专利名称：基于隧道的ip电信网实现方法
技术领域：
本发明涉及网络通信技术，特别涉及基于隧道的IP电信网实现方法。
背景技术：
如今互联网的高速发展，其上的业务层出不穷，但现有的互联网架构传输数据是采用尽 力而为的机制，管理、控制能力不足。针对当前语音、视频、专线等对带宽保证、实时性要 求较高的业务需求无法保证质量。而且还产生了以下几种网络不确定现象为
一是通信路径不确定性从信源到信宿的多个数据包可能经过不同的网络路径，不同的 时间段也可能具有不同的网络路径；
二是通信流量的不确性由于现有IP网络没有网络接入数量的控制能力，也没有网络接 入流量的控制能力，可能某个时间点在网络的某个节点出现很大的流量，超过节点的能力， 但这时仍然可能会有新的用户接入或新的流量注入，这种不确定的流量引起网络局部拥塞， 造成已接入用户的通信受到影响；
三是通信延迟的不确定性由于上述两种不确定性，数据报文通过网络的延迟受网络路 径、网络拥塞状况的影响，具有不确定性。
针对以上网络现状，众多的企业和组织提出各种解决方案，主要包括以下三种方案
第一种是在现有网络上通过引入QoS (服务质量)机制。这方面的研究很多，特别是包
括IntServ (集成服务)和DiffServ (区分服务)两种方式最为突出，但IntServ受其扩展性 影响没有取得应用上的成功，DiffServ具有较好的扩展性并得到了应用上的成功，但仍然没 有解决上述网络的不确定性问题，故仍然未完全解决IP网络提供电信级业务的问题。
第二种是采用新的网络体系建立全新的IP网络。这种方式在技术上是可行的，但由于现 有IP网络已大量存在，要抛掉现有的IP网络建立新的网络，其成本巨大而且资源浪费严重。 在技术上， 一些方案采用独立但能与现有IP网络兼容的方式，这种方式在IP网络本身没有得 到QoS保障前仍然不能完全解决问题。
第三种是在现有IP网络上引入新的网络控制层，提供资源管理和用户接纳控制，实现网 络的可控制性和IP QoS支持。这是当前ITU (国际电信联盟)正在标准化的一种方式，但这 种方式仍然存在一些问题。标准建议只在网络中部署边界网关设备，但实现真正的资源控制 除要部署实现相关功能实体之外，对数据设备本身也扩展了很多新的要求，这些新的要求导致部署资源控制可能需要部署新的数据设备或改造升级替换现有网络的数据设备，可能需要 大量的投入才能够使承载网络具备比较完善的资源控制能力。事实上的全网设备升级，特别 是一些核心系统的升级，会成为一种实施的障碍。另一方面，这种技术在现有IP网络上基于 MPLS (多协议标签交换)技术建立全程的LSP (标记交换路径)，数据流量所经过的网络路 径上的所有设备都需要维护与此条LSP相关的标记，对现有节点提出了标记容量的要求，因 为两个通信端点用户(如两个用户之间的语音通信)就对应一条LSP，而原来的设备是以子 网络为等价类建立对应的LSP，在包括语音通信这样的业务应用情况下，前者的规模较后者 扩大了很多，这对于现有网络运行的IP/MPLS设备来说，需要扩展标记容量才能满足通信。
基于现有的IP网络，探索更多的实用方法，尽量减少对现有网络特别是核心设备的更换 或升级影响，减少IP电信网的实施困难，是亟待解决的重大问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于隧道的IP电信网实现方法，以较低的成 本、在不改变现有网络架构的情况下平滑过渡，实现用户端到端的服务质量保证，为用户提 供符合需要的多种IP QoS等级的业务。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，基于隧道的IP电信网实现方法，包括如 下步骤
a、 将网络划分为资源域；
b、 根据资源域内的带宽资源建立资源隧道；所述资源隧道能够抢占网络中的带宽，确 保资源隧道所需要的带宽得到保证；
c、 在资源隧道内部和资源域之间建立用户隧道；所述用户隧道的带宽资源一定得到保
证；
d、 数据流量在资源域内部通过用户隧道转发；
具体的，用户隧道包括永久隧道和呼叫隧道，永久隧道是一直维护的用户隧道；呼叫隧 道是根据业务需要临时建立的用户隧道，而且在完成通信后被释放；
具体的，在进行数据流量转发时，用户接入节点把用户流量映射进用户隧道中，并在网 络报文中封装用户隧道标记和资源隧道标记，资源隧道中间的节点直接根据报文中的隧道标 记进行转发，用户出口节点则去除用户隧道标记和资源隧道标记；
进一步的，在进行数据流量转发时，资源隧道出口节点去除资源隧道标记，并对用户隧 道作用户隧道标记交换操作，然后将流量送给后继资源隧道的入口节点；
进一步的，所述用户隧道只需要在资源域出口节点和资源域入口节点安装用户隧道标记
5，无需资源域中间的节点感知用户隧道标记的安装处理和交换过程；
进一步的，所述建立资源隧道是根据带宽资源和不同IP QoS级别在两个节点之间建立对 应不同IP QoS级别的多条隧道；
进一步的，资源域内部的用户隧道与其所在的资源隧道具有相同IP QoS级别，且数据流 量在转发过程中经过的用户隧道具有相同级别；
进一步的，同一资源域内的对应不同IP QoS级别的各条资源隧道可以通过不同的网络路
径；
进一步的，资源隧道所经过的完整路径的节点可以指定。
本发明的有益效果是管理、控制能力更强。引入隧道技术，便于进行资源管理，而且是 通过网络规划的方式来设计隧道，这样可以加强网络的可控制性和可管理性。能够在现有IP 网络上进行平滑升级，升级后的网络可以为用户提供有保证的IP QoS等级服务，满足高质量 数据专线业务和语音、视频等业务的需要，实现对电信级IP服务的支持。本发明的技术具有 较好的过渡性，可以较好地保护现有IP网络的投资，以较低的网络建设成本升级现有的IP网 络。另一方面，通过隧道化技术，有效减少了参与用户通信建立与控制的节点数量，也有利 于提高呼叫控制过程的效率和方便维护。
图1是实施例的物理网络示意图； 图2是实施例的网络架构示意图； 图3是实施例的用户隧道标记分配过程。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明对物理网络进行规划，形成多个独立的资源域，在资源域内建立分域的资源隧道 ，将不同业务质量要求的数据流量归入不同的资源隧道中，实现用户数据流量在符合用户IP QoS等级要求的资源隧道中传输，保证用户业务的QoS要求。对于某个具体用户的通信业务， 在资源隧道内部再建立全程的用户隧道，用户隧道穿过资源隧道形成多层隧道，用户隧道具 有刚性特征，即用户隧道所要求的资源一定得到满足。用户隧道在建立时就严格进行资源准 入控制，确保刚性用户隧道得到可靠的资源保证。
实施例
图l是一个物理网络的示意图，图2是基于此物理网络应用本发明的一个架构示意图。下 面对本发明基于隧道的IP电信网实现方法进行说明一、划分资源域，建立资源隧道。在本例中，首先根据物理网络的区域和管理特性，将 物理网络划分为层次化的多个资源域(RD)。本发明中资源域的划分是在网络规划时形成的 ，每个资源域有相应的资源管理器(RDM)实现对网络资源的管理。
在资源域中对带宽资源进行隧道化，形成资源隧道(RT)。带宽资源隧道化，是根据业 务对资源的需求特征，根据不同IP QoS级别(IP QoS级别的划分参见ITU的相关标准ITU-T Y. 1451)在两个节点之间建立对应不同QoS级别的多条隧道。对于形成的资源隧道，隧道的 起点和终点是网络规划形成的，甚至隧道的网络路径也可以由网络规划形成。同时可以充分 利用现有网络的隧道信令机制，并利用网络保护技术获得隧道的高可靠性。每个资源域的两 个边缘节点之间，如图2中的N1与N2、 N3与N4之间，存在多条隧道，如图2中的RT1、 RT0，它 们对应于不同IP QoS等级的资源特征。这些两两节点间的资源隧道，在资源域内可以通过不 同的网络路径。对于一个完整业务数据流量的网络传输，从用户业务的网络入口节点，或称 为用户接入节点(图2中的N1节点)开始，经过多个资源隧道到达连接着目的用户的网络边 缘节点，如图2中的N4 (也称为用户出口节点)，此时所经过的相关资源域的路径由在相关 资源域中的资源隧道依次组成一个多段隧道。对于未被隧道化的资源，其资源特性与现有因 特网的资源一致，其对用户数据的QoS保证就是有现有的"尽力而为"机制，而且不存在数 据隔离特性。
资源隧道的建立技术，可以利用现有的IP/MPLS网络上的成熟隧道技术，如MPLS流量工 程隧道技术。MPLS流量工程隧道技术，是一种可以支持显式路由的路由技术，它可以通过人 工规划，让隧道通过某些特定的节点甚至整个路径所通过的节点都可以指定，从而具有确定 的网络路径。同时，它也可以利用现有的流量工程快速重路由技术，获得资源隧道的高可靠 性保证，可以实现50ms的保护水平。在具体实施中，可以根据IP QoS的等级，在两个资源域 的边缘节点之间(如图2中的N1与N2、 N3与N4之间)，建立不同IP QoS级别的多条资源隧道 ，而且这些不同IP QoS级别的资源隧道可以通过规划使其通过不同的节点。
在资源隧道所经过的中间节点，需要优先保证资源隧道流量的转发，而且对于不同IP QoS级别的多个资源隧道，在转发的优先级上加以区别，以保证本发明中资源隧道不同IP QoS优先级得到保证，这在现有IP网络路由器中已得到支持。若采用上述的MPLS流量工程隧 道技术，可以在隧道标签中通过不同的EXP (优等级标记位)来加以识别和区分，并实施不 同的转发优先级策略。
图2是在图1所示的物理网络基础上，通过网络规划，将物理网络规划形成资源域l和资 源域2两个资源域，并部署域内的资源管理器(图2中的RDM1和RDM2)。在资源域1内，Nl和N2两个节点是该资源域的边缘节点，在N1和N2之间规划形成资源隧道RT0和RT1 ， RT0和RT1分 别对应不同的IP QoS级别，RT0和RT1可以通过相同或不同的网络路径，这里假定它们通过不 同的网络路径。这里假定只规划两种IP QoS级别，对应实时业务(C0)和非实时数据业务( Cl) ， RT0用来承载C0级别的业务，RT1用来承载C1级别的业务。对于资源域2，同样规划形 成了边缘节点N3和N4之间的资源隧道RT0和RT1 。
本发明中所述的资源隧道，是单向隧道，为了满足双向的通信要求，两个节点之间建立 不同方向的资源隧道，所采用的技术完全一样，并独立进行维护和管理。图2所示资源隧道 ，仅示意了从N1到N2、从N3到N4的单向资源隧道。图2中的资源管理器(RDM1和RDM2)，收 集并管理这些资源隧道。
二、用户隧道建立与控制。在资源隧道内建立端到端的具有对应IP QoS等级的用户隧道 。用户隧道从网络的接入节点(图2中的N1)开始，穿越上述分段资源隧道，到达目标所连 接的网络边缘节点(图2中的N4)，资源隧道中间的节点(图2中未示出)并不关心隧道内部 的用户隧道。根据用户隧道的IP QoS等级要求，网络通过对应等级特性的资源隧道实现用户 隧道的控制。用户隧道包括了永久隧道和呼叫隧道，永久隧道是持续保持建立的用户隧道， 应用于专线用户；呼叫隧道是根据业务需要临时建立的用户隧道，而且在完成通信后被释放 ，应用于视频、语音等具有呼叫性质的业务。无论是永久隧道还是呼叫隧道，在建立前都要 受到网络接纳机制的限制，根据网络的资源使用情况，检査是否可以支持新用户的隧道接入 ，确保网络已接入用户能得到必要的资源，避免影响已接入用户的服务质量。另外，无论是 永久隧道或是呼叫隧道都是刚性隧道，即网络的带宽一定得保证。
要达到全程IP QoS效果，要求用户隧道起于网络的某个资源隧道的用户接入节点(如图 2中的N1)，终于对端所在资源隧道的接收节点(如图2中的N4)。用户隧道具有带宽和IP QoS等级要求两个方面的重要属性。用户隧道穿过具有相同IP QoS等级的一条或多条资源隧 道，所通过的资源隧道形成一个用户隧道路径(UTP)，它是多段连续的资源隧道。用户隧 道路径的形成，是由资源管理器计算形成的。用户隧道由于穿越外层的资源隧道，而资源隧 道可以有保护技术来支撑其可行性，故而用户隧道由此获得可靠性。数据流量在用户隧道中 传输，承载层通过承诺可保证速率(CAR)机制在网络入口 (如图2中的N1节点)限制用户流 量符合用户隧道的带宽限制。
用户隧道包括了永久隧道和呼叫隧道。永久隧道持续建立和维持，它不受网络的接纳控 制。而呼叫隧道在需要通信时才临时建立，可能存在用户隧道建立不成功的情况，包括用户 接入由于某种策略而被拒绝，或由于网络资源不足而被拒绝(类似PSTN的呼损)。当用户向网络提出通信请求时，由用户接入点(图2中的N1)向所在资源域的资源管理器(RDM1)进 行隧道资源请求计算，并根据策略在此时实施呼叫接入控制(CAC)。资源管理器将根据相 关请求参数(带宽、QoS参数)计算出用户隧道路径(UTP)，并进行网络实体之间的互动， 在UTP上预留带宽资源。对于用户隧道路径的计算，可以是由接入资源域计算出全程UTP (采 用严格显示路由技术)，也可以采用分段计算的方式计算出UTP (要用松散显示路由技术) 。相关的计算算法， 一般是SPF (最短路径优先)或CSPF (约束最短路径优先)算法。
本发明中，用户隧道采用标记交换技术来维护用户隧道的路径，由此形成用户隧道从网 络入口到出口的用户连接交换路径。如图2，用户U1需要与用户U2进行具有实时性要求的通 信，U1到U2之间建立用户隧道(UT)进行通信，UT从N1穿过资源域1内的资源隧道RT0和资源 域2的资源隧道RT0到达N4。对于用户隧道的建立过程与现有技术具有以下区别
针对用户请求，当各资源域的资源管理器都计算出可以进行用户隧道的建立时，将由和 目的用户连接的资源隧道的出口节点N4分配用户隧道标记，这个标记将由资源管理器RDM2通 告给本资源域内相应资源隧道的头节点N3。因为这个头节点不是跨资源域用户隧道的起始节 点，则节点N3将再分配用户标记给本资源域的资源管理器RDM2，并在本节点安装用户隧道标 记；同时由本资源域的资源管理器RDM2将这个用户标记通知给上游的资源管理器RDM1。用户 标记包括了入标记、出标记、下一跳出接口，这里的下一跳出口是相应的资源隧道接口。上 述用户隧道标记分发过程中，资源隧道中间的节点不参与用户隧道标记的分发，也不感知用 户隧道标记。
图3是图2网络情况下的用户隧道(N1到N4)的标记分配和安装过程。这个过程是在 RDM1和RDM2均计算得出可以建立N1到N4的一个用户隧道(从U1到U2)后的过程，包括以下步 骤
(1) N4分配标记L1给RDM2;并完成在本地的标记L1安装，Ll在本地的操作码为弹出；
(2) RDM2传递标记L1给N3，其出口资源隧道为RTO;
(3) N3分配标记L2给RDM2， L2的下一跳为N3;并在本地安装标记L2， L2的操作码为交 换，出标记为L1，其出接口为资源隧道RTO对应的接口；
(4) RDM2传递标记L2给RDM1 ， L2的下一跳为N3;
(5) RDM1传递标记L2给N2，其出口下一跳为N3;
(6) N2分配标记L3给RDM1， L3的下一跳为N2;并安装本地标记L3，其标记操作码为交 换，出标记为L2，下一跳为N3;
(7) RDM1传递标记L3给N1，其出口资源隧道为RTO;(8) N1安装标记L3， L3的操作码为压入，出接口为资源隧道RTO对应的接口。 经过上述过程，建立了一条从接入节点N1到出口节点N4的用户隧道，其标记如下L3 —(L3， L2) — (L2， Ll)。用户隧道标记仅在所经过的资源隧道两端进行了安装，资源 隧道中间的节点不涉及用户隧道的安装处理过程，从而也不感知用户隧道标记。
三、用户数据流量转发。当数据流量进入网络时，本发明中对应的网络接入设备将根据 用户流量的特征把用户流量映射到用户隧道中进行转发。这包括两个步骤
(1) 用户标记封装将用户流量进行用户隧道的标记封装；
(2) 资源隧道封装根据用户标记所关联的资源隧道，将(1)所形成的封装再次进行 外层资源隧道的标记封装。
在后续的交换过程中，资源隧道中间节点仅依据外层标记进行标记交换操作，将流量传 输给资源隧道路径上的下一跳节点。资源隧道中间节点不对用户隧道标记进行任何操作。
资源隧道的出口节点(如图2中的N2、 N4)，将去除资源隧道标记，根据内层用户隧道 的标记操作码进行操作。若不是最后一段资源隧道，节点N2将对用户隧道标记进行交换操作 ，传送给相邻的下一段资源隧道的入口节点N3;若是最后一段资源隧道，资源隧道的末节点 即用户出口节点N4将根据用户标记将用户流量在出接口上传输。
非首段资源隧道头节点(如图2中的N3)，在收到用户流量后，将首先进行用户隧道的 标记交换，并根据出标记所关联的资源隧道，将流量送入对应的资源隧道转发。
如图3，从U1到U2的实时数据流量，其传输步骤如下
(1) 在N1节点将首先被封装用户隧道标记L3， L3所关联的资源隧道为RT0， Nl节点再次 封装资源隧道RTO的标记，然后流量被传输到N2节点；
(2) N2节点(首段资源隧道出口节点)在去除资源隧道标记后，根据用户隧道标记进 行标记交换(L3， L2)，然后将流量传输给N3节点；
(3) N3节点根据用户隧道标记L2进行用户隧道标记交换(L2， Ll) ， N3节点再次封装 资源隧道RTO的标记，然后流量被传输到N4节点；
(4) N4节点在去除外层资源隧道标记后，根据用户隧道标记，将流量转发给用户U2。 上述过程中，如图l所示物理网络中，仅N1、 N2、 N3、 N4感知了用户隧道标记和交换处理。
本发明基于隧道的IP电信网实现方法，基于现有的IP网络，在其上部署相应的隧道端点 设备和资源域管理设备，实现对本发明IP电信网机制的支持。资源隧道中间的节点不涉及用 户隧道的维护和感知，确保不需要对资源隧道中间节点的升级或更换，有利于IP电信网在现
10有IP网络上的升级应用。它可以是渐进式的逐步升级部署方式，如只在成都和北京之间部署 ，升级后的网络可以为用户提供有保证的IP QoS等级服务，满足高质量数据专线业务和语音 、视频等业务的需要，实现对电信级IP服务的支持。同时，基于隧道化的IP电信网技术具有 较好的技术兼容性，现有网络的若干技术都可以得到应用，如基于MPLS快速重路由技术可以 继续使用从而提供网络的高可用性。这种可平滑升级的特点，可以较好地保护现有IP网络的 投资，以较低的网络建设成本升级现有的IP网络。
权利要求
1.基于隧道的IP电信网实现方法，包括如下步骤a、将网络划分为资源域；b、根据资源域内的带宽资源建立资源隧道；所述资源隧道能够抢占网络中的带宽，确保资源隧道所需要的带宽得到保证；c、在资源隧道内部和资源域之间建立用户隧道；所述用户隧道的带宽资源一定得到保证；d、数据流量在资源域内部通过用户隧道转发。
2.根据权利要求1所述的基于隧道的IP电信网实现方法，其特征在于 ，用户隧道包括永久隧道和呼叫隧道，永久隧道是一直维护的用户隧道；呼叫隧道是根据业 务需要临时建立的用户隧道，而且在完成通信后被释放。
3.根据权利要求1所述的基于隧道的IP电信网实现方法，其特征在于 ，在进行数据流量转发时，用户接入节点把用户流量映射进用户隧道中，并在网络报文中封 装用户隧道标记和资源隧道标记，资源隧道中间的节点直接根据报文中的隧道标记进行转发 ，用户出口节点则去除用户隧道标记和资源隧道标记。
4.根据权利要求1所述的基于隧道的IP电信网实现方法，其特征在于 ，在进行数据流量转发时，资源隧道出口节点去除资源隧道标记，并对用户隧道作用户隧道 标记交换操作，然后将流量送给后继资源隧道的入口节点。
5.根据权利要求1所述的基于隧道的IP电信网实现方法，其特征在于 ，所述用户隧道只需要在资源域出口节点和资源域入口节点安装用户隧道标记，无需资源域 中间的节点感知用户隧道标记的安装处理和交换过程。
6.根据权利要求1 5任意一项所述的基于隧道的IP电信网实现方法 ，其特征在于，所述建立资源隧道是根据带宽资源和不同IP QoS级别在两个节点之间建立对 应不同IP QoS级别的多条隧道。
7.根据权利要求6所述的基于隧道的IP电信网实现方法，其特征在于，资源域内部的用户隧道与其所在的资源隧道具有相同IP QoS级别，且数据流量在转发过程 中经过的用户隧道具有相同级别。
8.根据权利要求6所述的基于隧道的IP电信网实现方法，其特征在于 ，同一资源域内的对应不同IP QoS级别的各条资源隧道可以通过不同的网络路径。
9.根据权利要求6所述的基于隧道的IP电信网实现方法，其特征在于 ，资源隧道所经过的完整路径的节点可以指定。
全文摘要
本发明涉及网络通信技术，特别涉及基于隧道的IP电信网实现方法。本发明针对现有技术的缺点，公开了一种基于隧道的IP电信网实现方法，以较低的成本、在不改变现有网络架构的情况下平滑过渡，实现用户端到端的服务质量保证，为用户提供符合需要的多种IP QoS等级的业务。本发明的技术方案，通过对物理网络进行规划，形成多个独立的资源域。在资源域内建立分域的资源隧道，将不同业务质量要求的数据流量归入不同的资源隧道中，实现用户数据流量在符合用户IP QoS等级要求的资源隧道中传输，保证用户业务的QoS要求。对于某个具体用户的通信业务，在资源隧道内部再建立全程的用户隧道，用户隧道穿过资源隧道形成多层隧道。
文档编号H04L29/08GK101599979SQ20091030421
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者刘高锦, 欣 花, 黄居贵 申请人:迈普通信技术股份有限公司