；信令支持模块3包括采用三方握手协议的第一信令支持模块7、以及采用资源协议RSVP的第二信令支持模块8，其中第一信令支持模块7供载荷控制服务使用、第二信令支持模块8供保障服务使用。 队列管理调度和策略模块4，用于在每个网络元素上满足不同应用的不同的端对端的服务质量，其所调度的服务质量包括载荷控制服务、尽力服务和保障服务；本实施例中队列管理调度和策略模块4包括简单优先队列管理调度和策略模块9、以及加权公平队列管理调度和策略模块10 ;其中简单优先队列管理调度和策略模块9位于第一信令支持模块7之后，供载荷控制服务和尽力服务两种包流量使用；加权公平队列管理调度和策略模块10位于第二信令支持模块8之后，它对流经的所有数据包排队并进行监控，从而分配加权值，平均公平地分配带宽，以满足保障服务所要求的服务质量； 准入控制模块5，用来决定是否允许新的数据包使用网络资源，以保证系统所要求的服务质量； 数据包测量和评估模块6，用于检验经过此系统后产生出来的信息流是否满足服务质量需要，从而结合准入控制模块5来判断什么时候开始对新的数据包流量加以限制。
在本发明实施例中，第一分类器模块11位于数据包定义模块1和信令支持模块3之间，分别与第一信令支持模块7和第二信令支持模块8相连，将数据包按照数据包定义模块1分配的ID值分流到第一信令支持模块7和第二信令支持模块8 ;第二分类器模块12位于队列管理调度和策略模块4之后，分别连接简单优先队列管理调度和策略模块9、以及加权公平队列管理调度和策略模块10，将从不同队列中出来的数据包分别传送到数据包测量和评估模块6，或直接传送到终点端抵达目标地址； 本发明实施例中，数据包测量和评估模块6包括控制载荷服务类测量模块13、保障服务类测量模块14，以及控制载荷服务类评估模块15和保障服务类评估模块16 ;其中控制载荷服务类测量模块13和保障服务类测量模块14均与第二分类器模块12相连接，分别测量控制载荷服务类的数据包和保障服务类数据包的量；控制载荷服务类评估模块15和保障服务类评估模块16对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽进行估值；
准入控制模块5分别与数据包测量和评估模块6中的控制载荷服务类评估模块15和保障服务类评估模块16，以及信令支持模块3中的第一信令支持模块7和第二信令支持模块8相连。 本发明一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的方法，包括以下几个程序 程序一 .将数据包所需的服务分为尽力服务、载荷控制服务和保障服务，为数据包按其所需的三种服务类型分别定义数据包ID ;在本实施例中定义ID = 0的为尽力服务，ID = 1的为载荷控制服务，ID大于等于2的为保障服务。 程序二 .将进入系统地数据包流按其ID进行分类并传输，并传递参数到各个网络元素； 程序三.对进入传输队列的数据包进行队列管理和调度，根据其所需服务类型，对尽力服务和载荷负载控制服务，采用简单优先队列管理和调度策略，而对于保障服务，采用加权公平队列管理和调度策略； 程序四.对传输中的数据包进行测量和评估，测量控制载荷服务类的数据包和保
障服务类数据包的量，对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽进行估值； 程序五.读取程序四对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽作出的估值，
评估系统中现有流量的速率和新数据包的令牌的速率，以决定新的数据流是否被允许进入系统。 本发明实施例，程序二中的网络元素为路由器。 在本发明实施例中，程序二中传递参数到各个网络元素的工作是由信令支持模块3完成的，信令支持模块3包括第一信令支持模块7和第二信令支持模块8，它们都是来协调端对端之间的网络元素而为信息流提供所需的服务质量QoS，因此信令支持模块3是本系统的核心之一。 第一分类器模块11将ID值小于2的数据包分流到第一信令支持模块7，这其中包括载荷控制服务数据包和尽力服务数据包，而将ID值大于等于2的分流到第二信令支持模块8，这其中包括保障服务的数据包。 对于第一信令支持模块7，它是供载荷控制服务使用的，由于对载荷控制服务没有
严格的限制，所以这里使用了简单的三方握手协议来实现所要求的服务质量。
在此模块中，发送方驱使，使用四种报文 请求报文PT_REQUEST、回复报文PT_REPLY、确认报文PT_C0NFIRM、失败报文PT_TEARDOWN来传递预留流量资源所用的参数来生成端对端信号连接。发送方发送一个PT_REQUEST,在其中包括令牌桶参数。数据包经过线路中的网络元素到达接收方，接收方收到PT_REQUEST后发送PT_REPLY作为对发送方的回复，发送方收到后再发送PT_C0NFIRM包给接收方，P乙REPLY回复包会暗示连接的建立是否成功，如果成功，发送方将开始发送数据包到接收方，如果不成功，发送方将发送一个PT_TEARD0WN包给接收方，这样没有连接建立没
7有包被发送方发送。因不符合所要求的服务质量。这类似于传统的三方握手协议。
对于第二信令支持模块8，它是供保障服务使用的。要想通知路线上所有的路由器要达到所需的服务质量，我们在此系统中使用资源预留协议RSVP作为信令支持来达到这个目的。它使发送者，接收者，以及中间的路由器可以相互通信从而设置路由器的状态，预留达到特定服务质量所需的资源从而达到保障服务的服务质量。而且它能动态地建立端对端的服务质量，它允许应用动态地申请网络带宽等。并且在路由发生变化后，它会做出调整并在新路径上申请预留资源。但它本身不完成这些服务质量的要求实现，而是通过不同的队列策略来完成。 如果要满足保障服务，端对端最坏情况下延迟必须满足以下表达式
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r :令牌进入桶的速率
b :桶的尺寸
p :数据包被传送的最大速率
m:数据包最小的尺寸
M:数据包的最大尺寸 C， D :都是错误量，或误差量，用来描述网络元素实现保障服务与理想的流体模式的偏差。 Ct。t and Dt。t是在整个路线中总的偏差或错误量的总和 在此过程中我们需要两个重要参数来完成，并将这些参数传递到网络中的各个元素(路由器) 流量说明参数(TSpec):实际就是令牌桶TOKEN_BUCKET_TSPEC中的5个参数令牌进入桶的速率r，桶的尺寸b，数据包被传送的最大速率p，数据包最小的尺寸m，数据包的最大尺寸M。
预留说明参数(RSpec):用两个参数来说明带宽也就是服务速率R。空闲量
延时S。 在此系统中我们对于网络上的元素都要求符合以上的延时要求，从而真正实现真正的保障服务。 在发明本实施例中，对于简单优先队列管理和调度策略模块9，它是供载荷控制服务和尽力服务两种包流量使用的。本系统使用了一种简单的队列管理和调度来满足不同的应用来满足不同服务质量一个简单的优先队列(priorityqueuing)管理和调度策略，它将通信量分成高低两种等级用，控制荷载服务(Controlled-Load Services)用高优先队列而尽力服务(Best Effort)信息流用低优先队列，这个策略是首先让高优先级的队列的包优先发送，直到高优先级队列中的包发送完毕，然后发送低优先级的包。在队列策略过程中，所有的信令包必须不能被舍弃或丢失。 对于加权公平队列管理和调度策略模块IO，它被应用到保障服务的包流量中。为了满足保障服务更加严格的服务质量，应用加权公平队列管理和调度来满足。在此系统中它对流经的所有数据包流排队并进行监控，从而分配加权值，平均公平地分配带宽。另外，它是一种近似的通用处理器共享系统。而使允许不同的会话有不同的服务分享。而这些就可以保障端对端的延时，这正是保障服务所要求的。同时，这个模块还提供每一个数据包流的带宽保证而且每一流都互不影响，一个流如果拥堵了，它不会影响到其它流。它也能提供好的平衡性，也就是当有资源没有被特定的流使用时，它们能够被其他流使用。而且它能同时被控制荷载服务(Controlled-load Services)和保障服务(GuaranteedServices)使用。它能满足特定类的带宽和会话或者类的分隔，以及服务质量的一致性。
第二分类模块12用来分流从不同队列中出来的数据包，它将ID等于1的载荷控制服务类的数据包分流到控制载荷服务类测量模块13，将ID大于等于2的保障服务类数据包分流到保障服务类测量模块14，将ID等于0的尽力服务数据包直接传送到终点端。
在本发明实施例中，程序四中对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽进行估值采用时间窗口算法。 本发明实施例，准入控制模块5是用来决定新的数据流是否将被允许进入系统。此决定是基于数据包测量和评估模块6上的负载的评估。在本系统中采用测量和(Measured Sum)算法，它使用时间窗口 (Time Window)的评估模块来评估系统中现有流量的速率。本系统中，如果新的数据包流的令牌的速率的和加上系统中现有的数据流的评估速率的总和小于连接的带宽乘以一个利用率，那么新的数据流就可被允许进入系统。
本发明可以在网络仿真器版本2(NS2)的综合服务中实现保障服务，使用户在NS2中体验到顺畅的多媒体实时应用体验。
9
权利要求
一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的系统，其特征在于该系统包括以下六个模块，数据包定义模块，用于对进入系统的数据包进行ID定义；分类器模块，用于将进入系统的数据包按照定义好的ID进行分类；信令支持模块，用于传递参数到各个网络元素(如各路由器)来实现资源的预留，协调端与端之间网络元素的服务质量；队列管理调度和策略模块，用于在每个网络元素上满足不同应用的不同的端对端的服务质量，其所调度的服务质量包括载荷控制服务、尽力服务和保障服务；准入控制模块，用来决定是否允许新的数据包使用网络资源，以保证系统所要求的服务质量；数据包测量和评估模块，用于检验经过此系统后产生出来的信息流是否满足服务质量需要，从而结合准入控制模块来判断什么时候开始对新的数据包流量加以限制。
2. 根据权利要求1所述的一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的系 统，其特征在于所述信令支持模块包括采用三方握手协议的第一信令支持模块、以及采用资源协议 RSVP的第二信令支持模块，其中第一信令支持模块供载荷控制服务使用、第二信令支持模块供保障服务使用；所述队列管理调度和策略模块包括简单优先队列管理调度和策略模块、以及加权公平 队列管理调度和策略模块；其中简单优先队列管理调度和策略模块位于第一信令支持模块 之后，供载荷控制服务和尽力服务两种包流量使用；加权公平队列管理调度和策略模块位 于第二信令支持模块之后，它对流经的所有数据包排队并进行监控，从而分配加权值，平均 公平地分配带宽，以满足保障服务所要求的服务质量；所述分类器模块包括第一分类器模块、以及第二分类器模块；其中第一分类器模块位 于数据包定义模块和信令支持模块之间，分别与第一信令支持模块和第二信令支持模块相 连，将数据包按照数据包定义模块分配的ID值分流到第一信令支持模块和第二信令支持 模块；第二分类器模块位于队列管理调度和策略模块之后，分别连接简单优先队列管理调 度和策略模块、以及加权公平队列管理调度和策略模块，将从不同队列中出来的数据包分 别传送到数据包测量和评估模块，或直接传送到终点端抵达目标地址；所述数据包测量和评估模块包括控制载荷服务类测量模块、保障服务类测量模块，以 及控制载荷服务类评估模块和保障服务类评估模块；其中控制载荷服务类测量模块和保障 服务类测量模块均与第二分类器模块相连接，分别测量控制载荷服务类的数据包和保障服 务类数据包的量；控制载荷服务类评估模块和保障服务类评估模块对控制载荷类和保障服 务类的数据流所占带宽进行估值；所述准入控制模块分别与数据包测量和评估模块中的控制载荷服务类评估模块和保 障服务类评估模块，以及信令支持模块中的第一信令支持模块和第二信令支持模块相连。
3. 根据权利要求1或2所述的一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的 系统，其特征在于所述准入控制模块不多于2个。
4. 一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的方法，其特征在于该方法 包括以下几个程序程序一 .将数据包所需的服务分为尽力服务、载荷控制服务和保障服务，为数据包按 其所需的三种服务类型分别定义数据包ID ;程序二 .将进入系统地数据包流按其ID进行分类并传输，并传递参数到各个网络元素；程序三.对进入传输队列的数据包进行队列管理和调度，根据其所需服务类型，对尽 力服务和载荷负载控制服务，采用简单优先队列管理和调度策略，而对于保障服务，采用加 权公平队列管理和调度策略；程序四.对传输中的数据包进行测量和评估，测量控制载荷服务类的数据包和保障服 务类数据包的量，对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽进行估值；程序五.读取程序四对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽作出的估值，评 估系统中现有流量的速率和新数据包的令牌的速率，以决定新的数据流是否被允许进入系 统。
5. 根据权利要求4所述的一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的方 法，其特征在于所述程序三中采用的简单优先队列管理和调度策略是将通信量分成高低 两种等级用，控制荷载服务用高优先队列而尽力服务用低优先队列，这个策略是首先让高 优先级的队列的包优先发送，直到高优先级队列中的包发送完毕，然后发送低优先级的包。 在队列策略过程中，所有的信令包必须不能被舍弃或丢失。
6. 根据权利要求4所述的一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的方 法，其特征在于所述程序三中采用的加权公平队列管理和调度策略是对流经的所有数据 包流排队并进行监控，分配加权值，平均公平地分配带宽。
7. 根据权利要求4所述的一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的方法，其特征在于所述程序四中对控制载荷类和保障服务类的数据流所占带宽进行估值采用时间窗口算法。
8. 根据权利要求4所述的一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的方法，其特征在于所述程序二中的网络元素为路由器。
全文摘要
本发明涉及一种在网络仿真器NS2中实现综合服务中的保障服务的系统和方法，该系统包括数据包定义模块；分类器模块；信令支持模块；队列管理调度和策略模块；准入控制模块；数据包测量和评估模块。与本发明系统相适应的方法，包括程序一.将数据包所需的服务分为尽力服务、载荷控制服务和保障服务，为数据包按其所需的三种服务类型分别定义数据包ID；程序二.将进入系统地数据包流按其ID进行分类并传输；程序三.对进入传输队列的数据包进行队列管理和调度；程序四.对传输中的数据包进行测量和评估；程序五.评估系统中现有流量的速率和新数据包的令牌的速率，以决定新的数据流是否被允许进入系统。
文档编号H04L12/26GK101741716SQ20081022706
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者李耀辉 申请人:北京瑞佳晨科技有限公司