一种IP DSLAM(数字用户线接入复用器)中基于QOS(服务质量)要求的自适应调度方法,在IP DSLAM(数字用户线接入复用器)中引入了QOS(服务质量)管理平台的概念,使用它来管理用户的QOS(服务质量)要求,调度和收费模块根据用户的QOS(服务质量)来进行资源调度和收费。DSLAM(数字用户线接入复用器)还会根据网络的链路状况和用户级别进行实时的网络监控,当网络资源紧张时,它会调低用户的服务级别,反之,当资源较多时,它会调高用户的服务级别。当高优先级的用户接入时,DSLAM(数字用户线接入复用器)会为它进行优先插入,它会调低别的低优先级的用户的服务级别,从而为它挪出足够的资源来为它实现优先服务。
1.一种IPxa0DSLAM数字用户线接入复用器中基于QOS服务质量要求 的自适应调度方法,其特征是:包括以下步骤:步骤1;在PPP链路建 立后,用户和DSLAM将进行QOS协商,商定相应的服务级别且服务级别 中包括收费内容; 步骤2;进行QOS接入,DSLAM开始为用户提供有QOS保证的服务; 步骤3;QOS管理平台将用户相应的服务级别传递给调度模块,调 度模块根据用户的服务级别为用户调度资源,传递数据; 步骤4;QOS管理平台将用户相应的服务级别传递给收费模块,收 费模块根据用户的服务级别收费; 步骤5;QOS管理平台进行实时的QOS控制,按照链路状况调整用 户的服务质量; QOS协商主要由适应性函数和资源管理函数完成,客户端第一次 提出QOS请求,资源管理函数接到请求后,查看可用资源列表,如果 有足够的资源满足QOS请求,则返回一组最后的QOS指标;如果当前没 有足够资源满足QOS请求,那么用户启动适应性函数,由适应性函数 根据用户给出的适应性条件,调整QOS指标,再次提出QOS请求,这个 过程直到双方达成一个一致的结果,也就是最后协商的一组QOS指标; 如果发现资源无法满足最低的QOS需求,返回FALSE值。
2.根据权利要求1所述的一种IPxa0DSLAM中基于QOS要求的 自适应调度方法,其特征是:在资源全部分配完毕后,当高优先级的 用户到来时,将调低低优先级用户的QOS级别,为高优先级用户进 行优先服务。
3.根据权利要求1所述的一种IPxa0DSLAM中基于QOS要求的自适应 调度方法,其特征是:用户给出的适应性条件为QOS是否可以降低, 降低的下限。 技术领域 本发明涉及一种IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)中基于QOS(服务质量) 要求的自适应调度方法,涉及ADSL(非对称数字用户线路)网络技术以及QOS(服 务质量)管理技术,属于计算机网络技术领域。 背景技术 现在网络向着宽带化,综合化方向发展,网络需要多业务承载能力,视频、 图像、话音数据同时需要先进的流量处理能力,并由此提供基于差分服务的运 营模式。宽带网的业务商业模式会进一步向按质论价,优质优价的电信主流运 行模式发展而不是今天的粗放运营模式。它应能提供有区别的业务服务能力, 为不同群体提供不同的服务,DSLAM(数字用户线接入复用器)承载层可提供不 同服务质量和不同的承载能力。这对IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)的设备, 特别是QOS(服务质量)管理提出了前所未有的技术挑战和市场机遇。 DSLAM(数字用户线接入复用器)发展过程,历经了3代DSLAM(数字用户线接 入复用器),分别为ATMxa0DSLAM(异步传送模式数字用户线接入复用器),ATM(异 步传送模式)内核的IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器),IPxa0DSLAM(数字用户线 接入复用器)。ATMxa0DSLAM(异步传送模式数字用户线接入复用器)提供ATM(异步 传送模式)流量汇聚、通过ATM(异步传送模式)的QOS(服务质量)技术来实现业 务的服务质量及流量管理,但是具有成本高,难与IP骨干网互通等缺点。 ATM(异步传送模式)内核的IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)的特点是ATM承载 层的终结集中在以太网上行接口,缺点是在数据流量较大时设备上行端口易拥 塞;网络扩容困难;只能支持很少量的VLAN(虚拟局域网),难保障专线用户的 QOS(服务质量);很难支持日渐成型的组播业务。 现在的IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)利用了IP的丰富的业务特性,可 以开展多如Internet互联、语音、视频等多种业务,但是由于IPxa0QOS(服务质 量)的研究尚未成熟,而且TCP/IP网络只提供所“尽力而为”的服务,它并不 能提供良好的QOS(服务质量)支持。 综上所述,看到了IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)中QOS(服务质量)管 理平台的必要性,所以对IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)中的QOS(服务质 量)问题进行了研究,提出了建立一套QOS(服务质量)管理平台的方案。的目标 是能够根据用户的服务要求和业务类型,以及网络状况提出一种自适应的 QOS(服务质量)管理方案。 现有的IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)中的调度和收费方法,现在的IP DSLAM(数字用户线接入复用器)中并不提供差分服务,并不区分不同级别的用 户,在调度方法中,它仅仅提供最简单的简单轮循调度,也就是简单的将 Bandwidth在所有流件进行平均分配,不考虑流的优先级。这样的结果,运营商 是非常不愿意看到的,它希望能够根据用户的要求,用户的交费情况,而提供 有差别的服务,这样就迫切要求在资源调度方面能够根据用户的要求和交费情 况进行有差别的自适应的调度,因此本文提出了基于QOS(服务质量)的自适应调 度方法。 同时,在现在的DSLAM(数字用户线接入复用器)中,都是进行统一的无差别 的交费,这样并不能反映服务质量和收费之间的关系。因此,收费也必须是基 于QOS(服务质量)的,因为如果不能提供有差别的收费,所有人都将选择最高质 量的服务,差分服务将无从实现。 发明内容 为了克服现有技术的不足,本发明提供一种IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用 器)中基于QOS(服务质量)要求的自适应调度方法。 宽带网的业务商业模式会进一步向按质论价,优质优价的电信主流运行模式 发展而不是今天的粗放运营模式。从电信运营商的角度来讲,它希望能够提供 等级服务,要求接入网能够区分不同的服务类型,不同的服务级别。举例来说, 在DSLAM(数字用户线接入复用器)中,普通用户和VIP用户由于交费不同,不 该享有同等的服务,因此,这就要求IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)必须能 够将用户的QOS(服务质量)要求和服务质量与收费结合起来,提供按质论价, 优质优价的差分服务。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)中基于QOS(服务质量)要求的自适应 调度方法,包括以下步骤: 步骤1;在PPP链路建立后,用户和DSLAM(数字用户线接入复用器)将进行 QOS(服务质量)协商,商定相应的服务级别且服务级别中包括收费内容; 步骤2;进行QOS(服务质量)接入,DSLAM(数字用户线接入复用器)开始为用 户提供有QOS(服务质量)保证的服务; 步骤3;QOS(服务质量)管理平台将用户相应的服务级别传递给调度模块,调 度模块根据用户的服务级别为用户调度资源,传递数据; 步骤4;QOS(服务质量)管理平台将用户相应的服务级别传递给收费模块,收 费模块根据用户的服务级别收费; 步骤5;QOS(服务质量)管理平台进行实时的QOS(服务质量)控制,按照链 路状况调整用户的服务质量; QOS协商主要由适应性函数和资源管理函数完成,客户端第一次提出QOS请 求,资源管理函数接到请求后,查看可用资源列表,如果有足够的资源满足QOS 请求,则返回一组最后的QOS指标;如果当前没有足够资源满足QOS请求,那么 用户启动适应性函数,由适应性函数根据用户给出的适应性条件,调整QOS指标, 再次提出QOS请求,这个过程直到双方达成一个一致的结果,也就是最后协商的 一组QOS指标;如果发现资源无法满足最低的QOS需求,返回FALSE值。 将路由器中的QOS(服务质量)管理平台的概念引入到IPxa0DSLAM(数字用户线 接入复用器)中,用它来指导资源调度和收费,从而实现基于QOS(服务质量)要 求的自适应调度和收费方法。具体的说,将根据用户的QOS(服务质量)优先级进 行调度和收费,从而实现基于QOS(服务质量)的调度和收费方法。并且,该调度 方法是自适应的,例如,当高优先级的用户到来时,网络已经没有资源分配给 该用户,平台是否拒绝该用户的请求呢?不是,平台将对现在运行的低优先级 的用户进行的QOS(服务质量)质量进行调整,降低它们的QOS(服务质量),从而 为高优先级的用户挪出所需的资源,优先满足高优先级的用户的服务需求。 本发明的有益效果;提出的技术方案不仅有效的反映了用户的QOS(服务 质量)要求,使得IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)能够根据用户的QOS(服务 质量)要求为其提供相应的服务,同时,也方便了网络管理者,使其能够根据用 户的服务要求进行收费,方便了网络的管理。同时,该方案是自适应的,可以 根据网络的状况做出调整,既方便了用户的使用,又解决了流量管理等问题, 防止了网络拥塞,从而提高网络的整体运行质量。本发明将对ADSL(非对称数 字用户线路)网络奠定重要的技术基础,对推动自主知识产权信息技术的研究将 有重要的意义,必将产生良好的经济和社会效益。 本发明的特点是; 1.普通IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)中并不提供QOS(服务质量)管理, 不提供差分服务,本发明将QOS(服务质量)管理平台引入到IPxa0DSLAM(数字 用户线接入复用器)中,来实现IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)的 QOS(服务质量)管理。 2.在调度方法方面,普通DSLAM(数字用户线接入复用器)仅仅提供无 差别的轮循调度,本发明将QOS(服务质量)管理平台网络层的调度结合起 来,使用它来指导网络资源分配,从而实现差分服务。 3.在收费方面,本发明将QOS(服务质量)管理与收费结合起来,可以 按质收费,优质优价。 附图说明 下面结合附图和实施例对发明进一步说明。 图1带有QOS(服务质量)控制的IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)工作流 程图 图2为QOS(服务质量)协商流程图; 图3.自适应调度流程图 图4.基于IXP2350的IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)架构图 图5.数据面模块构成图 具体实施方式 实施例1:QOS(服务质量)协商过程: 用户将通过Portal页面方式进行QOS(服务质量)请求,为方便用户操作,用 户将只需要简单的选择服务质量要求,如服务质量较差、差、一般、良、优、 最优,对应的相关的QOS(服务质量)参数存储在服务器QOS(服务质量)管理平台 中,由QOS(服务质量)管理平台将其映射为网络QOS(服务质量)参数,参数可以 包括用户服务等级、用户所需带宽、时长及对端IP地址等。在下面给出了一些 关键的QOS(服务质量)指标,用户可以根据具体需要进行扩展: 承诺的信息速率v:是指正常情况下网络对用户承诺的用户数据传送速率v, 单位为数据单元/s。 承诺的信息帧传送时延t指网络承诺用户终端之间通过网络传送一帧信息所 需的时间t=t₂-t₁,其中t₁为帧的第一个比特由用户终端进入网络的时刻,t₂为 帧的最后一个比特由网络进入用户终端的时刻。 承诺的帧丢失率P=P_l/(P_l+P_s+P_e),指网络承诺丢失的用户信息帧占所有发送帧 的比率其中,P_l为丢失的用户信息帧总数,P_s为成功传送的用户信息帧的总数, P_e为残余错误帧总数,所谓残余错误帧指校验正确但接收到的用户信息帧内有 一个或几个比特错误的帧。 帧优先级数(C)在IPv6中,已经设置了优先级字节,因此可以设置帧的优先 级别,具体对应的QOS(服务质量)参数由QOS(服务质量)映射来完成。 QOS(服务质量)协商主要由适应性函数和资源管理函数完,其基本思路是客户 端第一次提出QOS(服务质量)请求,资源管理函数接到请求后,查看可用资源列 表,如果有足够的资源满足该节的QOS(服务质量)请求,则返回一组最后的 QOS(服务质量)指标;如果当前没有足够资源满足节的QOS(服务质量)请求,那 么用户启动适应性函数,由适应性函数根据用户给出的适应性条件,如QOS(服 务质量)是否可以降低,降低的下限等,调整QOS(服务质量)指标,再次提出 QOS(服务质量)请求,这个过程直到双方达成一个一致的结果,也就是最后协商 的一组QOS(服务质量)指标;如果发现资源无法满足节最低的QOS(服务质量) 需求,返回FALSE值,示意图如图2所视。 QOS(服务质量)管理平台如图3(QOS(服务质量)协商流程图)所示,QOS(服 务质量)管理平台主要有以上几个工作过程。当收到用户的QOS(服务质量)请求 时,平台将进行QOS(服务质量)映射,将用户的不精确的QOS(服务质量)等级细 化为具体的QOS(服务质量)要求;然后平台将和用户进行QOS(服务质量)协商, 当网络不能满足用户QOS(服务质量)要求时,将进行QOS(服务质量)收缩;如果 QOS(服务质量)协商通过,将进行QOS(服务质量)接入,即开始为用户提供有 QOS(服务质量)保证的网络服务;最后,在传输过程中,平台将根据网络状况进 行调整,如果网络变的拥塞,平台将调低QOS(服务质量),如果网络情况变好, 平台将调高QOS(服务质量)。QOS(服务质量)管理平台的函数具体实现如下: (1)适应性函数 在许多非自适应提供QOS(服务质量)服务的场合,当无法维持预定的QOS(服 务质量)时,只是简单将信息反馈给用户,由用户来决定是降低QOS(服务质量) 还是终止服务。而在的自适应QOS(服务质量)管理方案中,适应性函数根据用户 提供的一些信息,如QOS(服务质量)指标是否可以降低等,与资源管理函数协商, 将QOS(服务质量)调整到一个合适的值运行。当资源状态变化时,如有用户释放 了资源,适应性函数也可以调整QOS(服务质量)指标,提供更好的服务质量。适 应性函数定义为A=A(u,g,q,C),其中u为一组用户提供的信息,g为一 组网络资源状态的信息,q为一组多媒体流的QOS(服务质量)指标,C为多媒体 流的优先级。 (2)接入许可函数 接入许可函数返回的结果表示网络是否能提供应用提出的QOS(服务质量)请 求,或经过协商后是否能达到一个一致的结果QOS(服务质量)。如果网络有足够 的资源保证多媒体应用的QOS(服务质量)请求,接入许可函数返回一组具体的 QOS(服务质量)指标,表示该应用可以以所请求的QOS(服务质量)投入运行;如 果网络缺少一部分资源保证多媒体应用的QOS(服务质量)请求,客户端可以启动 适应性函数与资源管理函数协商,看是否可以以较低的QOS(服务质量)使应用能 为网络所接入,一旦达成一个一致的协商结果,接入许可函数也返回一组具体 的QOS(服务质量)指标,多媒体流可以以较低的QOS(服务质量)投入运行;如果 协商后仍然不能达成一个一致的结果,则说明目前必要的系统资源已被其它进 程占用,接入许可函数返回FALSE值,表示当前多媒体流无法投入运行),接入 许可函数定义为P=P(q,g,u,C),q,g,u,c定义同上。 (3)资源管理函数 QOS(服务质量)保证总是离不开资源管理,资源的管理和预留是保证QOS(服务 质量)的前提条件,资源管理函数应该能自动监控系统资源包括网络状态的变 化,实时地更新资源分配表和可用资源列表,还应该能根据多媒体应用的QOS(服 务质量)请求(包括适应性函数协商的结果)和多媒体流的优先级将资源分配给 多媒体流使用,该函数定义为M=M(q,g,C),q,g,C的定义同上, 网络层调度模块:QOS(服务质量)管理平台将向网络层传递用户优先级参数, 网络层调度模块将利用该参数,执行优先级调度,保证优先级高的多媒体流优 先得到系统提供的服务,IPv4中并不提供分组优先级别设置的支持,但在TPv6 中已经有了优先级字段,可以设置分组不同的优先级别。下面是根据用户级别 所分配的优先级数: 用户级别
优先级数
VIP用户
4
白金用户
3
白银用户
2
普通用户
1
表1.优先权分配表 在本自适应管理方案中,根据优先级数(C)对多媒体流进行调度,将多媒体 应用按其优先级排队,新的多媒体应用到来时按其优先级数插入队列中的恰当 位置,当前队列中具有最高优先级数的任务取出提供服务,看是否能满足其 QOS(服务质量)请求,是否能接入运行。为方便实现,在此仅提供一种最简单的 调度方法,根据用户的优先级数(C)来选择轮循速率v=k*C。例如上图中,按 照此公式,普通用户的轮循速率只有VIP用户的1/4,这样,VIP用户就获得了 较高的传输速度,获得了较高的传输质量。 同时,高优先级用户还具有优先插入的权利,例如当前加入的多媒体任务具 有较高优先级数,而当前系统资源又不足以接入该多媒体任务,那么是否要拒 绝该任务呢?将减少具有较低优先级数的任务所占用的资源,即减低其它较低 优先级数任务的QOS(服务质量)指标,这个过程称为QOS(服务质量)收缩(由于 该任务已经投入运行,因此在的方案中并不打算将其终止),从而挪出足够的资 源可以向高优先级的任务提供服务。 自适应调度: PPP计费模块:用户的计费必须反映用户的服务质量要求,否则,用户将都 选择最高优先级的服务,QOS(服务质量)分级将失去意义。当PPP计费模块收到 QOS(服务质量)管理平台发来的优先级信息时,PPP模块将根据此优先级进行计 费,收费价格P=k*C(k>0)。这样,电信管理者可以根据用户的服务质量进行收 费,从而将用户的服务质量和服务等级联系起来,可以实现按质论价,优质优 价。 实施例2: 下面是一个利用该自适应调度方法的实例,是基于IXP2350来实现IP DSLAM(数字用户线接入复用器),以此作为实际应用的一个参考。 如图“基于IXP2350的IPxa0DSLAM(数字用户线接入复用器)模块图”所示, 该IP-DSLAM(数字用户线接入复用器)系统从硬件结构上分为IXP2350和PMC专 用芯片两部分。PMC专用芯片主要信号的调制/解调、复用/解复用。IXP2350主 要是完成对线路侧和骨干网侧不同数据包进行格式转换功能,而且还能完成线 路管理、BAS(宽带远端接入服务器)等功能。 从软件上分又可分为管理面和数据面,管理面主要完成对每个用户的线路进 行认证、计费、管理等功能,将在管理面上建立QOS(服务质量)管理平台,通过 QOS(服务质量)管理平台来管理QOS(服务质量),并在管理面的PPP收费系统中 反映用户的QOS(服务质量)对应的收费状况;数据面主要完成对正常数据包的快 速处理和转发,将在数据面上实现自适应调度,来反映用户的优先级。管理面 运行在XSCALE处理器上,数据面运行在ME上。系统的各个部分之间需要相互 协调合作,PMC专用芯片和IXP2350之间是通过UTOPIA接口来实现数据的快速 交互的;IXP2350和上行端口间通过千兆以太网口进行连接;数据面和管理面之 间是通过共享内存的方式来进行通信的。 从DSLAM(数字用户线接入复用器)中数据的流向来看,系统又可分为上行数 据处理部分和下行处理部分。上行数据处理主要完成将ADSL(非对称数字用户线 路)线路侧信号解调、复用然后将IPoExa0overxa0ATM形式的数据包转化为以太网包 的形式并转发到IP骨干网中;下行数据处理主要完成将以太网帧转化为IPOEOA 形式的数据报并进行解复用以及调制最后发送到各个ADSL(非对称数字用户线 路)线路上。 上图所示为数据面的数据处理流程,在4个ME上并行运行各部分代码。上 行数据处理部分主要是由ATM(异步传送模式)接收模块、逻辑链路解封装/ 分类、点对点协议解封装、IP转发、以太封装、数据包调度、数据包队列管理、 数据包发送几个模块来组成的。其中ATM(异步传送模式)接收模块主要完成 接收ADSL(非对称数字用户线路)线路上的ATM(异步传送模式)信元,然后虚 拟通道号相同的信元重组成IPoE信元;逻辑链路解封装/分类,点对点协议解 封装主要是完成将IPoE包解封装成IP包;IPv4模块负责对IP数据报根据IP 地址进行转发,以太封装模块负责对数据报进行以太封装,数据包队列模块接 收来自点对点解封装模块的数据包,对其执行Enqueue(入队)操作,将其加入 到相应的队列中,等待发送。调度负责执行调度算法,得出调度结果,数据包 队列管理执行Dequeue(出队)操作,从指定的队列中取出数据包,交给数据包 发送模块进行发送处理。数据包发送模块接收来自数据包队列管理模块的数据 包,将其发送到IP网络。 下行数据处理部分主要是由数据包接收、以太解封装、IPv4转发,点对点协 议封装、逻辑链路封装、传输管理4.1成形、异步传输模式队列管理、传输管 理4.1调度、异步传输模式发送几个模块组成。其中数据包接收模块接收来自 以太网的数据包分片并将其重组为完整的数据包;以太解封装模块负责对数据 包进行解封装,点对点协议封装,逻辑链路封装模块对数据包进行逻辑链路封 装;传输管理4.1成形模块、异步传输模式队列管理和传输管理4.1调度模块 共同完成发送队列的Dequeue(出队)、Enqueue(入队)以及队列调度操作;异 步传输发送模块接收来自异步传输队列管理模块的数据包,并将其发送到 ADSL(非对称数字用户线路)线路上。将在调度模块中使用新的调度方法,从而 达到更好的调度效果。