基于策略的MPLS网络传送控制技术分析

2011-06-14商英俊甄占昌

无线电工程 2011年5期

商英俊,甄占昌,韩飞,王超

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;2.第二炮兵工程学院,陕西西安710025;3.唐山港集团股份有限公司第二港埠公司门机队,河北唐山063611)

0 引言

随着网络技术、通信技术和计算机技术的不断发展,通信网络支持的业务种类不断增加,对网络带宽的需求也越来越大。网络带宽的增长速度永远跟不上业务量的增长速度,不可能无限制地通过增加带宽的方法来改善网络服务质量[1]。而不同类型的传送业务在重要性、带宽需求和时间敏感性等方面具有不同的特性,用户对通信网络可管可控的要求越来越高。可管可控的通信网络与因特网不同,网络具有QoS保证机制,业务在网络内的传送和网络资源分配等都是可管理可控制的。在可管可控通信网络的研究中传送控制研究是它的重要组成部分。该文就基于MPLS通信网络进行可管可控传送控制研究。

1 传送控制工作原理

基于策略的MPLS通信网络的传送控制过程主要步骤如下:

①用户终端通过接入控制服务将用户传送任务需求发送给传送控制服务。传送控制服务首先利用策略条件最大匹配算法进行业务优先级策略决策,如果能匹配上则执行步骤②,否则拒绝任务需求;

②传送控制服务接着进行带宽策略决策。根据业务优先级策略决策和带宽策略决策结果以及该决策MPLS业务优先级的可用资源情况,判断该决策MPLS业务优先级能否满足决策结果要求,如果满足则执行步骤③,否则执行步骤④;

③向源和目的接入网关下发传送需求的配置策略,如果成功则修改该MPLS隧道上的业务的映射信息,否则拒绝任务需求;

④进行降级策略决策,如果决策结果为新建连接则执行步骤⑤,否则进行逐步降级处理执行步骤⑦;

⑤向资源管理服务下发MPLS连接动态配置信息,如果成功则执行步骤⑥,否则拒绝任务需求;

⑥向接入网关下发传送需求的配置策略,如果成功则接收任务需求,否则拒绝任务需求;

⑦进行逐步降级处理,判断降级处理能否满足传送任务需求要求,如果能则接收任务需求,否则拒绝任务需求。

2 体系结构

基于MPLS通信网络可管可控网络体系由网路层、服务层和应用层组成。网路层即MPLS通信核心网络,由接入网关、ATM交换机和路由器等设备组成。服务层由传送控制服务和资源管理服务组成[2]。应用层由多个接入网路组成,每个接入网路包括1个接入控制服务和多个用户终端。

MPLS通信核心网络支持区分服务的MPLS技术,保证IP业务在核心网传送过程的QoS[3]。

接入网关用于接入网与核心网的互连。接入网关用于业务流的识别、流量控制、区分服务标识添加、隧道封装和隧道解封装等,是策略执行设备,执行信息传送控制服务制定的相应策略,实现控制面的策略到业务数据流的映射[4]。

网络资源管理服务实现网络资源的监控和配置,与底层通信网络交互,获取网络拓扑、网络资源信息和工作状态等情况,向传送控制服务提供网络资源状态和网络能力。网络资源信息包括网络各节点的IP路由端口、路由表和MPLS连接等网络资源。其中MPLS连接资源及其状态信息为传送控制提供网络资源方面的决策依据。网络资源管理服务执行传送控制服务制定的资源配置策略,进行网络资源动态调配,实现应用信息的按需传送。

传送控制服务实现通信网络的传送控制。传送控制服务了解网络内所有注册用户的用户信息,包括接入网络位置。根据用户提出的抽象的端到端传送任务需求、网络QoS保证机制和网络资源情况对传送需求进行最终的接纳控制。对接纳的传送任务需求,制定信息传送控制策略,进行网络内端到端QoS路径选择,按照用户传送需求分配相应的网络资源,并控制接入网关对任务信息流的识别及与网络QoS资源的映射,实现信息自动按需传送控制功能,保证应用信息传送的端到端QoS。

接入控制服务实现网络对通过接入网关用户的接入控制。感知用户对网络的接入,提供用户注册和登录等功能,获取用户的网络接入位置信息以及其他与用户相关信息。

3 基于策略的传送控制技术与实现

3.1 传送控制技术

该通信网路支持业务优先级策略、带宽策略和降级策略3种策略。

3.1.1 业务优先级策略

为了提高业务优先级策略决策服务质量,该文提出策略条件最大匹配算法。该算法的核心思想是首先在规则库的策略输入中查找和用户输入的策略输入完全匹配的策略规则,如果找到则结束,否则将弱化用户输入的最后一项策略输入值,将其修改为不关心,再在规则库的策略输入中查找和用户输入的策略输入完全匹配的策略规则。如果找到则结束,否则将弱化用户输入的倒数第2项策略输入值并将最后一项的策略值赋值回来,再执行策略输入匹配。多次弱化条件直到找到相匹配的策略,规则结束;如果条件弱化到除最后一个策略输入条件外其他策略输入条件都为不关心仍在策略库中找不到与之相匹配的策略,则策略决策失败并提示不支持该策略输入条件。

策略规则矩阵:其中前n列为策略输入条件项,最后一列为策略决策输出项。

如果M1矩阵中某行向量乘以M2矩阵中i行前n项组成向量的转置向量的积等于M1矩阵中该行向量各元素的平方的和,则完全匹配上了,即则ri为策略决策结果。

该算法不但提高了策略决策的成功率,而且还具有良好的扩展性。因为用户策略决策输入条件的个数容易变化,尽管策略输入条件发生了变化,但该算法模型完全能适应需求变化,不需要任何修改。

业务优先级策略是根据用户提交的传送需求中的业务类型、业务重要性和用户类型信息决策该用户需求映射到哪个MPLS优先级连接上。业务优先级策略输入为业务类型、业务重要性和用户类型,输出为MPLS连接优先级。其中业务类型为生存信息、时间敏感信息和计划信息3种;业务重要性分为重要和一般2种;用户类型为重要用户和一般用户2种用户。QoS保证优先级为QoS保证优先级4、QoS保证优先级3、QoS保证优先级2、QoS保证优先级1和QoS保证优先级0(LSP)5种。

将业务优先级策略规则数值化后得到的规则矩阵如下:

其中矩阵中左边的3列表示业务优先级策略的输入项,第1列为业务类型,第2列为业务重要性,第3列为用户类型,第4列为策略输出项。业务类型列中,1表示生存信息;2表示时间敏感信息;3表示计划信息。业务重要性列中,0表示不关心;1表示重要;2表示一般。用户类型列中,0表示不关心;1表示重要用户;2表示一般用户。策略输出项劣中,4表示MPLS TE最高优先级;3表示MPLS TE高级优先级;2表示MPLS TE中级优先级;1表示MPLS TE低级优先级;0表示MPLS LSP。

3.1.2 带宽策略

带宽策略决策与业务类型和任务传送需求中用户提出的带宽有关,如果业务类型为生存信息时,应优先保证一定固定的带宽,否则为用户申请带宽。带宽策略规则如表1所示。

表1 带宽策略规则表

3.1.3 降级策略

当业务优先级策略决策的策略输出的MPLS连接优先级上可用带宽不能满足带宽决策策略的输出结果带宽时,需要进行降级策略决策,它是在业务优先级决策策略的基础上执行的,降级策略规则如表2所示。

表2 降级策略规则表

3.2 传送控制试验网络

基于策略的MPLS通信网络传送控制实验网络由1个MPLS通信核心网络、1个传送控制服务、1个资源管理服务和2个接入网络组成。MPLS通信核心网络由3台ATM交换机和2台接入网关组成。每个接入网络包括1个接入控制服务和若干个用户组成,传送控制实验网络拓扑图如图1所示。

图1 传送控制实验网络拓扑图

用户在未提交任务传送需求前用户11(193.101.5.11)和用户21(193.102.5.11)之间可用带宽为0 Mbps,即图2中100 s到27.5 s时间之间所示的区域,这时它们之间是不能进行业务信息传送的。

用户提交传送任务需求后,传送控制服务首先从用户提交的传送任务需求信息中提取业务类型、业务重要性和用户类型信息形成业务优先级策略输入条件向量,如果采用完全匹配算法则在策略决策规则M3矩阵中匹配不成功,不能进行策略决策,而采用策略条件最大匹配算法则可以弱化处理条件2次后匹配成功,最终能与M3矩阵的第4行匹配,策略输出为2即MPLS TE中级优先级。传送控制服务接着进行带宽策略决策,决策结果为4Mbps。根据业务优先级策略决策和带宽策略决策结果以及接入网关1与接入网关2之间MPLS TE中级优先级的可用资源情况进行决策,如果满足带宽决策结果的带宽要求则传送控制向接入网关下发业务配置参数,否则进行降级处理。在该试验环境中,接入网关1与接入网关2之间MPLS TE中级优先级的可用带宽是满足4 Mbps带宽要求的,故传送控制服务向接入网关下发在用户11和用户21之间建立4 Mbps带宽的业务配置参数。这样在用户11(193.101.5.11)和用户21(193.102.5.11)之间可用带宽为4 Mbps。

3.3 检测结果分析

实验过程通过AX/4000软件检测得到结果如图2所示。

图2 传送控制实验检测结果

在接入网络1中用户11(IP为193.101.5.11)没有传送任务之前,接入网络1中用户11与接入网络2中用户21(IP为193.102.5.11)之间可用带宽为0,即它们之间是不能进行业务信息传送的。当接入网络1中用户11通过接入控制服务1向接入网络2的用户21提交传送任务需求决策如表3所示,通过传送控制策略决策后接入网络1中的用户11和接入网络2中的用户21之间可用带宽就为4 Mbps,它们之间就可以进行传送业务信息了,即图2中第27.5～0 s之间所示的区域。在当前实验环境下用户传送任务需求的传送控制决策用时为3～5 s之间。