專利名稱：多播網絡中資源保留的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過擴展應用于網絡中協(xié)議的信令消息來改進發(fā)送機與接收機之間通過網絡進行的通信的方法，例如，經過包含路由器的因特網進行通信的服務器，路由器和客戶之間，并且涉及一種依據本發(fā)明中的方法進行操作的通信系統(tǒng)。
2.發(fā)明背景資源保留協(xié)議(RSVP)是由互連網工程任務組(IETF)規(guī)定的標準，它用于提供信令，以使網絡資源的保留和分配能夠提供綜合業(yè)務。尤其是，RSVP能夠啟動保證型服務和受控負載型服務。例如以這種方式，就可以獲得對網絡資源/組成部件中負載的控制和保證，這些網絡資源組成部件諸如網域、服務器、客戶、路由器和通信鏈路。資源為單向的數據流保留或分配。對RSVP的詳細描述可以在IEEE通信雜志1997年5月期第100頁P.P.White寫的文章“因特網中的RSVP和綜合業(yè)務指南(RSVP and Integrated Services in the InternetATutorial)”中獲得。
在RSVP中，服務器向客戶發(fā)送一個PATH消息，該消息包含業(yè)務規(guī)范(帶寬的上界和下界，延遲和抖動)。這個消息用于存儲每個節(jié)點(例如，路由器)中的路徑狀態(tài)以便在相反的方向上為保留請求(RESV)消息選路。在將RESV消息發(fā)送到客戶的過程中，每個網絡按照網絡容量和資源利用率來檢驗業(yè)務規(guī)范，并可能過濾需求(許可控制)。客戶接收到該業(yè)務規(guī)范后，客戶向服務器返回一個RESV消息，以保留客戶和服務器之間的資源。
由于大多數要求保留的業(yè)務是傳遞到組的(例如，TV)，因此對于客戶來說就很自然地作流量的保留請求。這樣具有的附加優(yōu)勢在于不同的客戶可以從相同的源中進行不同的容量請求。
PATH消息的主要作用首先是在沿著通信路徑的每個網絡路由器中建立反向的路由選擇狀態(tài)，其次是向客戶提供關于發(fā)送機的業(yè)務量特性和端到端(發(fā)送機對客戶)的通信路徑的信息，以產生適當的保留/分配請求。RESV消息的主要作用是將保留/分配請求沿著客戶和發(fā)送機之間的分布樹傳送到網絡路由器中，其中分布樹還可以是一個服務器和一個客戶之間的連接。
圖1提供一個對RSVP信令消息流和每個消息中最重要的參數的(簡明的)綜述。
在PATH消息中的最相關的信息是定義發(fā)送機業(yè)務量特性的發(fā)送機TSPEC。
ADSPEC是一個可選的對象，服務器可以將ADSPEC包括在它所產生的PATH消息中，從而為客戶提供端到端通信路徑的特性?？蛻艨梢允褂眠@個信息來決定所需要的保留等級，以實現(xiàn)它們期望的端到端QoS。包含在ADSPEC中的參數可以在沿著該路徑的每個具有RSVP功能的路由器中被更新，以便向客戶提供端到端的數據值。這其中的一些參數是，例如沿著路徑的最小路徑等待時間、各個鏈路等待時間的總和、路徑帶寬和單個鏈路帶寬的最小值。
RSVP支持單播和多播會話。流量描述符規(guī)定了QoS，它被參與的實體所使用，例如被路由器、服務器和客戶使用。主機代表應用數據流使用RSVP從網絡中請求QoS等級。路由器使用RSVP將QoS請求傳遞給沿數據流路徑上的其它路由器。RSVP能夠適應路由選擇中的變化。
以下給出一個簡化的對RSVP操作的綜述。
服務器依據帶寬的上界和下界、延遲和抖動來表征輸出的業(yè)務量。RSVP從服務器向目的地址(單播或者多播接收機)發(fā)送包含這個業(yè)務規(guī)范(TSPEC)信息的PATH消息。當接收到PATH消息時，具有RSVP功能的路由器創(chuàng)建一個PATH狀態(tài)，并且存儲PATH消息中最后一跳的地址和PATH狀態(tài)中的TSPEC信息。最后一跳的地址用于以后RESV消息的路由選擇。此外，具有RSVP功能的路由器可以更新ADSPEC信息以包含端到端的相關參考數值。
為了進行資源的保留/分配，客戶上行發(fā)送一個RESV(保留請求)消息。除了TSPEC之外，RESV消息包括一個指示所需綜合業(yè)務類型的請求規(guī)范(RSPEC)和一個過濾規(guī)范(Filter SPEC)，這些規(guī)范用于表征要為之保留資源的數據分組。(例如，傳輸協(xié)議和端口號)。RSPEC和Filter SPEC共同表示了路由器用于識別每個保留的流量描述符。
當沿著上行路徑的每個RSVP路由器接收到RESV消息時，路由器就使用許可控制以驗證該請求并分配必要的資源。如果不能滿足該請求(因為資源缺乏或者驗證失敗)，那么路由器向客戶返回一個錯誤。如果請求被接受，路由器向下一個路由器上行發(fā)送RESV。當最后的路由器接收到RESV并且接受該請求時，該路由器向客戶發(fā)送一個證實消息。當發(fā)送機或者接收機結束一個RSVP會話時就存在一個明顯的拆除保留的過程。
令牌桶隱喻(Metaphor)RSVP是以令牌桶隱喻為基礎的，它將來自主機內用戶處理的不均勻的分組流轉變成網絡中均勻的分組流，平滑猝發(fā)輸出并極大地減少信息阻塞的機率。通過這種方式，可以在整個網絡提供受控的負載。
令牌桶所涉及的參數被定義為TSPEC信息，這些參數包括流量的峰值速率(比特/秒)、桶深度(比特)、令牌桶速率(比特/每秒)、最小監(jiān)督單元(minimum policed unit)(比特)和最大數據報大小(比特)。
RSVP和綜合業(yè)務RSVP能夠進行所謂的綜合業(yè)務，該綜合業(yè)務存在兩種完全不同的類型保證型業(yè)務保證型業(yè)務要盡可能的仿真專用虛擬電路。除了依據在PATH消息中的業(yè)務規(guī)范參數來確保帶寬利用率之外，通過組合來自路徑中各種網絡元件的參數來提供穩(wěn)定的(數學上可證明的)端到端排隊延遲上的界限受控負載型服務受控負載型服務等同于“在空載條件下的盡力而為型服務”。
綜合業(yè)務使用令牌桶的模式來表征它的輸入/輸出排隊算法。舉例來說，這在可變比特率的視頻編解碼器的情況下是有利的。令牌桶參數“桶速率”、“桶深度”和“峰值速率”是TSPEC和RSPEC信息的一部分。
RSVP提供最高級別可用的因特網協(xié)議服務質量(IP-QoS)。這就允許應用請求具有高等級粒度和可能的最好服務傳遞保證的QoS。然而，其代價是造成復雜性和額外的開銷，因此對于許多應用來說是代價高昂的。
多播多播是一種有效的將因特網協(xié)議(IP)數據報傳輸到由單個IP目的地址來識別的一組零或多個主機中的方法。
IP多播通過使信號源能夠向多個明確希望接收信息的接收端發(fā)送一個單獨的消息復本(直接由一個單獨的D類IP多播地址來識別)來有效地支持一對多和多對多的傳輸。這種機制要比同時向每個接收端發(fā)送多個消息或者向網絡中的所有節(jié)點廣播消息都有效得多。由于數據分布樹(生成樹)的效能，即網絡中的數據是在適當的節(jié)點處而不是在終端系統(tǒng)中進行復制，所以IP多播是一種自然的用于多多方會議的解決方案。
多播是以一系列指定的協(xié)議為基礎，它在能夠有效地將數據分配到所有感興趣的各方的現(xiàn)存協(xié)議中“處于頂端”。IP多播的客戶不需要知道服務器是誰和在哪里就從他們接收業(yè)務量。服務器從來就不必知道客戶是誰。由于網絡使傳遞最佳化，無論服務器還是客戶都不必關心網絡拓撲。
多播是一種基于接收機的概念。通過通知在它們子網上的多播路由器，接收機加入特定的多播會話組(因特網組管理協(xié)議，IGMP)，并且業(yè)務量通過網絡的基礎設施被傳遞到那一組的所有成員中。為了從信息源(發(fā)送機，服務器)中向在其它網絡中的目的節(jié)點傳遞多播分組，多播路由器必須交換從直接與它們相連的主機的組成員中收集到的信息。存在著許多不同的用于交換這個路由選擇信息的算法和協(xié)議，例如，距離向量多播路由選擇協(xié)議(DVMRP)、對OSPF的多播擴展(MOSPF)和協(xié)議獨立多播(PIM)。根據通過這其中的一個協(xié)議所獲得路由選擇信息，無論多播分組什么時候被發(fā)送到多播組，多播路由器將決定是否將那個分組轉發(fā)到它們的網絡中。最后，葉路由器將根據IGMP信息來觀察在它物理附著的網絡中是否存在那個特定組中的成員，因而決定是否轉發(fā)該分組。
如果發(fā)送機將數據(例如，視頻或音頻)流分層，那么不同的接收機可以選擇接收不同量的業(yè)務量并由此獲得不同的質量。為了實現(xiàn)上述內容，發(fā)送機必須將數據(例如，視頻數據)編碼為具有最低可接受質量的基本層和多個增強層，其中每個增強層在付出更多帶寬的情況下增加了更多的質量。對于視頻數據，這些附加層可以增加圖像的幀頻或空間分辯力，或者同時增加這兩種品質。每個層被發(fā)送到不同的多播組中，其接收機可以單獨決定所要預定的層數。
圖2顯示了一個IP多播的場景，其中視頻流被發(fā)送給4個接受者(也就是客戶1，2，3和4)?？蛻?和2已經通過通知多播路由器R2加入到該組，客戶3和4通過多播路由器R3完成相同的操作?？蛻?接收一個基本層(白色分組)，例如為無線環(huán)境而優(yōu)化的碼，而客戶2接收這個基本層和一個用于更好視頻質量的附加層(灰色分組)?？蛻?和4接收不同的基本層(例如有線線路編解碼器)。
為了實現(xiàn)有效的傳輸，就要構造一個連接多播組中所有成員的生成樹。只有一個多播消息的復本將通過發(fā)送機(服務器)和多播路由器R1之間網絡中的所有鏈路。消息的復制將只在路由器上(這里在路由器R1，R2和R3)路徑分叉的位置處來進行。注意到在業(yè)務量復制點(諸如R1，R2和R3)處多播流的“合并”涉及到復雜的算法。
RSVP和多播RSVP可以用于多播傳輸。RSVP的PATH消息將沿著流本身進行多播傳輸的完全相同的路徑傳遞。
圖3顯示了PATH消息的多播過程。路由器R1，R2和R3都具有多播和RSVP的功能。
發(fā)送機為每個它發(fā)起的數據流周期性地發(fā)送PATH消息。
RESV消息由流的接受者(客戶1，2，3，和4)沿與PATH消息正好相反路徑向源發(fā)送。流本身是由濾波器表征，因此單個的保留就能夠應用到多個流(例如，在會議中的幾個源)中，即共享的保留。這在圖4中反映出來。
圖4顯示用于多播流的多個保留可以合并。例如，對于相同的多播流，假如客戶3需要低延遲而客戶4準備應付更多的延遲，那么只有向上行(即，從R3向R1)轉發(fā)最大的保留(例如最低延遲)。如果客戶3想要接收用于特定視頻編解碼器的基本層，而客戶4想要接收該基本層和附加層時也使用同樣的方法。
在分布樹的分支點，分支的被(將被)保留的TSPEC并不相同?？拷掌鞯姆种У谋?將被)保留的TSPEC是由它直接后繼(在目標方向上)的被(將被)保留的TSPEC的最大值給出。
區(qū)分服務區(qū)分服務(Diff Serv)提供IP分組標題內的郵件以允許區(qū)分優(yōu)先次序的業(yè)務量的集成(例如多個流量的“等級”)。區(qū)分服務被用來設計用于QoS的簡單結構框架，它可以提供訪問多個獨立管理域的各種規(guī)?？勺兊亩说蕉说姆?，它需要互相提供的復雜的商業(yè)配置或者轉發(fā)設備中的復雜行為。
帶寬代理帶寬代理維護關于SLS的信息，該SLS被限定在區(qū)分服務域和其用戶之間，其中區(qū)分服務域表示一個共享信任、管理、供應等的區(qū)域。用戶包括本地用戶和提供到例如因特網的其它部分的連接的鄰近網絡。只要履行外部的職責，區(qū)分服務域的內部與其用戶并不相關。帶寬代理使用此SLS信息來配置本地區(qū)分服務域中的路由器(主要是邊緣路由器)，并作出許可控制的決定。帶寬代理需要跟蹤QoS資源，根據SLS信息來作出方針性決定，并且將方針性實施信息傳遞到區(qū)分服務域中的邊緣設備。此外，帶寬代理器建立和維護相鄰域的SLA。
對于客戶來說通常想法是從他們的供應商那里購買一個更高質量服務的簡表(profile)，供應商控制(police)來自該站點的被標記的業(yè)務以確保該簡表沒有被超出。在供應商監(jiān)視的地方，它們安排一個將要提供集合更高質量的簡表，如果超出該簡表就控制彼此的集合。
這樣，基于以下的假設，即網絡中存在足夠的容量來處理被售出的更高質量的業(yè)務量時，僅僅需要在邊緣處執(zhí)行對供應商網絡的控制。
當來自數據源中作標記的分組(區(qū)分服務)被容許進入到區(qū)分服務域之前，信息源必須發(fā)信號通知它的本地帶寬代理，以開始一個服務保留。潛在的源被鑒權并且受控于本地的容許控制政策。如果服務保留在本地被允許，帶寬代理就可以在數據流所要遍歷的區(qū)分服務域網絡中沿著代理鏈路來啟動一個端到端的保留請求。當已經作出網絡范圍許可控制決定時，帶寬代理將配置區(qū)分服務域中的路由器以支持所請求的服務簡表。帶寬代理允許分別管理區(qū)分服務域以便獨立地管理它們的網絡資源，然而仍與其它域進行合作以提供動態(tài)分配的端到端的QoS。
問題目前，RSVP支持服務器和客戶之間有限的通信/服務質量協(xié)商。僅僅將最后得到的端到端帶寬和ADSPEC信息的相關數據提供給客戶?？蛻艨梢允褂么诵畔硇ｒ炈麄兪欠裨敢馐褂镁哂兴甘痉召|量特性的服務。其它的服務質量特性(例如安全性、可靠性和實際的抖動)卻沒有，因此并沒有將它們考慮到服務質量協(xié)商中。在ADSPEC信息中缺少這種服務質量特性，因此就不能從服務器到客戶更新這些服務質量特性。如上所述，抖動信息是暗含在PATH消息中的，具體地是在令牌桶參數中，但是還沒有考慮到它的任何變化。
此外，當前沒有可用的機制能有效地收集在服務器和客戶之間有關網絡域(和客戶)的信息。
由于沒有收集信息的機制可以利用，也沒有機制能夠在一對多或者多對多的服務供應的多播情況下以更有效的方式處理信息的收集。更進一步地，也就不可能實現(xiàn)對于更高優(yōu)先權的客戶或者服務器的服務質量最佳化。
更進一步，也就不存在多播情況下限制被浪費的資源分配數量的機制。
為了克服現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種使用資源保留協(xié)議(例如RSVP)來改進網絡中通信的解決方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明的基本思想是通過擴展例如RSVP的協(xié)議中的信令消息來收集信息。信息的收集貫穿于服務器和相應的客戶之間的整個網絡中，例如所有的網絡域和/或子網。任何充當發(fā)送機的網絡部件(例如服務器，筆記本，路由器等)可以使用收集到的信息去檢驗網絡實際的狀態(tài)，以作出服務分配的決定，和服務供應的決定(例如，代理或者網關中的鏈路)等等。RSVP僅僅是一個應用于本發(fā)明中的協(xié)議的例子。因此，依據在此描述的本發(fā)明的機制可以應用到其他相似或者相當的協(xié)議中。
本發(fā)明任意地擴展服務器和各自客戶之間的協(xié)商信息，客戶可以使用該協(xié)商信息來對整體的服務供應質量的接受作出決定。
除了對單一客戶的情況下進行信息收集外，本發(fā)明還可以應用在多客戶的情況中，在此情況下要利用多播和/或收集到的信息的集合。
此外，可以使用本發(fā)明提供的一種預保留機制從而防止在多播情況下出現(xiàn)資源分配的浪費和過多的信令傳輸，和/或提高對高優(yōu)先權客戶的服務質量因此，本發(fā)明著眼于用于單個客戶和/或多客戶應用的一種信息收集機制、服務器和它的客戶之間的服務協(xié)商質量和一種的網絡資源的預保留機制，其中在多客戶應用的情況下可能進行多播和/或被收集信息的集合。
為了實現(xiàn)基本的目的，本發(fā)明提供一種在根據給定信令消息協(xié)議(例如RSVP)操作的網絡中改進資源保留和分配的方法。依據給定的協(xié)議，產生包括發(fā)送機業(yè)務量特性信息的發(fā)送機信號并且將它通過至少一個網絡進行傳送。依據本發(fā)明，網絡業(yè)務量特性信息在傳送過程中被包含在發(fā)送機信號中，從而獲得擴展的發(fā)送機信號。網絡業(yè)務量特性信息指示網絡的業(yè)務量特性。進一步，網絡資源可根據網絡業(yè)務量特性信息被保留和/或被分配。
而且，可以通過接收機來接收擴展的發(fā)送機信號，在對它的響應中，依據包含接收機業(yè)務量特性信息的給定協(xié)議來產生接收機信號，其中接收機業(yè)務量特性信息指示了接收機的業(yè)務量特性。另外，網絡業(yè)務量特性信息被包含在接收機信號中從而獲得擴展的接收機信號。因此，網絡資源可以依據網絡業(yè)務量特性息和接收機業(yè)務量特性信息被保留和/或被分配。
為了進一步提高服務質量協(xié)商，可以向發(fā)送機傳送擴展的接收機信號，同時在傳輸期間通過包含實際的網絡業(yè)務量特性信息來更新擴展的接收機信號。因此，網絡資源可以依據更新的擴展的接收機信號來進行分配。
最好是通過至少一個路由器來傳送擴展的發(fā)送機信號和/或擴展的接收機信號和/或更新的擴展的接收機信號，并最好通過包含和/或更新指示至少一個路由器的業(yè)務量特性的信息來包括和/或更新網絡業(yè)務量特性信息。
網絡資源的保留和/或分配也可以由發(fā)送機依據從至少一個網絡中接收到的信號來執(zhí)行，和/或通過接收機依據接收到的擴展的發(fā)送機信號來執(zhí)行，和/或通過至少一個路由器依據從網絡中接收的接收信號來執(zhí)行。
為了實現(xiàn)預保留和/或預分配機制，保留和/或分配信息依據給定的協(xié)議被包含在發(fā)送機信號中。該保留和/或分配信息指示將被預保留和/或預分配的網絡資源。因此，可以依據保留和/或分配信息來預保留和/或預分配網絡資源。
改進的網絡信息可以通過將實際的保留和/或分配信息包含在擴展的包括保留和/或分配信息的發(fā)送機信號中來獲得，該實際的保留和/或分配信息指示實際上被預保留和/或預分配的網絡資源。
在這種情況下，最好是至少一個路由器依據發(fā)送機中的保留和/或分配信息來保留和/或分配其可用的資源，并包括對應于實際上預保留和/或預分配的路由器資源的實際保留和/或分配的信息。
對于面向客戶的資源保留和/或分配來說，接收機依據接收的實際保留和/或分配信息將保留和/或分配請求包含在擴展的接收機信號中。這里，該保留和/或分配請求指示被用于與發(fā)送機進行通信的網絡資源。
因此，可以依據在擴展的接收機信號和/或更新的擴展的接收機信號中的保留和/或分配請求來保留和/或分配網絡資源。
如果使用路由器，至少一個路由器可以依據從接收機中發(fā)送的信號中的保留和/或分配請求來保留和/或分配被預保留和/或被預分配的路由器資源。
作為進一步的選擇，指示資源保留和/或分配的指示符可以被包含在通過網絡傳送的信號中(例如，在發(fā)送機信號、擴展的發(fā)送機信號和/或擴展的接收機信號中)。在這里，可以使用一個指示符，對于至少一個網絡資源，該指示符指示是否為下行傳送到客戶的信號(例如，(擴展的)發(fā)送機信號)和/或上行傳送到服務器的信號(例如，擴展的接收機信號)執(zhí)行資源保留和/或分配。因為一些響應下行傳送到客戶信號的被預保留和/或被預分配的資源可以在所接收到上行傳送到服務器的相關信號后釋放，所以，這些資源可以依據更高優(yōu)先權的資源保留和/或分配請求來被預保留和/或被預分配。因此，包括保留和/或分配信息的(擴展的)發(fā)送機信號可以包括“最小所需的資源”指示符。對于保留和/或分配，超過這個最小資源的資源可以由具有更高的優(yōu)先權的資源請求來隨意地使用。因此，由于各個資源已經被預保留和/或被預分配，就可以獲得在網絡傳輸中更快的連接建立。
為了避免網絡資源不必要的使用，超過接收機保留和/或分配請求的被預保留和/或被預分配網絡資源都被釋放。這里，至少一個路由器可以依據從接收機傳送的信號中的保留和/或分配請求來釋放它的被預保留和/或被預分配資源。
然而，從接收機上行傳送的信號(例如，(擴展的)接收機信號)可以指定所有被預保留的和/或被預分配的資源都保持被保留的和/或被分配的狀態(tài)，或者指定它們的一個最大值或最小值保持被保留和/或被分配的狀態(tài)。這個過程將得到一種改進的服務質量，尤其是提供一個快速的連接建立。
此外，本發(fā)明提供一種網絡系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用給定的用于網絡資源保留和/或分配的信令消息協(xié)議、發(fā)送機、接收機和/或至少一個連接發(fā)送機和接收機的網絡，該網絡根據本發(fā)明操作。


下面將參照相應附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行敘述，其中圖1表示RSVP信令消息及其參數，圖2圖示IP多播網絡，圖3圖示在RSVP網絡中的PATH消息多播，圖4圖示在圖3的RSVP網絡中的PATH消息反向多播，圖5圖示使用根據本發(fā)明擴展的RESV消息的網絡，圖6圖示使用依據本發(fā)明擴展的RESV消息進行反向多播的RSVP網絡，圖7圖示RSVP網絡中根據本發(fā)明的預保留機制。
優(yōu)選實施例敘述如上所述，發(fā)送機、接收機和在網絡中的發(fā)送機和接收機之間用于路由選擇通信的通信裝置(路由器)都使用保留協(xié)議，以便建立必要的網絡狀態(tài)和支持發(fā)送機與接收機之間的通信及相關服務。這種保留協(xié)議的一個實例是資源保留協(xié)議(RSVP)。雖然下面的實施例將參照RSVP進行闡述，但是，其根本原理適合于改進其它的網絡保留協(xié)議，例如ST-II等。
基本實施例為了利用RSVP來改進通過網絡通信的服務器與客戶之間的服務質量協(xié)商，RSVP的信令消息(即PATH消息和RESV消息)被擴展/修改從而包含更多分別指示網絡及其網絡域的實際狀態(tài)的信息。該信息是從網絡中用于服務器和客戶之間通信的所有部分中進行收集。除了收集各個網絡域中的信息之外，計劃這個信息還包括指示服務器及其客戶的實際狀態(tài)的信息。
基于所收集的信息，網絡和/或網絡域中的服務器、客戶和路由器就能夠檢驗網絡和/或者網絡域中的實際狀態(tài)，控制通過網絡提供的服務分配，控制網絡服務的供應(例如，到代理或者網關的鏈路)，執(zhí)行服務器和其客戶之間的服務質量協(xié)商，以及預保留和/或預分配網絡的通信資源。這樣的過程可以適用于單客戶和多客戶的應用，其中后一種情況下多播和/或所收集信息的集合是附加選項。
談及RSVP的PATH-消息，其定義服務器業(yè)務量特性的業(yè)務規(guī)范(TSPEC)通過表征網絡實際業(yè)務量特性的信息來進行擴展，尤其是分別在服務器與它的客戶之間的網絡域及其路由器的業(yè)務量特性。更進一步，TSPEC可以由客戶的業(yè)務量特性信息來擴展。必須強調的是，TSPEC本身并未被修改。
網絡和客戶的業(yè)務量特性信息可以作為直接識別各自的業(yè)務量特性的信息提供。作為一種選擇，網絡和客戶的業(yè)務量特性信息可以表示實際的網絡和客戶業(yè)務量特性對于先前它們業(yè)務量特性的變化。這種變化可以由網絡或者客戶的通信資源的變化導致產生，其中這種資源變化包括增高的和降低的資源利用率。尤其是，這些變化可以涉及相同網絡部件(例如，網絡域、路由器、服務器、客戶、網關等等)先前的業(yè)務量特性和/或先前網絡部件(即對于數據通信方向而言位于更上行的網絡部件)的業(yè)務量特性。
通常，RSVP的消息是由每個網絡部件(服務器、客戶、路由器)依據所接收的用于轉發(fā)其信息的消息來產生。因此，如上所述擴展的PATH消息可以包括上面任何一種網絡和客戶業(yè)務量特性信息的類型，所包括的業(yè)務量特性信息類型取決于轉發(fā)各自PATH消息的網絡部件(服務器、客戶、路由器)。
更進一步，PATH消息中的ADSPEC信息可以由其它的通信特性進行擴展，例如安全性、可靠性和抖動信息。與上述的業(yè)務量特性信息相比，這種更多的業(yè)務量特性信息可以由路由器和客戶附加到服務器的ADSPEC信息中。此外，ADSPEC信息本身并不改變。
為了訪問網絡和客戶的實際通信狀態(tài)，將轉發(fā)PATH消息時收集到的業(yè)務量特性信息附加到從客戶返回到服務器的RESV消息中。尤其是，將收集的業(yè)務量特性信息根據RSVP附加到RESV消息中從而擴展其TSPEC。服務器及其客戶之間的一種改進的通信質量協(xié)商可以通過更進一步擴展RESV消息中的TSPEC得以實現(xiàn)，其中RESV消息帶有指示最后得到的端到端通信特性的信息。通過接收這種擴展的RESV-消息，服務器獲得實際通信狀態(tài)的基本信息，并且可以通過例如修改所提供服務的分配來相應的調整它的通信(分配)。
由于客戶還被提供指示網絡和服務器實際通信狀態(tài)的信息，可以根據已接收的通信狀態(tài)信息來產生各自的RESV消息。例如，如果客戶確定整個的通信質量(服務質量)不能被接受，那么將不返回RESV-消息，因此就不執(zhí)行客戶和服務器之間各自通信路徑的資源分配。
更進一步，用戶拒絕的服務可以包括指示服務拒絕理由的信息。在響應中，服務器可以使用用于例如業(yè)務量工程和/或網絡規(guī)劃目的的這樣的信息。
此外，作為更進一步地選擇，傳遞到服務器的RESV消息中的RSPEC信息和/或Filter SPEC信息可以由更多指示通信(質量)特性的信息來進行擴展，這是以一種與PATH消息的ADSPEC信息類似的方式進行的。
為單客戶服務的網絡域中業(yè)務量特性信息的收集為了簡單起見，在圖5中顯示的實施例使用了僅僅包括各自TSPEC信息的RSVP消息。
如圖5所示，在服務器與客戶之間的通信路徑通過構成服務于客戶的網絡域的路由器R1和R2進行路由選擇。服務器依據RSVP產生PATH消息，并向路由器R1發(fā)送相同的信息。為了指示已經使用或者將被使用的機制的類型，就要相應地擴展PATH消息。
作為響應，路由器R1依據RSVP處理接收到的PATH消息。假定這種處理產生接收PATH消息的有效性，路由器R1產生常規(guī)的PATH消息，依據RSVP，該消息包括由服務器提供的業(yè)務量特性和被更新的路由選擇信息。這里要指出的是，迄今為止常規(guī)的PATH-消息不包括任何表示網絡實際業(yè)務量特性的信息。
更進一步，路由器R1產生表示它實際業(yè)務量特性的信息。這種信息可以包括最大的/平均的流量峰值速率、可用帶寬、實際的延遲、實際的抖動、實際的數據通信安全等級、實際被分配的資源、可用的緩沖空間等等。這個路由器R1的業(yè)務量特性信息被附加到它的常規(guī)的PATH消息中，這樣就得到了所述的消息PATH′。
PATH′消息被發(fā)送到路由器R2中，作為響應，路由器R2使用與產生PATH′消息類似的方式產生PATH″消息。
客戶接收從路由器R2中發(fā)送的PATH″消息。倘若客戶對PATH″消息的處理一種對于客戶是不可接受的通信/服務質量，則客戶不產生RESV消息。
倘若PATH″消息指示一種對于客戶是可接受的通信/服務質量，客戶就產生RESV*消息。RESV*消息包括依據RSVP的常規(guī)RESV消息和收集到的業(yè)務量特性信息。另外，RESV*消息可以包括表示迄今為止為服務器與客戶之間通信計算的端到端特性的信息。
作為更進一步的選擇，由路由器R2接收的PATH′消息可以根據它的實際業(yè)務量特性信息進行擴展，并作為RESV*′消息傳送到路由器R1中。類似的，RESV*′消息可以由路由器R1進行擴展并作為RESV消息而被傳送到服務器。
根據接收到的RESV*″消息，服務器可以訪問服務于客戶的網絡域的實際通信狀態(tài)。需要指出的是對業(yè)務量特性信息的收集可以在向客戶提供通信/服務的時候執(zhí)行，或者僅僅用于收集這類信息而不提供通信/服務。為了通知路由器R1、R2和/或客戶對業(yè)務量特性信息的收集是否是在提供通信/服務之前被執(zhí)行或者僅僅是對實際網絡狀態(tài)的一種評估，服務器可以發(fā)送相應的信息，例如發(fā)送指示符。
多播集合為了提供在一個或者多個服務器與多個客戶之間的通信/服務，需要使用上述多播進行消息的分配。為了進行業(yè)務量特性信息的收集，來自各個網絡域中的服務器和路由器的PATH消息按照上面闡述的針對單個客戶的情況進行擴展。因此，圖6中沒有顯示出從服務器到客戶1、2、3和4的各個被擴展的PATH消息。
如上所述，服務器接收到的用于常規(guī)RSVP多播的RESV消息包括來自各個客戶的集合的RESV消息。這個集合用于合并來自一個多播流的多個客戶的多個保留。
為了得到RESV*消息(也就是，被業(yè)務量特性信息擴展的RESV消息)，執(zhí)行一個集合步驟來提供服務于客戶1、2、3和4的網絡域的業(yè)務量特性信息和由此得到的每個端到端(服務器到客戶)連接的通信/服務質量。
假設路由器R2和客戶1之間連接(網絡)的業(yè)務量特性與路由器R2和客戶2之間連接(網絡)的業(yè)務量特性相同，那么指示這些業(yè)務量特性的信息只需要傳遞到服務器一次。因此，從路由器R2傳遞到路由器R1的RESV*1，2′消息僅僅包含由RESV*1消息提供的客戶1的業(yè)務量特性信息，由RESV*2消息提供的客戶2的業(yè)務量特性信息，并且只有一次包含涉及包括路由器R2、和客戶1和2的網絡域的業(yè)務量特性信息。
倘若路由器R2和客戶1之間的網絡業(yè)務量特性與路由器R2和客戶2之間的不相同，或者倘若客戶1和2不包括在同一個網絡域中，路由器R2必須確定各自業(yè)務量特性信息的重疊并相應地集合該業(yè)務量特性信息。作為一種替換，路由器R2可以僅僅選擇例如首先接收到的業(yè)務量特性。
相應的就要分別對路由器R3和路由器R1執(zhí)行集合步驟，其中被傳送的RESV*′3，4消息和RESV*′1，2，3，4消息是由包含路由器R1和R3的網絡域中各自的業(yè)務量特性信息來進行擴展。
因此，除了客戶1、2、3、4以及路由器R1、R2、R3的業(yè)務量特性信息之外，服務器接收的RESV*″1，2，3，4消息只能包括三個網絡域的業(yè)務量特性信息。
作為一種相比于上述網絡域的網絡范圍集合的選擇，計劃要執(zhí)行網絡域相關的集合。這里，每個網絡域中集合的業(yè)務量特性信息都被包含在傳送到服務器方向上的消息中。因此，參考圖6，服務器接收包括RESV*1和RESV*2消息、RESV*3和RESV*4消息以及RESV*1，2和RESV*3，4消息的業(yè)務量特性消息的信息。
網絡資源的預保留如上所述，通過傳送包含在PATH消息中的各自的ADSPEC信息從而獲得對網絡或者網絡域的RSVP資源保留。ADSPEC信息被網絡或者網絡域接收，特別是被其中的路由器接收，從而確定對于期望實現(xiàn)的服務器—客戶通信/服務質量所需的資源保留的等級。為了分配保留的資源，路由器利用從客戶傳送來的RESV消息來分配必需的資源。尤其是，沿著上行路徑(也就是說，在向著服務器的通信方向上)接收RESV消息的RSVP路由器利用許可控制來對各自的資源請求進行鑒權并分配必需的資源。如果路由器不能提供請求的資源(例如，因為缺少資源或者鑒權失敗)，路由器向客戶返回錯誤消息。如果資源請求可以被滿足，各個路由器向下一個路由器發(fā)送各個上行的RESV消息。
例如在多播RSVP系統(tǒng)中，下面預保留資源的過程防止了從服務器下行到客戶的不必要的資源保留，例如靠近服務器的路由器不能為分配提供所需的資源將導致產生發(fā)送到客戶的錯誤消息。這種返回到客戶的錯誤消息的減少通信/服務質量的特殊影響(例如，通信傳輸時間)就是釋放先前被路由器(該路由器處于發(fā)送錯誤消息的路由器和客戶之間)分配的分配資源。更進一步，對這種由不同客戶產生的錯誤消息所進行的校正和適當的處理是很復雜的。
圖7中顯示的預保留機制可以通過如上所述對RSVP進行修改來從而能夠實施。除了如上詳細描述的對從服務器傳送到客戶的RESV消息進行擴展外，服務器的PATH消息通過預保留請求進行擴展。在圖7中，這個擴展用標志“°”指示。服務器的預保留請求將指定將被保留的資源類型及其擴展。
與上面類似，客戶通過分配請求來擴展如上所述的產生的擴展的RESV*消息。這里，標志“°”指示分配請求。
參考圖7中顯示的實例，服務器請求12個指定資源類型的單元。當接收到PATH°消息時，路由器R1確定它是否可以滿足這個請求。由于路由器R1能夠提供所請求的資源，路由器R1就預保留12個單元。
路由器R1產生由上述業(yè)務量特性信息和預保留請求來擴展的PATH°′消息。盡管路由器R2只能提供可以保留的8個單元，路由器R2的PATH°″消息產生并被傳送到路由器R3。與此相反，依據常規(guī)的RSVP系統(tǒng)，一個響應RESV消息的錯誤消息將被返回到客戶，以指示資源請求不能被滿足。
路由器R3可以提供4個具有被請求的資源和保留資源的單元。此外，沒有錯誤消息被返回到服務器，但是向客戶傳遞一個PATH°″消息。
因此，客戶得到一個經過服務器與客戶之間所有路由器R1、R2和R3同意和證實的通信/服務資源請求。
當證實了接收到的資源請求時，客戶產生一個如上所述擴展的并包含分配請求的PATH*°消息。因為接收的資源請求指示被請求的資源類型的4個單元可以在服務器與客戶之間所有的通信連接上提供，所以客戶產生的分配請求指示需要被請求資源類型的4個單元，并應當由路由器R1，R2和R3進行分配。
在傳送包括上述由路由器R1、R2和R3和客戶的分配請求進行的擴展的RESV*°′、RESV*°″和RESV*°-消息的同時，路由器R1、R2和R3中的每一個分配被請求資源類型的4個單元，并釋放先前保留的實際上不需要的單元。
更進一步，從客戶和路由器R1、R2和R3上行傳送的消息(例如，RESV*°′-消息，RESV*°″-消息，和RESV*°-消息)可以包括這樣的信息，該信息指定所有被預保留和/或被預分配的資源都保持被保留和/或被分配狀態(tài)，或者指定最多或最少的預保留和/或預分配資源保持保留和/或分配狀態(tài)。這個方法還可導致改善的QoS。
預保留和/或預分配機制可以用于確保向具有高(更高)優(yōu)先權的客戶和/或服務器提供所需的資源。
此外，計劃服務器可以通過表示再保留資源的上限和/或下限(最大/最小資源保留指示符)的信息(例如，以一種指示符的形式)來擴展其RESV消息因為當接收到各個RESV*°消息時，一些響應PATH°消息的預保留資源可以被釋放，這些資源將部分地被具有更高優(yōu)先權的分配請求來使用。如上所述，每個路由器中的指示符被用來指定資源保留是響應RESV消息的實際的資源分配，還是響應PATH消息的實際的預保留。為了指定可以滿足更高優(yōu)先權資源分配的預保留資源的數量，可以使用上述最小的資源保留指示符。超過這個指示符限定界限的資源數量可以被選擇地使用，以實現(xiàn)關于不同PATH消息的更高優(yōu)先權的資源分配請求。因此，由于這些資源已經被保留并且不需要進行單獨的保留，所以就可以更快地建立關于更高優(yōu)先權資源分配請求的通信連接與PATH°消息的最大/最小指示符相比，RESV*°消息可以指定將被分配的資源(類型)的最小和/或最大值。例如，RESV*°消息指定所述的所有路由器應當提供相同的最小帶寬，這樣就能夠釋放所有與路由器中不必保留的資源有關的帶寬。
因為可以實現(xiàn)更高優(yōu)先權的資源請求，并且不會受到資源保留的阻塞，所以尤其是利用PATHo和RESV*o消息的最小資源指示符能夠保證向所述具有更高優(yōu)先權的服務器和/或客戶提供所需的資源。
權利要求
1.一種用于在根據給定信令消息協(xié)議操作的網絡中改進資源保留和分配的方法，該方法包括—依據包括發(fā)送機(服務器)的發(fā)送機業(yè)務量特性信息的給定協(xié)議來產生發(fā)送機信號(PATH消息)，和—通過至少一個網絡來傳送該服務器信號(PATH消息)，其特征在于—當發(fā)送機信號被傳送時將網絡業(yè)務量特性信息包含在發(fā)送機信號(PATH消息)中，從而獲得一種擴展的發(fā)送機信號(PATH消息)，其中網絡業(yè)務量特性信息指示網絡的業(yè)務量特性，和—依據網絡業(yè)務量特性信息來保留和/或分配網絡資源。
2.如權利要求1所述的方法，包括—由接收機(客戶)接收擴展的發(fā)送機信號(PATH消息)，—依據包含指示接收機(客戶)業(yè)務量特性的接收機業(yè)務量特性信息的給定協(xié)議來產生接收機信號(RESV消息)，—將網絡業(yè)務量特性信息包含在接收機信號(RESV消息)中，從而得到一種擴展的接收機信號(RESV*消息)，以及—依據網絡業(yè)務量特性信息和接收機業(yè)務量特性信息來保留和/或分配網絡資源。
3.如權利要求2所述的方法，包括—通過至少一個網絡將擴展的接收機信號(RESV*消息)傳送到發(fā)送機(服務器)，—在傳送接收機信號(RESV*消息)時，通過包含實際的網絡業(yè)務量特性信息來更新擴展的接收機信號(RESV*消息)，以及—依據被更新的擴展的接收機信號(RESV*′消息)來保留和/或分配至少一個網絡的資源。
4.如上述權利要求中任一所述的方法，包括—通過至少一個網絡中的至少一個路由器(R1，R2，R3)來傳送擴展的發(fā)送機信號(PATH′消息)和/或擴展的接收機信號(RESV*消息)和/或被更新的擴展的接收機信號(RESV*′消息)，—通過包括和/或更新指示至少一個路由器(R1，R2，R3)的業(yè)務量特性的信息來包括和/或更新網絡業(yè)務量特性信息。
5.如上述權利要求中任一所述的方法，其中—發(fā)送機(服務器)根據從至少一個網絡中接收到的信號(RESV*消息，RESV*′消息)來保留和/或分配網絡資源。
6.如上述權利要求任一所述的方法，其中—接收機(客戶)根據接收到的擴展的發(fā)送機信號(PATH′消息)來接收和/或分配網絡資源。
7.如權利要求4至6中任一所述的方法，其中—至少一個路由器(R1，R2，R3)根據從至少一個網絡中接收到的接收信號(PATH′消息，RESV*消息，RESV*′消息)來保留和/或分配它的資源。
8.如上述權利要求中任一所述的方法，包括依據給定協(xié)議將保留和/或分配信息包含在發(fā)送機信號(PATH消息)中，該保留和/或分配的信息指示將被預保留和/或被預分配的網絡資源，根據保留和/或分配信息來預保留和/或預分配網絡資源。
9.如權利要求8所述的方法，包括將實際的保留和/或分配信息包含在包括保留和/或分配信息的被擴展的發(fā)送機信號(PATH °′消息)中，該實際的保留和/或分配信息指示實際上被預保留的和/或被預分配的網絡資源。
10.如權利要求9所述的方法，其中—至少一個路由器(R1，R2，R3)根據發(fā)送機(服務器)的保留和/或分配信息來保留和/或分配其可用的資源，和—包含對應于實際上被預保留和/或被預分配的路由器資源的實際保留和/或分配信息。
11.如權利要求8至10中任一所述的方法，其中接收機(客戶)根據接收到的實際保留和/或分配信息將保留和/或分配請求包含在被擴展的接收機信號(RESV*消息)中，該保留和/或分配請求指示用于與發(fā)送機(服務器)通信的網絡資源。
12.如權利要求11所述的方法，包括根據在被擴展的接收機信號(RESV*°消息)和/或被更新的擴展的接收機信號(RESV*°′消息)中的保留和/或分配請求來保留和/或分配網絡資源。
13.如權利要求12所述的方法，其中至少一個路由器(R1，R2，R3)根據從接收機(客戶)傳送的信號(RESV*°消息，RESV*°′消息)中的保留和/或分配請求來保留和/或分配被預保留和/或被預分配的路由器資源。
14.如權利要求12或者13所述的方法，其中超過接收機(客戶)的保留和/或分配請求的預保留和/或預分配的網絡資源都被釋放。
15.如權利要求14所述的方法，其中至少一個路由器(R1，R2，R3)根據從接收機(客戶)傳送的信號(RESV*°消息，RESV*°′消息)中的保留和/或分配請求來釋放它的預保留和/或預分配的資源。
16.如權利要求11至15中任一所述的方法，其中接收機(客戶)將信息包含在被擴展的接收機信號(RESV*消息)中，該信息指示要保持保留和/或分配狀態(tài)的被預保留和/或被預分配的網絡資源的最大值或者最小值。
17.如權利要求16所述的方法，其中被預保留和/或預分配的網絡資源根據包含在被擴展的接收機信號(RESV*消息)中的信息保持保留和/或分配狀態(tài)，該信息指示要保持保留和/或分配狀態(tài)的最大或者最小的網絡資源
18.如權利要求17所述的方法，其中至少一個路由器(R1，R2，R3)根據指示要保持保留和/或分配狀態(tài)的最大或者最小網絡資源的接收機信息來維護它的預保留和/或預分配的資源。
19.如上述權利要求中任一所述的方法，其中信號(PATH消息，PATH′消息，RESV消息，RESV*消息，RESV*′消息，PATH°′-消息，RESV*°-消息，RESV*°′-消息)包括指示是否為一個傳送到接收機(客戶)和/或傳送到發(fā)送機(服務器)的消息執(zhí)行資源的保留和/或分配的信息。
20.如權利要求19所述的方法，其中包含在被傳送的信號中的信息包括指定所需的最小網絡資源的指示符。
21.如權利要求20所述的方法，其中超過由指示符指定的網絡資源的被預保留和/或被預分配的網絡資源用于至少一個具有更高優(yōu)先權的網絡。
22.如上述權利要求中任一所述的方法，其中—給定的信令消息協(xié)議是資源保留協(xié)議(RSVP)，—發(fā)送機信號(PATH消息)是資源保留協(xié)議(RSVP)的PATH消息，—接收機信號(RESV消息)是資源保留協(xié)議(RSVP)的RESV消息
23.如上述權利要求中任一所述的方法，其中該方法用于服務于單客戶和/或多客戶應用的網絡中。
24.如權利要求23所述的方法，其中傳送到客戶的信號(PATH消息，PATH′消息，PATH°′消息)通過使用多播傳輸來進行傳送。
25.如權利要求23或者24所述的方法，其中傳送到發(fā)送機(服務器)的信號(RESV消息，RESV*消息，RESV*′消息，RESV*°消息，RESV*°′消息)利用反向多播傳輸進行傳送。
26.如權利要求24或者25所述的方法，其中在至少一個網絡和/或其組成部件中對包含在通過網絡傳送的信號中的信息執(zhí)行集合。
27.一種利用用于網絡資源保留和分配的給定信令消息協(xié)議的網絡系統(tǒng)，包括—發(fā)送機(服務器)，—接收機(客戶)，和—至少一個用于連接發(fā)送機(服務器)和接收機(客戶)的網絡，其中—該發(fā)送機(服務器)適合依據權利要求1至20的任一個方法進行操作
28.如權利要求27所述的網絡系統(tǒng)，其中接收機(客戶)適合依據權利要求1至26中任一個方法進行操作。
29.如權利要求27或者28所述的網絡系統(tǒng)，包括至少一個網絡中的至少一個路由器(R1，R2，R3)，該至少一個的路由器(R1，R2，R3)適合依據權利要求4至26中任一個方法進行操作。
30.如權利要求27至29中任一所述的網絡系統(tǒng)，其中給定信令消息協(xié)議是資源保留協(xié)議(RSVP)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于改進網絡資源保留和分配的操作網絡系統(tǒng)的方法和進行相應操作的網絡系統(tǒng)。包含在給定協(xié)議諸如資源保留協(xié)議(RSVP)的信令消息中的信息，它并不提供關于網絡中實際通信狀態(tài)的信息。根據本發(fā)明，從所有網絡中收集關于網絡通信和/或服務質量的信息。尤其是，分別從所有網絡域和它們的路由器中收集這種信息。收集到的信息通過擴展基于給定協(xié)議而獲得的信令消息而在網絡中傳遞。利用所收集的信息來改進服務器與它的客戶之間的服務質量協(xié)商。這種改進可以在包括一個服務于單客戶的網絡域的網絡系統(tǒng)中和多播網絡中實現(xiàn)。更進一步，本發(fā)明提供一種預保留網絡資源的解決方案，對于隨后進行的資源分配，它避免了網絡資源不必要的保留和網絡資源的浪費。
文檔編號H04L12/54GK1488217SQ01822387
公開日2004年4月7日 申請日期2001年11月26日 優(yōu)先權日2000年11月30日
發(fā)明者F·亨謝德特, F 亨謝德特, H·哈梅萊爾斯, 防扯 , E·瓦倫蒂尼, 椎倌 申請人:艾利森電話股份有限公司