基于策略的MPLS網絡傳送控制技術分析

商英俊,甄占昌,韓 飛,王 超

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

0 引言

隨著網絡技術、通信技術和計算機技術的不斷發展,通信網絡支持的業務種類不斷增加,對網絡帶寬的需求也越來越大。網絡帶寬的增長速度永遠跟不上業務量的增長速度,不可能無限制地通過增加帶寬的方法來改善網絡服務質量[1]。而不同類型的傳送業務在重要性、帶寬需求和時間敏感性等方面具有不同的特性,用戶對通信網絡可管可控的要求越來越高。可管可控的通信網絡與因特網不同,網絡具有QoS保證機制,業務在網絡內的傳送和網絡資源分配等都是可管理可控制的。在可管可控通信網絡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通信網絡進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通信網絡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將用戶傳送任務需求發送給傳送控制服務。傳送控制服務首先利用策略條件最大匹配算法進行業務優先級策略決策,如果能匹配上則執行步驟②,否則拒絕任務需求;

②傳送控制服務接著進行帶寬策略決策。根據業務優先級策略決策和帶寬策略決策結果以及該決策MPLS業務優先級的可用資源情況,判斷該決策MPLS業務優先級能否滿足決策結果要求,如果滿足則執行步驟③,否則執行步驟④;

③向源和目的接入網關下發傳送需求的配置策略,如果成功則修改該MPLS隧道上的業務的映射信息,否則拒絕任務需求;

④進行降級策略決策,如果決策結果為新建連接則執行步驟⑤,否則進行逐步降級處理執行步驟⑦;

⑤向資源管理服務下發MPLS連接動態配置信息,如果成功則執行步驟⑥,否則拒絕任務需求;

⑥向接入網關下發傳送需求的配置策略,如果成功則接收任務需求,否則拒絕任務需求;

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

2 體系結構

基于MPLS通信網絡可管可控網絡體系由網路層、服務層和應用層組成。網路層即MPLS通信核心網絡,由接入網關、ATM交換機和路由器等設備組成。服務層由傳送控制服務和資源管理服務組成[2]。應用層由多個接入網路組成,每個接入網路包括1個接入控制服務和多個用戶終端。

MPLS通信核心網絡支持區分服務的MPLS技術,保證IP業務在核心網傳送過程的QoS[3]。

接入網關用于接入網與核心網的互連。接入網關用于業務流的識別、流量控制、區分服務標識添加、隧道封裝和隧道解封裝等,是策略執行設備,執行信息傳送控制服務制定的相應策略,實現控制面的策略到業務數據流的映射[4]。

網絡資源管理服務實現網絡資源的監控和配置,與底層通信網絡交互,獲取網絡拓撲、網絡資源信息和工作狀態等情況,向傳送控制服務提供網絡資源狀態和網絡能力。網絡資源信息包括網絡各節點的IP路由端口、路由表和MPLS連接等網絡資源。其中MPLS連接資源及其狀態信息為傳送控制提供網絡資源方面的決策依據。網絡資源管理服務執行傳送控制服務制定的資源配置策略,進行網絡資源動態調配,實現應用信息的按需傳送。

傳送控制服務實現通信網絡的傳送控制。傳送控制服務了解網絡內所有注冊用戶的用戶信息,包括接入網絡位置。根據用戶提出的抽象的端到端傳送任務需求、網絡QoS保證機制和網絡資源情況對傳送需求進行最終的接納控制。對接納的傳送任務需求,制定信息傳送控制策略,進行網絡內端到端QoS路徑選擇,按照用戶傳送需求分配相應的網絡資源,并控制接入網關對任務信息流的識別及與網絡QoS資源的映射,實現信息自動按需傳送控制功能,保證應用信息傳送的端到端QoS。

接入控制服務實現網絡對通過接入網關用戶的接入控制。感知用戶對網絡的接入,提供用戶注冊和登錄等功能,獲取用戶的網絡接入位置信息以及其他與用戶相關信息。

3 基于策略的傳送控制技術與實現

3.1 傳送控制技術

該通信網路支持業務優先級策略、帶寬策略和降級策略3種策略。

3.1.1 業務優先級策略

為了提高業務優先級策略決策服務質量,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則,如果找到則結束,否則將弱化用戶輸入的最后一項策略輸入值,將其修改為不關心,再在規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則。如果找到則結束,否則將弱化用戶輸入的倒數第2項策略輸入值并將最后一項的策略值賦值回來,再執行策略輸入匹配。多次弱化條件直到找到相匹配的策略,規則結束;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。

策略規則矩陣:其中前n列為策略輸入條件項,最后一列為策略決策輸出項。

如果M1矩陣中某行向量乘以M2矩陣中i行前n項組成向量的轉置向量的積等于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展性。因為用戶策略決策輸入條件的個數容易變化,盡管策略輸入條件發生了變化,但該算法模型完全能適應需求變化,不需要任何修改。

業務優先級策略是根據用戶提交的傳送需求中的業務類型、業務重要性和用戶類型信息決策該用戶需求映射到哪個MPLS優先級連接上。業務優先級策略輸入為業務類型、業務重要性和用戶類型,輸出為MPLS連接優先級。其中業務類型為生存信息、時間敏感信息和計劃信息3種;業務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保證優先級為QoS保證優先級4、QoS保證優先級3、QoS保證優先級2、QoS保證優先級1和QoS保證優先級0(LSP)5種。

將業務優先級策略規則數值化后得到的規則矩陣如下:

其中矩陣中左邊的3列表示業務優先級策略的輸入項,第1列為業務類型,第2列為業務重要性,第3列為用戶類型,第4列為策略輸出項。業務類型列中,1表示生存信息;2表示時間敏感信息;3表示計劃信息。業務重要性列中,0表示不關心;1表示重要;2表示一般。用戶類型列中,0表示不關心;1表示重要用戶;2表示一般用戶。策略輸出項劣中,4表示MPLS TE最高優先級;3表示MPLS TE高級優先級;2表示MPLS TE中級優先級;1表示MPLS TE低級優先級;0表示MPLS LSP。

3.1.2 帶寬策略

帶寬策略決策與業務類型和任務傳送需求中用戶提出的帶寬有關,如果業務類型為生存信息時,應優先保證一定固定的帶寬,否則為用戶申請帶寬。帶寬策略規則如表1所示。

表1 帶寬策略規則表

3.1.3 降級策略

當業務優先級策略決策的策略輸出的MPLS連接優先級上可用帶寬不能滿足帶寬決策策略的輸出結果帶寬時,需要進行降級策略決策,它是在業務優先級決策策略的基礎上執行的,降級策略規則如表2所示。

表2 降級策略規則表

3.2 傳送控制試驗網絡

基于策略的MPLS通信網絡傳送控制實驗網絡由1個MPLS通信核心網絡、1個傳送控制服務、1個資源管理服務和2個接入網絡組成。MPLS通信核心網絡由3臺ATM交換機和2臺接入網關組成。每個接入網絡包括1個接入控制服務和若干個用戶組成,傳送控制實驗網絡拓撲圖如圖1所示。

圖1 傳送控制實驗網絡拓撲圖

用戶在未提交任務傳送需求前用戶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時間之間所示的區域,這時它們之間是不能進行業務信息傳送的。

用戶提交傳送任務需求后,傳送控制服務首先從用戶提交的傳送任務需求信息中提取業務類型、業務重要性和用戶類型信息形成業務優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則M3矩陣中匹配不成功,不能進行策略決策,而采用策略條件最大匹配算法則可以弱化處理條件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中級優先級。傳送控制服務接著進行帶寬策略決策,決策結果為4Mbps。根據業務優先級策略決策和帶寬策略決策結果以及接入網關1與接入網關2之間MPLS TE中級優先級的可用資源情況進行決策,如果滿足帶寬決策結果的帶寬要求則傳送控制向接入網關下發業務配置參數,否則進行降級處理。在該試驗環境中,接入網關1與接入網關2之間MPLS TE中級優先級的可用帶寬是滿足4 Mbps帶寬要求的,故傳送控制服務向接入網關下發在用戶11和用戶21之間建立4 Mbps帶寬的業務配置參數。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 檢測結果分析

實驗過程通過AX/4000軟件檢測得到結果如圖2所示。

圖2 傳送控制實驗檢測結果

在接入網絡1中用戶11(IP為193.101.5.11)沒有傳送任務之前,接入網絡1中用戶11與接入網絡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行業務信息傳送的。當接入網絡1中用戶11通過接入控制服務1向接入網絡2的用戶21提交傳送任務需求決策如表3所示,通過傳送控制策略決策后接入網絡1中的用戶11和接入網絡2中的用戶21之間可用帶寬就為4 Mbps,它們之間就可以進行傳送業務信息了,即圖2中第27.5～0 s之間所示的區域。在當前實驗環境下用戶傳送任務需求的傳送控制決策用時為3～5 s之間。

表3 傳送任務需求決策表

4 結束語

在MPLS通信網絡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值,達到完全匹配目的。它提高了策略決策成功率和傳送控制服務質量。實驗表明基于策略的MPLS通信網絡的傳送控制技術可行、高效。

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