基于策略的MPLS網(wǎng)絡(luò)傳送控制技術(shù)分析

商英俊,甄占昌,韓 飛,王 超

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北石家莊050081;2.第二炮兵工程學(xué)院,陜西西安710025;3.唐山港集團(tuán)股份有限公司第二港埠公司門機(jī)隊(duì),河北唐山063611)

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,通信網(wǎng)絡(luò)支持的業(yè)務(wù)種類不斷增加,對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也越來越大。網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長速度永遠(yuǎn)跟不上業(yè)務(wù)量的增長速度,不可能無限制地通過增加帶寬的方法來改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量[1]。而不同類型的傳送業(yè)務(wù)在重要性、帶寬需求和時間敏感性等方面具有不同的特性,用戶對通信網(wǎng)絡(luò)可管可控的要求越來越高。可管可控的通信網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)不同,網(wǎng)絡(luò)具有QoS保證機(jī)制,業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳送和網(wǎng)絡(luò)資源分配等都是可管理可控制的。在可管可控通信網(wǎng)絡(luò)的研究中傳送控制研究是它的重要組成部分。該文就基于MPLS通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可管可控傳送控制研究。

1 傳送控制工作原理

基于策略的MPLS通信網(wǎng)絡(luò)的傳送控制過程主要步驟如下:

①用戶終端通過接入控制服務(wù)將用戶傳送任務(wù)需求發(fā)送給傳送控制服務(wù)。傳送控制服務(wù)首先利用策略條件最大匹配算法進(jìn)行業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略決策,如果能匹配上則執(zhí)行步驟②,否則拒絕任務(wù)需求;

②傳送控制服務(wù)接著進(jìn)行帶寬策略決策。根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略決策和帶寬策略決策結(jié)果以及該決策M(jìn)PLS業(yè)務(wù)優(yōu)先級的可用資源情況,判斷該決策M(jìn)PLS業(yè)務(wù)優(yōu)先級能否滿足決策結(jié)果要求,如果滿足則執(zhí)行步驟③,否則執(zhí)行步驟④;

③向源和目的接入網(wǎng)關(guān)下發(fā)傳送需求的配置策略,如果成功則修改該MPLS隧道上的業(yè)務(wù)的映射信息,否則拒絕任務(wù)需求;

④進(jìn)行降級策略決策,如果決策結(jié)果為新建連接則執(zhí)行步驟⑤,否則進(jìn)行逐步降級處理執(zhí)行步驟⑦;

⑤向資源管理服務(wù)下發(fā)MPLS連接動態(tài)配置信息,如果成功則執(zhí)行步驟⑥,否則拒絕任務(wù)需求;

⑥向接入網(wǎng)關(guān)下發(fā)傳送需求的配置策略,如果成功則接收任務(wù)需求,否則拒絕任務(wù)需求;

⑦進(jìn)行逐步降級處理,判斷降級處理能否滿足傳送任務(wù)需求要求,如果能則接收任務(wù)需求,否則拒絕任務(wù)需求。

2 體系結(jié)構(gòu)

基于MPLS通信網(wǎng)絡(luò)可管可控網(wǎng)絡(luò)體系由網(wǎng)路層、服務(wù)層和應(yīng)用層組成。網(wǎng)路層即MPLS通信核心網(wǎng)絡(luò),由接入網(wǎng)關(guān)、ATM交換機(jī)和路由器等設(shè)備組成。服務(wù)層由傳送控制服務(wù)和資源管理服務(wù)組成[2]。應(yīng)用層由多個接入網(wǎng)路組成,每個接入網(wǎng)路包括1個接入控制服務(wù)和多個用戶終端。

MPLS通信核心網(wǎng)絡(luò)支持區(qū)分服務(wù)的MPLS技術(shù),保證IP業(yè)務(wù)在核心網(wǎng)傳送過程的QoS[3]。

接入網(wǎng)關(guān)用于接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的互連。接入網(wǎng)關(guān)用于業(yè)務(wù)流的識別、流量控制、區(qū)分服務(wù)標(biāo)識添加、隧道封裝和隧道解封裝等,是策略執(zhí)行設(shè)備,執(zhí)行信息傳送控制服務(wù)制定的相應(yīng)策略,實(shí)現(xiàn)控制面的策略到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的映射[4]。

網(wǎng)絡(luò)資源管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的監(jiān)控和配置,與底層通信網(wǎng)絡(luò)交互,獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)資源信息和工作狀態(tài)等情況,向傳送控制服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)能力。網(wǎng)絡(luò)資源信息包括網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的IP路由端口、路由表和MPLS連接等網(wǎng)絡(luò)資源。其中MPLS連接資源及其狀態(tài)信息為傳送控制提供網(wǎng)絡(luò)資源方面的決策依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)資源管理服務(wù)執(zhí)行傳送控制服務(wù)制定的資源配置策略,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)調(diào)配,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用信息的按需傳送。

傳送控制服務(wù)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的傳送控制。傳送控制服務(wù)了解網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有注冊用戶的用戶信息,包括接入網(wǎng)絡(luò)位置。根據(jù)用戶提出的抽象的端到端傳送任務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)QoS保證機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)資源情況對傳送需求進(jìn)行最終的接納控制。對接納的傳送任務(wù)需求,制定信息傳送控制策略,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)內(nèi)端到端QoS路徑選擇,按照用戶傳送需求分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源,并控制接入網(wǎng)關(guān)對任務(wù)信息流的識別及與網(wǎng)絡(luò)QoS資源的映射,實(shí)現(xiàn)信息自動按需傳送控制功能,保證應(yīng)用信息傳送的端到端QoS。

接入控制服務(wù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對通過接入網(wǎng)關(guān)用戶的接入控制。感知用戶對網(wǎng)絡(luò)的接入,提供用戶注冊和登錄等功能,獲取用戶的網(wǎng)絡(luò)接入位置信息以及其他與用戶相關(guān)信息。

3 基于策略的傳送控制技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

3.1 傳送控制技術(shù)

該通信網(wǎng)路支持業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略、帶寬策略和降級策略3種策略。

3.1.1 業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略

為了提高業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略決策服務(wù)質(zhì)量,該文提出策略條件最大匹配算法。該算法的核心思想是首先在規(guī)則庫的策略輸入中查找和用戶輸入的策略輸入完全匹配的策略規(guī)則,如果找到則結(jié)束,否則將弱化用戶輸入的最后一項(xiàng)策略輸入值,將其修改為不關(guān)心,再在規(guī)則庫的策略輸入中查找和用戶輸入的策略輸入完全匹配的策略規(guī)則。如果找到則結(jié)束,否則將弱化用戶輸入的倒數(shù)第2項(xiàng)策略輸入值并將最后一項(xiàng)的策略值賦值回來,再執(zhí)行策略輸入匹配。多次弱化條件直到找到相匹配的策略,規(guī)則結(jié)束;如果條件弱化到除最后一個策略輸入條件外其他策略輸入條件都為不關(guān)心仍在策略庫中找不到與之相匹配的策略,則策略決策失敗并提示不支持該策略輸入條件。

策略規(guī)則矩陣:其中前n列為策略輸入條件項(xiàng),最后一列為策略決策輸出項(xiàng)。

如果M1矩陣中某行向量乘以M2矩陣中i行前n項(xiàng)組成向量的轉(zhuǎn)置向量的積等于M1矩陣中該行向量各元素的平方的和,則完全匹配上了,即則ri為策略決策結(jié)果。

該算法不但提高了策略決策的成功率,而且還具有良好的擴(kuò)展性。因?yàn)橛脩舨呗詻Q策輸入條件的個數(shù)容易變化,盡管策略輸入條件發(fā)生了變化,但該算法模型完全能適應(yīng)需求變化,不需要任何修改。

業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略是根據(jù)用戶提交的傳送需求中的業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)重要性和用戶類型信息決策該用戶需求映射到哪個MPLS優(yōu)先級連接上。業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略輸入為業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)重要性和用戶類型,輸出為MPLS連接優(yōu)先級。其中業(yè)務(wù)類型為生存信息、時間敏感信息和計(jì)劃信息3種;業(yè)務(wù)重要性分為重要和一般2種;用戶類型為重要用戶和一般用戶2種用戶。QoS保證優(yōu)先級為QoS保證優(yōu)先級4、QoS保證優(yōu)先級3、QoS保證優(yōu)先級2、QoS保證優(yōu)先級1和QoS保證優(yōu)先級0(LSP)5種。

將業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略規(guī)則數(shù)值化后得到的規(guī)則矩陣如下:

其中矩陣中左邊的3列表示業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略的輸入項(xiàng),第1列為業(yè)務(wù)類型,第2列為業(yè)務(wù)重要性,第3列為用戶類型,第4列為策略輸出項(xiàng)。業(yè)務(wù)類型列中,1表示生存信息;2表示時間敏感信息;3表示計(jì)劃信息。業(yè)務(wù)重要性列中,0表示不關(guān)心;1表示重要;2表示一般。用戶類型列中,0表示不關(guān)心;1表示重要用戶;2表示一般用戶。策略輸出項(xiàng)劣中,4表示MPLS TE最高優(yōu)先級;3表示MPLS TE高級優(yōu)先級;2表示MPLS TE中級優(yōu)先級;1表示MPLS TE低級優(yōu)先級;0表示MPLS LSP。

3.1.2 帶寬策略

帶寬策略決策與業(yè)務(wù)類型和任務(wù)傳送需求中用戶提出的帶寬有關(guān),如果業(yè)務(wù)類型為生存信息時,應(yīng)優(yōu)先保證一定固定的帶寬,否則為用戶申請帶寬。帶寬策略規(guī)則如表1所示。

表1 帶寬策略規(guī)則表

3.1.3 降級策略

當(dāng)業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略決策的策略輸出的MPLS連接優(yōu)先級上可用帶寬不能滿足帶寬決策策略的輸出結(jié)果帶寬時,需要進(jìn)行降級策略決策,它是在業(yè)務(wù)優(yōu)先級決策策略的基礎(chǔ)上執(zhí)行的,降級策略規(guī)則如表2所示。

表2 降級策略規(guī)則表

3.2 傳送控制試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)

基于策略的MPLS通信網(wǎng)絡(luò)傳送控制實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)由1個MPLS通信核心網(wǎng)絡(luò)、1個傳送控制服務(wù)、1個資源管理服務(wù)和2個接入網(wǎng)絡(luò)組成。MPLS通信核心網(wǎng)絡(luò)由3臺ATM交換機(jī)和2臺接入網(wǎng)關(guān)組成。每個接入網(wǎng)絡(luò)包括1個接入控制服務(wù)和若干個用戶組成,傳送控制實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 傳送控制實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

用戶在未提交任務(wù)傳送需求前用戶11(193.101.5.11)和用戶21(193.102.5.11)之間可用帶寬為0 Mbps,即圖2中100 s到27.5 s時間之間所示的區(qū)域,這時它們之間是不能進(jìn)行業(yè)務(wù)信息傳送的。

用戶提交傳送任務(wù)需求后,傳送控制服務(wù)首先從用戶提交的傳送任務(wù)需求信息中提取業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)重要性和用戶類型信息形成業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略輸入條件向量,如果采用完全匹配算法則在策略決策規(guī)則M3矩陣中匹配不成功,不能進(jìn)行策略決策,而采用策略條件最大匹配算法則可以弱化處理?xiàng)l件2次后匹配成功,最終能與M3矩陣的第4行匹配,策略輸出為2即MPLS TE中級優(yōu)先級。傳送控制服務(wù)接著進(jìn)行帶寬策略決策,決策結(jié)果為4Mbps。根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略決策和帶寬策略決策結(jié)果以及接入網(wǎng)關(guān)1與接入網(wǎng)關(guān)2之間MPLS TE中級優(yōu)先級的可用資源情況進(jìn)行決策,如果滿足帶寬決策結(jié)果的帶寬要求則傳送控制向接入網(wǎng)關(guān)下發(fā)業(yè)務(wù)配置參數(shù),否則進(jìn)行降級處理。在該試驗(yàn)環(huán)境中,接入網(wǎng)關(guān)1與接入網(wǎng)關(guān)2之間MPLS TE中級優(yōu)先級的可用帶寬是滿足4 Mbps帶寬要求的,故傳送控制服務(wù)向接入網(wǎng)關(guān)下發(fā)在用戶11和用戶21之間建立4 Mbps帶寬的業(yè)務(wù)配置參數(shù)。這樣在用戶11(193.101.5.11)和用戶21(193.102.5.11)之間可用帶寬為4 Mbps。

3.3 檢測結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)過程通過AX/4000軟件檢測得到結(jié)果如圖2所示。

圖2 傳送控制實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果

在接入網(wǎng)絡(luò)1中用戶11(IP為193.101.5.11)沒有傳送任務(wù)之前,接入網(wǎng)絡(luò)1中用戶11與接入網(wǎng)絡(luò)2中用戶21(IP為193.102.5.11)之間可用帶寬為0,即它們之間是不能進(jìn)行業(yè)務(wù)信息傳送的。當(dāng)接入網(wǎng)絡(luò)1中用戶11通過接入控制服務(wù)1向接入網(wǎng)絡(luò)2的用戶21提交傳送任務(wù)需求決策如表3所示,通過傳送控制策略決策后接入網(wǎng)絡(luò)1中的用戶11和接入網(wǎng)絡(luò)2中的用戶21之間可用帶寬就為4 Mbps,它們之間就可以進(jìn)行傳送業(yè)務(wù)信息了,即圖2中第27.5～0 s之間所示的區(qū)域。在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)環(huán)境下用戶傳送任務(wù)需求的傳送控制決策用時為3～5 s之間。

表3 傳送任務(wù)需求決策表

4 結(jié)束語

在MPLS通信網(wǎng)絡(luò)傳送控制研究中提出一種策略條件最大匹配算法,該算法在策略條件不能完全匹配的情況下,通過弱化某些策略輸入項(xiàng)值,達(dá)到完全匹配目的。它提高了策略決策成功率和傳送控制服務(wù)質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)表明基于策略的MPLS通信網(wǎng)絡(luò)的傳送控制技術(shù)可行、高效。

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