专利名称：一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度的方法
技术领域：
本发明涉及一种保证分组传输时延的技术领域。特别涉及一种利用分组头中的剩余生命期(TTL)进行分组传输服务质量调度的方法，尤其是实现分组在通信网络传输过程中端到端的时延保障的分组调度与路由选择方法。
早在80年代，实时通信的研究工作就已经开始，并先后在多种网络结构，包括CSMA/CD、令牌环、FDDI、slotted ring、DQDB、ATM和点到点网络上研究延迟保证问题。一个实时应用的连接就是应用和网络之间的关系，一方面实时应用需要向网络提供业务流特征信息，另一方面网络要向该实时应用提供其所要求的服务质量。可扩展的连接接入控制是实现面向连接的实时通信的关键技术。
IETF IntServ体系已经提出了一整套基于连接的接入控制和包调度的系统方法。每个流在建立阶段由接入控制严格控制，在连接有效期内由调度机制严格控制，每个连接的状态信息需要保存在路径通过的每个节点上，接入控制和调度都是连接相关的。因此，高速网络核心路由器常常被迫去维护、调度数以万计的连接；随着连接数量的增加，连接建立和释放阶段的额外开销也将会增大。IntServ可扩展性差的缺陷，直接导致它很难在大规模的高速互联网络中实施。
DiffServ体系克服了可扩展性差的缺点，可以很容易的适合大规模网络。从用户的角度看，DiffServ将用户连接分为不同的预先定义好的类别，每个类的包在网络中按照基于类的调度策略进行服务。路由器只关心连接的汇聚，每个边缘路由器负责将单个流汇集成汇聚流。因此，DiffServ模型与业务流的数量无关，具有很好的可扩展性。但是DiffServ模型只是根据分组的类型进行调度，至于分组是不是能按时间要求到达目的节点，它是不考虑的。所以这种方法也不能完全解决分组在网络中的传输时延的问题。
一种利用分组头中的剩余生命期进(TTLTime-to-Live)行分组传输服务质量调度和路由选择的方法。方法实现分组在通信网络传输过程中端到端的时延保障，利用现有通信网络中分组的TTL字段，使通信网络中各个接收节点可以根据识别的TTL值来进行路由选择及加速转发调度，首先判断是否存在合适的满足端到端时延保证的路由，存在的情况下利用TTL值为权重进行转发调度，从而保障分组在网络中传输的有效性和稳定性。在保证分组传输时延的同时，最大限度的减轻网络负荷。
本发明是通过如下的技术方案实现的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法利用在网络中传输的分组的剩余生命期TTL字段，将其作为权重进行网络资源的分配和最佳分组传输路径的选择，并据此进行优先转发，从而保证分组传输的端到时延，减轻网络负荷。
接收到分组的中间节点在完成TTL值的计算后还要计算从中间节点1发送分组到信宿还需要最少多少时间，这个时间可以是分组将要经过的跳数最少还有多少、或者是以最佳传送路径上来传送分组需要经过多少时间，这个时间可以是一个抽象的值，我们称为T1，节点需要判别分组的TTL值与T1的大小，然后采取指定的路由选择与调度处理措施。
如果经过运算后得到的TTL值小于T1，表明分组的传送时延已无法满足要求，这时中间节点应将分组从本节点删除，也就意味着从网络中去除了分组，并向发信的信源回应一条错误通知消息分组，告诉信源发送的分组无法经过本节点正确发送到信宿，这样还可以有效减轻网络的负荷。
如果经计算得到的分组的TTL值大于等于T1时，表明分组还可以按要求时延发送到信宿，这时，中间节点1将把分组交到转发调度器和路由选择控制部件。
当分组被交到路由控制部件进行路由选择处理时，路由控制部件将根据路由表随机选择一条可满足分组TTL传送时延要求的路径，然后将分组转交到对应的输出端口进行转发，这种路径的选择可以是本地节点单独作出，也可以是本地节点与相邻的其它节点联合作出选择。
分组的传输路径被选择定后，分组将由转发调度管理器进行调度管理，这个时候，转发调度器将根据TTL值的大小，将分组送到对应输出端口的相应优先级队列等待发送，这时，TTL值越小，表明分组的生存时间越短，为保证实时性要求，就越需要将分组送到高发送优先级的队列。
分组被转交到转发调度管理器后，调度管理器还可以根据TTL值的大小，判断分组送到对应输出端口的相应优先级队列发送需要等待多长时间，如果这个时间加上T1后大于TTL，那么就将分组丢弃，并向发信信源回送一出错消息，告诉信源发送的分组无法经过本节点正确发送到信宿。
分组TTL值的设计可以是传统的TTL值的设计方法，也就是TTL表明分组在网络中的跳数即所能通过的最大节点数目，这时分组每经过一个节点，自动减1；也可以是预先规定的一个定时值，例如分组发送时由信源分配给分组的一个值，该值在网络中每经过一段时间将自动减1或减去其它某个数值。
图1是分组在网络中的发送图；图2是实现TTL关联路由选择与调度的节点结构图；图3是IP分组头图。
如图1中所示，信源将分组发送到网络中。分组将通过网络中的有关中间节点进行处理后根据相关处理信息进行转发，最终传送到信宿。在现有的通信网络中，如果中间节点处理分组的TTL生存期字段时发现分组在网络中的生存期为零时，才将分组丢弃。否则按常规的逐路路由选择算法进行路由选择后，转发分组到通往目的地信宿的下一中间节点。我们现在将在节点对分组的剩余生命期TTL处理流程中除了原有的TTL处理外，还将增加如下处理功能(以图1所示的中间节点1为例)1)中间节点1在完成TTL值的计算后还要计算从中间节点1发送分组到信宿还需要最少多少时间(例如所经过的跳数最少还有多少、或者是以最佳传送路径上来传送分组需要经过多少时间，也就是说这个时间是逻辑意义上的)，这个时间是根据当前节点到信宿的多条传输路径中所选择的最优传输路径上传送分组时所需的时间进行计算而得到，我们称这一个时间为T1，判别分组的TTL值与T1的大小，然后采取如下处理A)如果TTL小于T1，表明分组的传送时延已无法满足要求，这时中间节点应将分组从本节点删除(也即从网络中去除了分组)，并向信源回应一条错误通知消息分组，告诉信源发送的分组无法经过本节点正确发送到信宿。这样还可以有效减轻网络的负荷。
B)如果分组的TTL大于等于T1，表明分组还可以按要求时延发送到信宿。这时，中间节点1将把分组交到如图2所示的节点中的转发调度器和路由控制部件处理。
2)当分组被交到路由控制部件进行路由选择处理时，路由控制部件将根据路由表所提供的多条可达路径中随机选择一条可满足分组TTL传送时延要求的路径，。这种路径的选择可以是本地节点单独作出，也可以是本地节点与相邻的其它节点联合作出。
3)分组的传输路径被选择定后，分组将由转发调度管理器进行调度管理，这个时候，转发调度器将根据TTL值的大小，将分组送到对应输出端口的相应优先级队列等待发送。这时，TTL值越小，表明分组的生存时间越短，为保证实时性要求，就越需要将分组送到高发送优先级的队列。
4)分组被转交到转发调度管理器后，调度管理器还可以根据TTL值的大小，判断分组送到对应输出端口的相应优先级队列发送需要等待多长时间，如果这个时间加上T1后大于TTL，那么就将分组丢弃，并向发信信源回送一出错消息，告诉信源发送的分组无法经过本节点正确发送到信宿。
图2给出了能满足上述要求的节点系统结构。
上述方法实现中TTL值的设定有多种方法1、采用传统的TTL值的设计方法，也就是TTL表明分组在网络中的跳数即所能通过的最大节点数目。其在分组中的格式可以是如图3所示的IP分组，也可以是MPLS多协议标签交换网中标签里的TTL值，还可以是其它网络技术所采用的分组格式里的TTL。
2、TTL值可以是预先规定的一个定时值，例如分组发送时由信源分配给分组的一个值，该值在网络中每经过一段时间将自动减1或减去其它某个数值。其具体实现可以通过修改相关网络协议实现。
上述发明本身可单独实现来保证分组在网络中传送的端到端时延，也可以通过和现有的其它技术集成在一起共同保证网络对分组传送的实时性保证。
依据本发明思想的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，利用在网络中传输的分组的剩余生命期TTL字段，将其作为权重进行网络资源的分配和最佳分组传输路径的选择，并据此进行优先转发，从而保证分组传输的端到时延，减轻网络负荷。
2.根据权利要求1所述的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，接收到分组的中间节点在完成TTL值的计算后还要计算从中间节点1发送分组到信宿还需要最少多少时间，这个时间可以是分组将要经过的跳数最少还有多少、或者是以最佳传送路径上来传送分组需要经过多少时间，这个时间可以是一个抽象的值，我们称后一个时间为T1，节点需要判别分组的TTL值与T1的大小，然后采取指定的路由选择与调度处理措施。
3.根据权利要求1所述的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，如果经过运算后得到的TTL值小于T1，表明分组的传送时延已无法满足要求，这时中间节点应将分组从本节点删除，也就意味着从网络中去除了分组，并向发信的信源回应一条错误通知消息分组，告诉信源发送的分组无法经过本节点正确发送到信宿，这样还可以有效减轻网络的负荷。
4.根据权利要求1所述的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，如果经计算得到的分组的TTL值大于等于T1时，表明分组还可以按要求时延发送到信宿，这时，中间节点1将把分组交到转发调度器和路由选择控制部件。
5.根据权利要求1所述的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，当分组被交到路由控制部件进行路由选择处理时，路由控制部件将根据路由表随机选择一条可满足分组TTL传送时延要求的路径，然后将分组转交到对应的输出端口进行转发，这种路径的选择可以是本地节点单独作出，也可以是本地节点与相邻的其它节点联合作出选择。
6.根据权利要求1所述的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，分组的传输路径被选择定后，分组将由转发调度管理器进行调度管理，这个时候，转发调度器将根据TTL值的大小，将分组送到对应输出端口的相应优先级队列等待发送，这时，TTL值越小，表明分组的生存时间越短，为保证实时性要求，就越需要将分组送到高发送优先级的队列。
7.根据权利要求1所述的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，分组被转交到转发调度管理器后，调度管理器还可以根据TTL值的大小，判断分组送到对应输出端口的相应优先级队列发送需要等待多长时间，如果这个时间加上T1后大于TTL，那么就将分组丢弃，并向发信信源回送一出错消息，告诉信源发送的分组无法经过本节点正确发送到信宿。
8.根据权利要求1所述的一种利用分组头中的剩余生命期进行分组传输服务质量调度和路由选择的方法，其特征在于，分组TTL值的设计可以是传统的TTL值的设计方法，也就是TTL表明分组在网络中的跳数即所能通过的最大节点数目，这时分组每经过一个节点，自动减1；也可以是预先规定的一个定时值，例如分组发送时由信源分配给分组的一个值，该值在网络中每经过一段时间将自动减1或减去其它某个数值。
全文摘要
一种利用分组头中的剩余生命期进(TTLTime－to－Live)行分组传输服务质量调度和路由选择的方法。方法实现分组在通信网络传输过程中端到端的时延保障，利用现有通信网络中分组的TTL字段，使通信网络中各个接收节点可以根据识别的TTL值来进行路由选择及加速转发调度，首先判断是否存在合适的满足端到端时延保证的路由，存在的情况下利用TTL值为权重进行转发调度，从而保障分组在网络中传输的有效性和稳定性。在保证分组传输时延的同时，最大限度的减轻网络负荷。
文档编号H04Q3/64GK1472937SQ0314509
公开日2004年2月4日 申请日期2003年6月27日 优先权日2003年6月27日
发明者石晶林, 李忠诚 申请人:中国科学院计算技术研究所