专利名称：一种可支持atm环路并保证业务质量的控制器和控制方法
技术领域：
本发明涉及异步转移模式(ATM)传输技术，特别是涉及一种可支持ATM环路并保证业务质量的控制器和控制方法。
背景技术：
传统的光传输网络(SDH/SONET)主要采用TDM方式，负载由固定大小的虚容器复用而成，在传送话音业务和点到点专用线业务方面是比较有效的，而对于急剧增长的数据业务和其他宽带业务，SDH/SONET传输体系的效率是很低的。如果直接利用ATM交换机互连，则价格很昂贵，所以急需开发一种价格合理的能够有效利用带宽的ATM传输和接入设备，即异步转移模式环网产品。
异步转移模式环网(ATM ring)是ATM技术和光传输技术结合的产物，可根据需要分配带宽，支持多种业务和多种QoS类型，同时具有SDH/SONET设备的保护倒换功能，使网络具有很高的生存性和可靠性。ATM业务种类分别有恒定比特率CBR、实时可变比特率rt-VBR、非实时可变比特率nrt-VBR、不确定比特率UBR、可用比特率ABR五种。业务优先级不同，各种业务在网络拥塞的时候，必然要求分等级调度。
数据网是需要QOS支持的，在网络的各个节点都应该提供QOS保证。由异步转移模式环网组成的数据网，其控制是由专门的ATM环网控制器(以下简称ARC)实现的，但目前的异步转移模式环网在考虑QoS方面不充分的。
目前的异步转移模式环网采用现有的一个接口(Interface)+交换(Switch)的方式来实现，接口中含有三个设备器件第一个是负责从环上将ATM信元提取到交换部分；第二个是将交换部分的信元发送到外部的ring的任何一个方向；
第三个是将不是到本节点的AYM信元透传到另外一个ring方向。上述方案没有考虑当业务是从两个方向到同一个方向，对于输出端口的竞争和带宽管理所带来的问题。导致业务在接口处没有优先级管理和带宽管理机制，整个环网没有提供QOS保证特性。并且需要重新设计组网接口和交换方式，无法支持现有的ATM交换机升级而支持异步转移模式环网。
如果异步转移模式环网直接采用现有的ATM业务处理器的子端口进行处理，则处理时延长，Ring的带宽最大只能达到ATM业务处理器(ATM Processor)的二分之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题提供了一种在异步转移模式环网中支持QOS的控制器及其控制方法。
本发明所述在异步转移模式环网中支持QOS的控制器，包括具有三路接口A、B、C的输入端，其中A、接口B是环路接口，接口C为本地接口；分别与接口A、B、C的输入端相对应连接的业务分发器A、B、C，三路接口A、B、C的输出端；还包括分别位于业务分发器A、B、C与接口A、B、C的输出端之间的业务调度器A、B、C；所述业务调度器A、B、C，分别接收来自另外两个与其不对应的业务分发器的数据包业务流，经过调度控制处理后，将数据包业务流通过接口A、B各自的输出端输出到环网上，接口C的输出端输出到本地的数据包处理器中。
当工作在其他特殊的环境中时，例如当光纤线路连接方式发生更改，环路从接口A输入的数据流，又需要从接口A输出，而从接口B输入的数据流，需要从接口B输出。
所述业务调度器A、B，可以分别接收来自接口C和本输入接口的业务分发器的数据包业务流，经过调度控制处理后，将数据包业务流通过接口A、B各自的输出端输出到环网上。
所述业务调度器C，分别接收业务分发器A、B的数据包业务流，经过调度控制处理后，将数据包业务流通过接口C的输出端输出到本地的数据包处理器中。
为了支持系统的自检测，接口A、B、C的输入的数据流可以分别送入到接口A、B、C的输出端。
本发明所述在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，包括如下步骤步骤一，业务分发器判断ATM的业务类型，并确定该业务类型的优先级，然后按照输出端口进行基于VP的排队；步骤二，业务调度器根据不同类型业务，进行相应的处理后送到下一级业务优先级调度器；步骤三，业务优先级调度器根据优先管理原则，根据优先级由高到低顺序输出。
在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，所述步骤二进一步包括对于CBR业务，业务调度器直接将输入的数据包业务流送入优先级调度器，对于rt-VBR业务和nrt-VBR业务，分别用各自的GTS算法计算带宽容许通过的业务流量，若属于保证带宽的流量，就将数据包发送到下一级业务优先级调度器；若当前计算业务流量超过带宽容许的部分，则利用EBS算法对其进行管理；对于UBR业务和额外业务，首先利用EBS算法进行管理，EBS算法在各队列之间进行公平管理，将各队列的数据流量平均发送到下一级业务优先级调度器。
如上所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，所述步骤二进一步包括，OAM队列的数据流也直接进入业务优先级调度器。
本发明可以对于高优先级的业务利用优先级调度器的管理提供可靠的服务质量的保证，对于带宽也可以充分利用。实现起来简单可靠。可以支持现有设备提供大于数据包处理器1/4带宽以上的ATM环。
图1是本发明提出的异步转移模式环网的结构示意图；图2是图1中的ATM环网控制器ARC的结构示意图；图3是图2中的ATM业务调度器的工作示意图；图4是本发明所述控制方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1给出了本发明提出的异步转移模式环网的结构示意图，它包括三个部分，包交换端、包处理器和ATM环网控制器ARC，其中包交换端和包处理器是ATM交换系统通常的设备，ARC即为环网设备。
在异步转移模式环网中必然有ATM交换设备，在进入Ring之前进行本节点的处理，根据业务的特性将需要进入Ring的数据包进行处理发送到ARC，由ARC进行处理发送到接口A或B的环路。同样从接口A、B输入端来的数据包经过ARC判别属于本节点的，就下行到包处理器，然后再到交换端，输出到ATM交换机的相应端口。
图2给出了图1中的ATM环网控制器ARC的结构示意图。由于ATM业务种类较多，而且优先级多，在网络拥塞的情况下，对于高优先级的业务必须保证质量，因此要采用调度器解决带宽管理的问题；只要高优先级的业务流不为空，那么低优先级的业务流就不能得到服务。
同时，在ATM交换设备中已经使用了先进的ATM业务处理器实现了基于各种业务的精细的调度。在异步转移模式环网中，业务在环上和环下都有精细的业务处理，要实现全网的QoS特性，必须在所有的节点支持QoS，因此在ARC中也应采用调度器来处理业务，从而保证业务的QoS特性。
使用ARC可以在现有的ATM交换机上支持异步转移模式环网，用ARC构建的异步转移模式环网，可以充分利用包处理器Processor的带宽，环上带宽也可达到包处理器Processor的带宽能力。同时根据各种组网的需要，可以将环上带宽与ATM交换机单个包处理器Processor的带宽独立起来。例如Ring带宽2.5Gbps，而包处理器Processor只有622Mbps的处理能力。
图2表示的ARC结构中，将ARC的三个端口分别定义为A、B、C，其中本发明把接口C定义为与图1中的ATM处理器相连的端口，那么，在正常的异步转移模式环网工作模式下，将会有2个端口的业务流向第三个端口。例如环路接口A、本地接口C的数据通过各自的分发器(Dispatch)之后，就会有接口A的输入端的数据需要透传到环路的接口B输出端，接口C的输入端的数据也发送到接口B的输出端。在输出到接口B的输出端之前，必须使用调度器(Scheduler)来进行流量管理，以便保证接口B输出端的输出数据的QOS特性。
当工作在其他特殊的环境中时，工作模式发生改变，例如当光纤线路连接方式发生更改，环路从接口A输入端输入的数据流，又需要从接口A输出端输出，而从接口B输入端输入的数据流，需要从接口B输出端输出。
同时，在正常的业务之外，还需要支持系统的自检测，为了支持以上两种情况下业务的运行，接口A、B、C输入的数据流可以分别送入到A、B、C的输出口。如图2中虚线所示。
Dispatch的功能只是识别数据是发送到哪个方向。对于接口A或B，就是识别是否从Ring上提取到本节点的数据。并且将需要继续在Ring上传送的数据发送到接口B输出端或接口A输出端。对于从Ring上提取到本节点的数据就发送到接口C输出端。
对于接口C就是要将当前的数据发送到A、B两个端口去(或只发送到其中一个端口)。
调度器Scheduler就是将来自两个端口的数据流，根据每个数据的业务优先级和带宽要求，进行调度处理，保证数据流的QOS特性。
每一个调度器Scheduler总体分为两级调度算法基于ATM连接的调度+基于业务优先级的调度。
每一个基于ATM连接的调度含有2个算法GTS(保证带宽调度，是一种算法的统称，具体应用中还可以使用WFQ等算法)算法和EBS算法(剩余带宽调度，也是一种算法的统称，具体应用中可以使用RR等算法)。
图3是图2中的ATM业务调度器的工作示意图。对于CBR业务，由于属于恒定比特率，而且，优先级最高，因此该业务直接进入优先级调度器。
对于rt-VBR业务和nrt-VBR业务，由于在带宽保证上，要求不同，因此采用GTS算法来实现保证带宽的调度。对于超过保证带宽的业务流量，将全部与UBR(未定义带宽速率)业务和额外业务(通常为1∶1工作模式下保护通道中的UBR)一起采用EBS算法进行管理。
GTS算法主要是为了保证队列按照预约的流量进行输出，同时要保证带宽和时延(rt-VBR业务需要较小的时延和时延抖动，nrt-VBR业务可以有较大的时延和抖动)，通常针对rt-VBR和nrt-VBR业务，所采用的GTS算法是不一样的。rt-VBR业务使用较小时延的调度算法，例如WF2Q(一种公平调度算法)，WFQ、Shvc等调度算法；nrt-VBR业务使用较大时延的调度算法，例如WRR(带权重的轮询)。在实际的具体实现中，可以根据业务的需要，在保证业务特性的情况下灵活选用。
EBS算法通常为轮询算法，在特殊情况下可以考虑WRR和其他算法，主要目的是在剩余带宽队列之间进行公平分配的管理。
由于VP ring(ATM虚通道环网)中管理的粒度是基于VP连接的，因此，对于每一个VP连接，单独设置一个队列进行处理，业务的输出丢弃都是同一个VP连接队列，因此，基于VP的排队还可以使业务的拥塞丢弃达到VP级管理。
基于VP的调度，实现了异步转移模式环网中拥塞的处理，不仅可以让保证业务顺利通过，而且对于剩余带宽的管理也是基于VP公平的。由于队列是按照VP连接进行管理，调度就是在所有的这些VP队列之间进行，每个队列输出的带宽只能按照VP来管理。因此对于剩余带宽的管理也是基于VP连接公平的。
业务优先级调度器应至少分为4类优先级，对于CBR业务的优先级最高，OAM(操作与管理)信元的优先级次高，利用GTS算法管理输出的数据优先级再次，利用EBS算法管理输出的数据优先级最低。
对于其他异步转移模式环网方式，例如VC Ring，设计思路类似。
针对不同的Ring的结构，可以采用不同的调度方式。对于VP RING来说，如果端口送来的同类业务就没有必要再区分基于VC的优先级调度，仅区分不同的VP和业务类型等级即可。若在不同的应用场合，业务需要按照节点公平的原则，那么只需要将EBS算法的管理改为按照节点队列管理就可以实现。
图4是本发明所述控制方法的流程图。
以接口A的输出端为例当数据包进入ARC后，根据查表得到数据的优先级和队列信息，然后按照输出端口和VP连接进入相应的队列，当队列满就丢弃数据。
接口A的调度器按照GTS和EBS算法同时进行各队列的输出。并将各自的输出的请求信号发送到优先级调度器，调度器的最终输出控制单元检测优先级调度器的输入请求，依照优先级次序依次发送数据信元。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种在异步转移模式环网中支持QOS的控制器，包括具有三路接口A、B、C的输入端，其中接口A、接口B是环路接口，接口C为本地接口；分别与接口A、B、C的输入端相对应连接的业务分发器A、B、C，三路接口A、B、C的输出端；其特征在于，还包括分别位于业务分发器A、B、C与接口A、B、C的输出端之间的业务调度器A、B、C；所述业务调度器A、B、C，分别接收来自另外两个与其不对应的业务分发器的数据包业务流，经过调度控制处理后，将数据包业务流通过接口A、B各自的输出端输出到环网上，接口C的输出端输出到本地的数据包处理器中。
2.根据权利要求1所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制器，其特征在于，所述业务调度器A、B，可以分别接收来自接口C和本输入接口的业务分发器的数据包业务流，经过调度控制处理后，将数据包业务流通过接口A、B各自的输出端输出到环网上。
3.根据权利要求1或2所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制器，其特征在于，所述业务调度器C，分别接收业务分发器A、B的数据包业务流，经过调度控制处理后，将数据包业务流通过接口C的输出端输出到本地的数据包处理器中。
4.根据权利要求1或2所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制器，其特征在于，为了支持系统的自检测，接口A、B、C的输入端输入的数据流可以分别送入到接口A、B、C的输出端。
5.一种在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一，业务分发器判断ATM的业务类型，并确定该业务类型的优先级，然后按照输出端口进行基于VP的排队；步骤二，业务调度器根据不同类型业务，进行相应的处理后送到下一级业务优先级调度器；步骤三，业务优先级调度器根据优先管理原则，根据优先级由高到低顺序输出。
6.根据权利要求5所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括对于CBR业务，业务调度器直接将输入的数据包业务流送入优先级调度器，对于rt-VBR业务和nrt-VBR业务，分别用各自的GTS算法计算带宽容许通过的业务流量，若属于保证带宽的流量，就将数据包发送到下一级业务优先级调度器；若当前计算业务流量超过带宽容许的部分，则利用EBS算法对其进行管理；对于UBR业务和额外业务，首先利用EBS算法进行管理，EBS算法在各队列之间进行公平管理，将各队列的数据流量平均发送到下一级业务优先级调度器。
7.根据权利要求5所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括OAM队列的数据流也直接进入业务优先级调度器。
8.根据权利要求6所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，其特征在于，所述对于rt-VBR业务和nrt-VBR业务分别用各自的GTS算法，具体包括所述rt-VBR使用时延较小的WF2Q、WFQ、Shvc调度算法，所述nrt-VBR使用时延较大的带权重的轮询WRR调度算法。
9.根据权利要求5所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，其特征在于，当数据包进入ATM环控制器后，根据查表得到数据的优先级和队列信息，然后按照输出端口和VP连接进入相应的队列，当队列满就丢弃数据。
10.根据权利要求6所述的在异步转移模式环网中支持QOS的控制方法，其特征在于，业务调度器利用GTS算法和EBS算法同时进行各队列的输出；并将请求发送到优先级调度器，该调度器的最终输出控制单元检测优先级调度器的输入请求，依照优先级次序依次发送数据信元。
全文摘要
本发明公开了一种在异步转移模式环网中支持QOS的控制器，包括具有三路接口A、B、C的输入端，其中接口A、接口B是环路接口，接口C为本地接口；分别与接口A、B、C的输入端相对应连接的业务分发器A、B、C，三路接口A、B、C的输出端；其特征在于，还包括分别位于业务分发器A、B、C与接口A、B、C的输出端之间的业务调度器A、B、C；所述业务调度器A、B、C，分别接收来自另外两个与其不对应的业务分发器的数据包业务流，进行调度控制处理。本发明利用优先级调度器的管理提供可靠的服务质量的保证，对于带宽也可以充分利用，实现起来简单可靠，可支持现有设备提供大于数据包处理器1/4带宽以上的ATM环。
文档编号H04L29/02GK1585368SQ0315524
公开日2005年2月23日 申请日期2003年8月23日 优先权日2003年8月23日
发明者杜涌, 钟波涌 申请人:华为技术有限公司