利用单个计量和标记方案的无状态呼叫许可和呼叫先占

摘要

一种用于网络中的呼叫许可和先占的方法和系统，该网络具有定义入口/出口节点对的入口节点和出口节点，以及位于入口节点和出口节点之间的路径中并被配置为标记超过许可阈值的分组的一个或多个核心节点。该方法包括基于在出口节点处接收到的来自入口节点的、经过该一个或多个核心节点而未被标记的流量的速率以及先占阈值和许可阈值之间的比值来计算可持续先占速率。如果去往出口节点的流量负载大于可持续先占速率，则至少一些流量被丢弃，以便流量负载不超过该入口/出口节点对的可持续先占速率。

说明书

相关申请声明

本申请要求2006年6月14日提交的题为“STATELESS CALL ADMISSION AND CALL PREEMPTION WITH A SINGLE METERING AND MARKING SCHEME”的美国临时申请No.60/813,674(代理人案卷 号No.CISCP915+)的优先权。该临时申请的内容通过引用被全部结合于 此。

技术领域

本公开一般地涉及利用单个计量(metering)和标记方案的无状态呼 叫许可(call admission)和呼叫先占(call preemption)。

背景技术

IETF(因特网工程任务组)正在研究用于在核心中不支持每个流或者 甚至每个集合的状态的情况下控制分组网络上的语音(和多媒体)流量的 许可负载的方法。(参见2006年6月26日B.Briscoe等人所著“A Framework for Admission Control over DiffServ using Pre-Congestion Notification”，IETF draft-briscoe-tsvwg-cl-architecture-03.txt以及2006年6 月26日B.Briscoe等人所著“Pre-Congestion Notification Marking”，IETF draft-briscoe-tsvwg-cl-phb-02.txt，两者都通过引用被全部结合于此)。这可 以被称为无状态核心上的CAC(呼叫许可控制)方法。

该方法依赖于在核心链路上的流量负载达到某些级别时核心节点向边 缘节点提供显式通知信息。边缘节点使用这种显式通知信息中的一些来判 定是否应当接受新的呼叫。这被称为流“许可”过程。如果需要，边缘节 点还可以使用一些显式通知信息来丢弃已经就位的呼叫。这被称为流“先 占”过程。

为了提供显式通知信息，核心节点对每个链路上的语音流量负载计 量，当它达到预定的阈值时，核心节点设定分组头部中的特定比特(PCN 比特(拥塞前通知比特))。

该方法的一个重要要求是许可和先占过程能够在不同的负载阈值下起 作用。例如，网络运营商策略可以是在通过给定链路的负载达到50％时停 止许可新的语音呼叫，但仅在负载超过70％时才开始丢弃呼叫。

由于该要求，IETF中提出的解决方案对于许可和先占一般涉及相分离 的计量/标记方案。在核心路由器中，对照许可阈值来对流量计量，如果超 过，则在PCN比特中设定表明“超过许可阈值”的代码点。另外，还对照 先占阈值来对流量计量，并且如果超过，则在PCN比特中设定表明“超过 先占阈值”的另一个代码点。

IETF中提出的一种方法不要求先占标记，但是，它却要求两个单独的 测量方案：一个测量用于许可，另一个测量用于先占/丢弃。另外，该方法 要求所配置的先占速率被设定为丢弃速率。这是一个重大的限制，因为它 导致先占仅仅在分组被实际丢弃后才见效。

附图说明

图1示出这里描述的实施例可在其中实现的示例性网络的一部分。

图2示出图1的网络的出口边缘节点对可持续许可速率(Sustainable Admission Rate)的测量。

图3示出图1的网络中出口边缘节点向入口边缘节点报告可持续许可 速率的示例。

图4示出入口边缘节点计算可持续先占速率(Sustainable Preemption Rate)的示例。

图5示出将当前负载减小到图4中计算的可持续先占速率的示例。

图6是示出利用单个计量和标记方案的无状态呼叫许可和先占的过程 的一个示例。

图7示出可用于实现这里描述的实施例的网络设备的示例。

具体实施方式

概述

本发明公开了一种用于网络中的呼叫许可和先占的方法和系统，该网 络具有定义入口/出口节点对的入口节点和出口节点，以及位于入口节点和 出口节点之间的路径中并被配置为标记超过许可阈值的分组的一个或多个 核心节点。该方法包括基于在出口节点处接收到的来自入口节点的、经过 该一个或多个核心节点而未被标记的流量的速率以及先占阈值和许可阈值 之间的比值来计算可持续先占速率。如果去往出口节点的流量负载大于可 持续先占速率，则至少一些流量被丢弃，以便流量负载不超过该入口/出口 节点对的可持续先占速率。

示例性实施例

给出以下描述是为了使得本领域的普通技术人员能够作出和使用本发 明。对具体实施例和应用的描述只是作为示例提供的，本领域的技术人员 将很容易明白各种修改。在不脱离本发明的范围的情况下，这里描述的一 般原理可被应用到其他实施例和应用。因此，本发明不应当被限于所示出 的实施例，而是应当符合与这里描述的原理和特征一致的最宽范围。出于 清晰目的，没有详细描述涉及与本发明有关的技术领域中已知的技术素材 的细节。

这里描述的系统和方法使用相分离的许可和先占阈值，同时使用单个 计量/标记方案来实施这两者。如下文中详细描述的，该系统和方法减少了 核心路由器上的实现要求，并且减少了非常稀少的资源中需要的代码点的 数目(分组头部中的PCN比特)。这里描述的系统和方法在施加相对可接 受的部署约束的同时提供这些益处。

这里描述的实施例允许了具有单个计量/标记方案的系统的行为类似于 对于许可和先占使用相分离的计量/标记方案的系统，并且被配置在先占阈 值和许可阈值处于同一比值的所有链路上。如下文中详细描述的，该系统 首先对于流许可使用基于速率的计量方案，然后对所配置的许可阈值和先 占阈值之间的比值施加整个系统范围内的限制。

现在参考附图，首先参考图1，该图示出了可实现这里描述的实施例 的网络的一个示例。为了简单，只示出了少量节点。这些实施例在包括多 个网络元件的数据通信网络的环境中工作。使用这些实施例的网络中的一 些节点可以是诸如路由器或网关之类的网络设备。网络设备例如可包括主 中央处理单元(CPU)、接口和总线。CPU优选地包括存储器和处理器。 网络设备可以实现在通用网络主机机器上，例如参考图7描述的计算机系 统或网络设备。

数据流量流经包括边缘节点10、12、14、16和核心节点18、20在内 的各种节点。邻近的节点经由一个或多个通信路径(链路)相耦合。取决 于流量流的方向，边缘节点可以是入口边缘节点或出口边缘节点。如下所 述，核心节点18、20根据需要对流量计量并标记分组。边缘节点10、 12、14、16使用计量和标记来执行流许可。

入口边缘节点和出口边缘节点定义入口/出口节点对。例如，在图1所 示的网络中，一个入口/出口节点对包括节点10和14，另一个入口/出口节 点对包括节点12和16。下文中描述的测量和反馈是对于每个入口/出口对 执行的。例如，如果两个入口节点与同一出口节点通信，那么该出口节点 进行两次测量-对于每个入口节点进行一次测量，并且将相应的测量结果 分别报告给每个入口节点。类似地，如果一个入口节点与两个出口节点通 信，则每个出口节点将其自己的入口/出口节点对测量结果报告给该入口节 点。

应当理解，图1所示的网络只是一个示例，这里描述的方法和系统可 用于各种配置、大小和类型的网络内。该方法和系统例如可实现在网络边 缘路由器、VoIP网关或会话边界控制器(SBC)中。

图1示出了先占之前网络的状态。流量沿着路径22从入口边缘节点 10经过核心(内部节点)18、20传递到出口边缘节点14。流量还经由路 径24通过核心节点18和20从入口边缘节点12被路由到出口边缘节点 16。在图1的示例中，在先占之前，在边缘节点10处流量负载(带宽、 速率)为B₁＝6，在边缘节点12处流量负载(带宽、速率)为B₂＝10。 从节点10传递到节点20的总负载是B_Total＝6+10＝16。出于若干种原 因，例如由于链路故障而重新路由，总负载可能大于许可阈值10。

系统优选地利用这样一种计量方案(例如，令牌-桶+超额标记，或 者其他适当的计量方案)，这种计量方案能够向出口边缘节点传送穿越核 心并同时处于每条链路上的计量速率之下的流量速率(针对给定的入口/出 口对)。在一个实施例中，核心路由器18、20对照其速率被配置为许可 阈值的单个令牌桶来对流量(例如，语音流量)计量。核心路由器18、20 利用“超过许可阈值”代码点来标记所有超过该令牌桶的分组。边缘节点 可使用该许可计量和标记来执行例如IETF draft-briscoe-tsvwg-cl- architecture-03.txt(在上文中引用)中定义的流许可。

在图1所示的示例中，许可阈值(Admit)被设定为10，并且隐式先 占阈值(Implicit Preempt)被设定为14。这些阈值例如可由网络运营商根 据预定的策略来设定。整个系统范围内的先占/许可比值(R)被定义为先 占阈值/许可阈值。先占阈值和许可阈值之间的比值(R)在核心中的所有 链路上都是相同的。在图1的示例中，先占/许可比值(R)＝14/10。

在图1的示例中，由于从节点18传递到节点20的总负载是B_Total＝6 +10＝16，而该链路上的许可阈值被设定为10，因此被核心路由器18不 加标记地转发到该链路上的流量的比例是(许可阈值/B_Total)＝10/16。被核心 路由器18在标记以“超过许可阈值”代码点的情况下转发到该链路上的 流量的比例是(B_Total-许可阈值)/B_Total)＝6/16。

图2示出了出口边缘如何测量可持续许可速率(SA)(即，经过核心 而没有被标记以超过许可阈值代码点的流量的速率)。在出口边缘节点14 和16处，通过测量接收到的未加标记(即，未设定“超过许可阈值”代 码点)的流量的速率来计算SA。由于如上所述被核心路由器18不加标记 地转发的流量的比例是10/16，所以在出口节点14处接收到的来自入口节 点10的未加标记的流量的速率以及在出口节点16处接收到的来自入口节 点12的未加标记的流量的速率分别是：

SA_10/14＝B₁*10/16＝6*(10/16)＝3.75

SA_12/16＝B₂*10/16＝10*(10/16)＝6.25

其中：

SA_10/14是从入口节点10到出口节点14(即，入口/出口节点对10/14) 的流量的可持续许可速率；并且

SA_12/16是从入口节点12到出口节点16(即，入口/出口节点对12/16) 的流量的可持续许可速率。

系统优选被配置为由出口节点向入口节点提供关于可能需要先占的保 守通知(并且向入口节点提供充足的信息以便作出判定)，以针对以下事 实作出补偿：出口节点不接收任何关于在核心中超过了先占阈值的显式通 知(与使用单独的先占计量和标记方案时不同)。

当出口边缘节点14、16检测到超过许可阈值(针对给定的入口/出口 对)时，出口节点频繁地向入口节点10和12报告经过核心而未被标记以 超过许可阈值代码点的从相应入口到相应出口的流量的测得速率。

图3示出了出口边缘节点14、16向入口边缘节点10、12发送信号， 以报告经过核心而未被标记的流量的测得速率(可持续许可速率)。出口 节点14向入口节点10报告SA_10/14，出口节点16向入口节点12报告 SA_12/16，如虚线26、28分别所示。

正如本领域的技术人员将会明白的，出口节点(例如14)可以接收来 自多个入口节点(例如10、12)的流量。在此情况下，出口节点测量来自 每个入口节点的单独的可持续许可速率，并且将其单独地报告给每个入口 节点。实际上，系统对于每个入口/出口节点对使用一个单独的可持续许可 速率。

由于先占阈值和许可阈值之间的比值(R)在核心中的所有链路上都 是相同的，因此给定的入口/出口对的在先占阈值下穿越核心的流量的速率 可通过将该入口/出口对的可持续许可速率乘以R来近似。图4示出了入口 边缘节点10、12如何通过将可持续许可速率(SA)乘以整个系统范围内 的先占/许可比值(R)来计算可持续先占速率(SP)。对于图4所示的示 例，SP是如下计算的：

SP_10/14＝SA_10/14*R＝3.75*(14/10)＝5.25

SP_12/16＝SA_12/16*R＝6.25*(14/10)＝8.75

图5示出了入口边缘节点10、12如何根据预定的策略丢弃一些流以 将当前负载减小到可持续先占速率(SP)(考虑一些安全/滞后因素)。在 此示例中，B₁被从6减小到5.25，并且B₂被从10减小到8.75。从节点18 到节点20的链路上的总速率B_Total现在等于14，这是该链路上的隐式先占 速率。

以下描述在核心中利用单个计量和标记方案进行许可控制的一个示 例。出口边缘节点测量许可标记流量或总流量，以便测量拥塞级别估计 (CLE)。CLE是许可标记流量与可持续速率的比值。许可控制判决是基 于CLE的。当CLE级别高于可配置的阈值时，入口停止许可。例如，当 入口边缘节点接收到超过去往指定的出口边缘节点的可持续速率的1％以 上的CLE时，它可以停止许可去往该出口边缘节点的流量。

图6中示出了图示以上描述的用于利用单个计量和标记方案进行无状 态呼叫许可和呼叫先占的过程的一个实施例的流程图。在步骤50，核心路 由器对流量计量并标记所有超过许可阈值的分组。出口边缘节点随后基于 经过核心而没有被标记的分组的测得速率来针对每个入口节点测量可持续 许可速率(SA)(步骤52)。出口边缘节点向每个入口边缘节点报告相 关的可持续许可速率。然后在入口边缘节点处针对每个出口节点计算可持 续先占速率(步骤56)。如果去往给定出口节点的当前负载大于在步骤 56处针对该出口计算的可持续先占速率，入口边缘节点则丢弃行经该出口 的一些流(步骤58和59)。

应当理解，图6所示以及以上描述的方法只是一个示例，这些步骤中 的一个或多个可在不同的节点处执行，而不脱离本发明的范围。例如，出 口节点可以计算可持续先占速率并将可持续先占速率告知入口节点，而不 是告知测得的可持续许可速率。另外，出口节点可以先占流。这些步骤中 的一个或多个还可以在网络中的一个不是入口节点或出口节点的节点处执 行。

图7示出了可用于实现这里描述的实施例的网络设备60。在一个实施 例中，网络设备60是可以用硬件、软件或其任何组合实现的可编程机 器。处理器62执行存储在程序存储器64中的代码。程序存储器64是计算 机可读介质的一个示例。程序存储器64可以是易失性存储器。存储相同 代码的另一种形式的计算机可读介质将是某种类型的非易失性存储装置， 例如软盘、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘、闪存，等等。在网络上传送代 码的载波是传输介质的示例。

网络设备60经由多个线路卡66与物理介质相接口。线路卡66可以结 合以太网接口、DSL接口、千兆比特以太网接口、10千兆比特以太网接 口、SONET接口，等等。在分组被网络设备60接收、处理和转发时，它 们可被存储在分组存储器68中。为了实现根据该系统的功能，线路卡66 可以结合与以上整体上联系网络设备论述的那些类似的处理和存储器资 源。

从上文可以看出，这里描述的系统和方法提供了许多优点。例如，对 于许可和先占两者使用单个计量/标记方案提供了若干益处，其中包括减少 了核心路由器上的实现要求。在核心路由器上只需要激活一个计量(例 如，令牌桶)和标记方案，并且只需要对照该单个计量来对每个分组计 量。

另外，单个计量/标记方案使得分组头部中需要传送的代码点的数目得 以减少。被提出来用于分组头部中以传送拥塞通知信息的PCN比特在IP 核心中是ECN字段(显式拥塞通知)的比特(在2000年3月S.Bradner 等人所著的RFC 2780“IANA Allocation Guidelines For Values In the Internet Protocol and Related Headers”和2001年9月K.Ramakrishnan等人 所著的RFC 3168“The Addition of Explicit Congestion Notification(ECN)to IP”中定义)，并且在MPLS核心中是EXP字段(实验用)的比特(在 2001年1月E.Rosen等人所著的RFC 3032“MPLS Label Stack Encoding” 中定义)。这些是已经旨在用于多种用途和应用的小字段。例如，在同一 字段中需要传送额外的代码点(例如，用于防欺骗以及可能用于与不具备 CAC能力的系统的兼容性)，这目前导致在对许可和先占使用相分离的标 记方案的系统中总共可能有5个代码点。在IP情况下可用的字段只是2个 比特(即，ECN字段)。在MPLS中，总共只有8个EXP代码点，而这 些代码点必须与Diffserv共享。因此，去除代码点是有利的。即使除了 ECN字段或EXP比特之外的其他比特被用于分组头部中作为PCN比特， 在分组头部中的任何地方剩余可用的比特或代码点也是非常少的，因此去 除代码点将会是同样有利的。

另外，该系统和方法只需要用于许可的一个测量，而不是一个测量用 于许可，另一个测量用于先占/丢弃。另外，不需要将所配置的先占速率设 定到丢弃速率。

虽然已经根据所示出的实施例描述了该方法和系统，但是本领域的普 通技术人员将会很容易认识到，在不脱离本发明的精神的情况下可对这些 实施例作出变化。因此，希望以上描述中包含的以及附图中示出的所有内 容都被解释为示例性的而不是限制性的。