專利名稱：一種實現端到端服務質量可靠性保證的方法
技術領域：
本發明涉及服務質量保障技術，尤指一種利用標簽交換路徑(LSP)的熱切換實現承載網絡中端到端服務質量(QoS)可靠性保證的方法。
背景技術：
隨著互聯網規模的不斷擴大，各種各樣的網絡服務爭相涌現，先進的多媒體系統也層出不窮。由于實時業務對網絡傳輸時延、延時抖動等特性較為敏感，當網絡上有突發性高的文件傳輸(FTP)或者含有圖像文件的超文本傳輸(HTTP)等業務時，實時業務就會受到很大影響；另外，由于多媒體業務將占用大量的帶寬，所以也將使得現有網絡中需要得到保證的關鍵業務難以得到可靠的傳輸。于是，為保證關鍵業務得到可靠的傳輸，各種服務質量(QoS，Qualityof Service)技術便應運而生。互聯網工程任務組(IETF，Internet Engineering TaskForce)已經提出了很多服務模型和機制，以滿足QoS的需求。目前業界比較認可的是在網絡的接入或邊緣使用綜合業務(Int-Serv，Integrated Service)模型，而在網絡的核心使用區分業務(Diff-serv，Differentiated Service)模型。
Diff-serv模型僅通過設定優先等級的措施來保障QoS，該模型雖然有線路利用率高的特點，但具體的效果難以預測。因此，業界為骨干網的Diff-Serv模型引入了一個獨立的承載控制層，建立了一套專門的Diff-Serv QoS信令機制，并為Diff-Serv網絡專門建立了一個資源管理層，管理網絡的拓撲資源，這種資源管理Diff-Serv方式被稱為有獨立承載控制層的Diff-Serv模型。圖1為該模型的示意圖，其中，101為業務服務器，屬于業務控制層，可實現軟交換等功能；102為承載網資源管理器，屬于承載控制層；實心圓如103為邊緣路由器(ER，Edge Router)，空心圓如104為核心路由器(CR，Core Router)，斜線填充的圓如105為邊界路由器(BR，Border Router)；ER、CR、BR都屬于承載網絡，可以統稱為連接節點(CN，Connection Node)；CR和BR也可以合稱為傳輸路由器(TR，Transmit Router)。圖1中，承載網絡中的每個虛線橢圓為一個管理域，由一個承載網資源管理器來管理，每個域中包括BR或ER、以及若干個CR。
在圖1所示的這種模型中，承載網資源管理器負責配置管理規則和網絡拓撲，為客戶的業務帶寬申請分配資源。每個管理域的承載網資源管理器之間通過信令傳遞客戶的業務帶寬申請請求和結果，以及各承載網資源管理器為業務申請分配的路徑信息等。當承載控制層處理用戶的業務帶寬申請時，將確定用戶業務的路徑，承載網資源管理器會通知ER按照指定的路徑轉發業務流。
承載網資源管理器中的路由包含信令路由和業務路由兩種，信令路由指的是各個承載網資源管理器如何找到下一跳承載網資源管理器的過程；業務路由指的是承載網資源管理器如何根據業務流信息查找合適的承載LSP的過程，具體包括域內路由和域間路由。
通常，承載網是根據承載控制層確定的路徑來實現用戶業務流按指定的路由進行轉發的，目前，業界主要是利用多協議標簽交換(MPLS)技術，使用資源預留方式沿著承載控制層指定的業務流路徑建立LSP，或使用基于流量工程的資源預留協議(RSVP-TE)或限制路由的標記分配協議(CR-LDP)的顯式路由機制建立端到端的LSP。
在承載網絡中，可靠性保證是非常重要的，目前，在承載網絡中已經有不少保證可靠性的方法，最簡單的就是冷備份。所謂冷備份是指將一個網絡實體作為另一個網絡實體的完全備份，比如將網絡實體B作為網絡實體A的冷備份，那么，備份實體B在原實體A發生故障時，就會完全替代原實體A。當然，原實體A所對應的承載連接和業務連接都需要重建。
冷備份的方法在網絡建設初期實現簡單，因為節點無需實時地進行倒換和平滑。但是，冷備份只適用于小型網絡，因為小型網絡中業務量小且實時性要求不高，允許中斷重建，不能讓LSP根據實際情況進行熱切換。
現有技術中還提供了一種獨立承載控制層的Diff-serv模型方案，稱為服務骨干實驗網(QBone，Quality-of-Service backbone)的帶寬代理器模型。如圖2所示，該模型為每個Diff-Serv管理域都設置了相應的帶寬代理器(BB，BandwidthBroker)201，該帶寬代理器負責處理來自用戶主機、業務服務器或者網絡維護人員的帶寬申請請求，并根據當前網絡的資源預留狀況和配置的策略以及與用戶簽訂的業務服務等級協定(SLA，Service Level Agreement)，確定是否批準用戶的帶寬申請。該帶寬管理器內記錄著各類SLA配置信息、物理網絡的拓撲信息、路由器的配置信息和策略信息、用戶認證信息、當前的資源預留信息、網絡占用狀態信息等大量靜態或動態的信息。同時，帶寬管理器還需要記錄路由信息，以確立用戶的業務流路徑和跨域的下游帶寬管理器位置。但是，在這種帶寬代理器模型中，并未提到LSP備份熱切換的概念，也未考慮可靠性的設計。
另外，還有一種NEC公司提出的Rich QoS方案。如圖3所示，在該方案中，將QoS服務器作為關鍵部件，同時該方案中還包括與QoS服務器相配套的策略服務器、目錄服務器以及網管監控服務器。策略服務器根據QoS服務器及管理接口等策略配置信息，設置相關的路由器的參數和配置；目錄服務器則是一個統一、集中的數據庫，用于保存網絡設備配置信息、用戶信息和QoS信息；而網管監控服務器則負責收集承載網各路由器和鏈路的擁塞狀態等信息，供QoS服務器為業務申請選路時參考；而QoS服務器則負責根據承載網絡的拓撲和資源狀況為QoS業務請求分配滿足要求的承載路徑。在實際應用中，需要在QoS服務器上預先設置好承載網絡的拓撲和帶寬狀況，配置好選路規則。當業務服務器向QoS服務器發出帶寬請求后，QoS服務器紀錄該呼叫的資源請求，并根據其QoS要求，以及承載網絡的當前拓撲和當前資源狀況為業務請求分配滿足要求的承載路徑，將分配的結果反饋業務服務器。QoS服務器還可根據業務的帶寬占用情況，向策略服務器發出相應的LSP策略修改命令，策略服務器根據QoS服務器的命令，配置相應的邊緣路由器。在該方案中，邊緣路由器將使用MPLS LSP建立的顯式路由技術，并根據QoS服務器指定的路徑，重新建立或調整LSP。
但是，在上述Rich QoS方案中，QoS服務器所管理的仍然是一個較復雜的、路由器數量比較多的承載網絡；并且，未提到LSP備份熱切換的概念，也未考慮可靠性設計，擴展性很差，網絡規模受限，不能適應一個全國公眾網的端到端業務需求。
可見，在具有獨立承載控制層的網絡中，采用LSP作為業務數據流的路徑時，當前的技術方案缺乏對LSP的有效保護，當LSP出現故障時，在該LSP上承載的業務數據流將發生中斷，對用戶的業務體驗將產生重大不良影響。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種實現端到端服務質量可靠性保證的方法，使其能保證承載網絡中業務的連續性以及網絡QoS的可靠性。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種實現端到端服務質量可靠性保證的方法，該方法包括以下步驟a.檢測并判斷是否有標簽交換路徑LSP發生故障，如果沒有，返回步驟a，否則，該故障LSP所屬的資源控制功能實體更新故障LSP的資源可用狀態，然后執行步驟b；b.判斷當前故障LSP是否有備份LSP，如果有，則邊緣路由器或傳輸路由器將當前故障LSP上承載的業務流及相應資源根據一定策略切換到該故障LSP的備份LSP上；否則，資源控制功能實體根據當前拓撲為當前故障LSP上的業務流配置新的LSP，并將故障LSP上的業務流切換到新配置的LSP上，釋放所切換業務流之前占用的路徑資源。
其中，步驟a所述檢測為邊緣路由器或邊界路由器實時檢測經過自身的LSP是否發生故障，如果發生故障，則步驟a進一步包括邊緣路由器或邊界路由器將故障LSP信息上報自身所屬的資源控制功能實體，資源控制功能實體根據上報信息更新故障LSP的資源可用狀態。或者，步驟a所述檢測還可以是資源控制功能實體檢測所有管轄的LSP是否發生故障。
該方法進一步包括判斷當前是否收到業務控制功能實體下發的含有故障LSP上業務流的釋放業務流指令，如果收到，則資源控制功能實體和邊緣路由器或邊界路由器釋放相應業務流的資源，并更新資源控制功能實體中相應LSP的資源可用狀態；否則，不進行釋放操作。
上述方案中，步驟b之后該方法進一步包括判斷所述故障LSP是否與非本管理域中的LSP相連，如果是，則資源控制功能實體將新業務LSP信息通過承載連接控制信令通知給對端管理域中相關LSP所屬的資源控制功能實體，并獲得對端資源控制功能實體的確認。
上述方案中，步驟b中所述策略包括業務流的五元組、業務流的業務路徑標簽棧。那么，該方法進一步包括資源控制功能實體將故障LSP上承載的每個業務流的業務路徑標簽棧進行更新，再將更新后的當前故障LSP上承載的所有業務流的業務路徑標簽棧下發給邊緣路由器或邊界路由器；或者，由路由設備根據控制命令將故障LSP上承載的每個業務流的業務路徑標簽棧進行更新。其中，所述的更新為用選定的備份LSP或為故障LSP重新配置的新LSP的標簽值替換原來故障LSP的標簽值。
上述方案中，步驟b中所述資源控制功能實體配置新的LSP時，資源控制功能實體與邊緣路由器或邊界路由器之間采用通用開放策略服務接口協議。
上述方案中，步驟b中所述資源控制功能實體配置新的LSP為資源控制功能實體采用路由矩陣表計算故障LSP上業務流在同一管理域中的等效路徑。
該方法進一步包括預先為LSP設置一條或一條以上備份LSP，并將所設置的備份關系上報資源控制功能實體記錄并存儲。
本發明所提供的實現端到端服務質量可靠性保證的方法，當LSP發生故障時，通過LSP的部分熱切換保證業務數據流在LSP故障時的延續性，使故障LSP上承載的業務數據流不會發生中斷，確保用戶對業務的體驗不會產生不良影響，并且，大大提高了端到端QoS架構的可靠性。針對各種業務的不同情況，可根據網絡的具體情況，滿足用戶對業務的QoS需求。該方法實現簡單、易于維護管理；對網絡結構沒有限制，可適用于任何規模的網絡。
圖1為現有技術中獨立的承載控制層網絡模型示意圖；圖2為現有技術中QBone的帶寬代理器模型示意圖；圖3為現有技術中IP QoS方案體系結構示意圖；圖4為本發明中建立備份LSP的備份關系示意圖；圖5為本發明方法的具體實現流程圖。
具體實施例方式
本發明的核心思想是對于具有獨立承載控制層的網絡，提出了一種在承載層LSP發生故障時，不中斷所承載業務數據流的方案，即如果路由設備檢測到一條LSP發生故障，就立即將承載在該LSP的所有業務流進行快速的重新路由。具體說就是，判斷當前發生故障的LSP是否存在備份LSP，如果存在，則將故障LSP上的業務數據流可靠交換到為該故障LSP設置的備份LSP上；如果故障LSP沒有配置任何備份LSP，則資源控制功能實體將快速地為故障LSP上承載的業務數據流配置新的路徑，釋放之前選擇的路徑資源。
這里，所述的資源控制功能實體為承載控制層實體，可以是承載網資源管理器；所述的路由設備為邊緣路由器或傳輸路由器，這些路由設備可以支持多標簽交換路徑操作維護管理(MPLS OAM)機制，至少是支持LSP的檢測機制，比如與ITU-T Y.1771和Y.1720協議一致的MPLS KSP快速故障檢測和保護交換機制。
所述故障LSP設置的備份LSP可以有一條或多條，對于備份LSP的建立可以通過靜態配置或標簽交換信令，如CR-LDP、RSVP-TE協議交互在邊緣路由器之間、或邊緣路由器與傳輸路由器之間建立備份的LSP通道，如圖4所示，當前承載業務數據流的LSP稱為業務LSP，為該業務LSP設置的備用LSP相對于該業務LSP稱為備份LSP。在資源控制功能實體(RCF)中記錄有所建立的所有具有備份關系的LSP，一般，通過靜態配置或動態收集在RCF中建立備份LSP數據庫，該數據庫中還存儲有每條LSP當前的資源可用狀態。該資源可用狀態包括該條LSP當前的狀態，比如處于故障還是正常；還包括該條LSP中所承載的業務流情況及該業務流的當前狀態。
對于所設置的互為備份的兩條或多條LSP，在正常工作狀態下，可以處于主備用狀態，也可以各自獨立承載不同的業務流，以達到負荷分擔的目的。當互為備份的LSP中的某條LSP發生故障后，故障LSP上承載的業務流就會馬上被切換到備份LSP上，同時，備份LSP上原來承載的業務流還繼續傳輸。
在進行重路由時，要求盡可能為同一條業務流在同一管理域內尋找與故障之前路徑等效的路徑。對于快速的重新選路，可以使用但并不局限于使用路由矩陣表來計算和存儲業務流的等效路徑，表中參數可包含但不限于包含業務類型、可用資源、策略、特定QoS需求等信息，這樣，根據相應的參數信息，路徑能夠得到重新計算和即時的交換。
參見圖5所示，本發明的方法包括以下步驟步驟501～502檢測并判斷是否有LSP發生故障，如果沒有，則返回步驟501；如果有，則該故障LSP所屬的資源控制功能實體更新故障LSP的資源可用狀態，然后執行步驟503。
當故障LSP恢復正常時，自動成為當前正在傳輸業務流的LSP的備份LSP，同時相應的資源控制功能實體修改該條LSP的資源可用狀態。
本步驟的具體實現可分為兩種情況一種是由邊緣路由器或邊界路由器檢測并上報經過自身的LSP是否發生故障；另一種是由資源控制功能實體檢測是否有某條LSP發生故障。
對于第一種情況，邊緣路由器或邊界路由器根據自身支持的LSP檢測機制，實時檢測經過自身的LSP是否發生故障，如果某條LSP發生故障，則將故障LSP的相應信息上報自身所屬的資源控制功能實體，資源控制功能實體根據收到的上報信息，修改自身數據庫中故障LSP的資源可用狀態。
對于第二種情況，資源控制功能實體檢測所有管轄的LSP是否發生故障，如果檢測到有LSP發生故障，就修改自身數據庫中該故障LSP的資源可用狀態。
步驟503～504判斷當前是否收到業務控制功能實體(SCF)下發的含有故障LSP上業務流的釋放業務流指令，如果收到，則資源控制功能實體和邊緣路由器或邊界路由器釋放相應業務流的資源，并更新資源控制功能實體中相應LSP的資源可用狀態，然后執行步驟505；如果未收到，則直接執行步驟505。也就是說，對于正在釋放的業務流，不必切換到新的業務LSP上。
步驟505判斷該故障LSP是否有備份LSP，如果有，則邊緣路由器或傳輸路由器將當前故障LSP上承載的業務流及相應資源根據一定策略，快速切換到該故障LSP的某條備份LSP上，使此備份LSP成為新的業務LSP；如果沒有，RCF可以根據當前拓撲快速為故障LSP上的業務流配置新的LSP路徑，并將故障LSP上的相應業務流切換到新配置的LSP上，釋放所切換業務流之前占用的路徑資源，就相當于，RCF實時指定某條LSP為備份LSP。切換完成后，RCF要更新自身存儲的相應LSP的資源可用狀態。
其中，所述的一定策略是由RCF實時下發并存儲在邊緣路由器或傳輸路由器中的，所述策略包括業務流的五元組(源地址、目的地址、源端口、目的端口、協議類型)、業務流的業務路徑標簽棧。
由于每個業務流都存在一個業務路徑標簽棧，該業務路徑標簽棧中存儲有該業務流經過的所有LSP的標簽值，如果哪條LSP發生了故障，只要將業務路徑標簽棧中故障LSP的標簽值替換為可用LSP的標簽值，或者通過控制命令在路由設備上將選定的新的業務LSP的標簽值與故障LSP的標簽值互換，業務流自然就會沿著新的LSP路徑繼續傳輸。這里，控制命令是由資源控制功能實體或其它檢測到故障的實體如路由設備自身的應用層發出的；路由設備指邊緣路由器或傳輸路由器。
上述情況下，上述過程還可以進一步包括資源控制功能實體將故障LSP上承載的每個業務流的業務路徑標簽棧進行更新，即在業務流的業務路徑標簽棧中，用選定的備份LSP或為故障LSP重新配置的新LSP的標簽值替換原來故障LSP的標簽值，然后RCF再將由新LSP相關信息組成的更新后的業務流的業務路徑標簽棧通過協議下發給邊緣路由器或邊界路由器，以便建立新的業務數據流通道，完成故障LSP上業務流向備份LSP上地快速切換。之后，邊緣路由器或邊界路由器再根據下發的策略直接將故障LSP上承載的業務流切換到備份LSP上。當然，所述將備份LSP變為新的業務LSP的具體實現方式可以但不局限于通過互換新業務LSP和故障LSP的標簽值實現業務路徑標簽棧的更新。
這里，所述RCF配置新的LSP時，RCF和ER或TR之間所采用的接口協議可以是但不局限于通用開放策略服務(COPS)協議。RCF可以使用但并不局限于使用路由矩陣表來計算和存儲故障LSP上業務流的等效路徑，路由矩陣表中參數可包含但不限于包含業務類型、可用資源、策略、特定QoS需求等信息，這樣，根據相應的參數信息，路徑能夠得到重新計算和即時的交換。
在實際應用中，步驟503和504也可以省略，即直接將故障LSP上的所有業務流一起切換到備份LSP上，不管該業務流是否為當前要釋放的業務流；也可以將步驟503和504在步驟505～507之后進行，即先將故障LSP上當前要釋放的業務流與所有業務流一起切換到備份LSP上，再執行相應業務流的釋放過程。
上述過程中，還可以進一步包括判斷該故障LSP是否與其它管理域中的LSP相連，如果是，則RCF將新的業務LSP信息通過承載連接控制信令通知給對端管理域中相關LSP所屬的RCF，并獲得對端RCF的確認。兩個RCF之間的交互可以通過已有的交互協議和流程來實現。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種實現端到端服務質量可靠性保證的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a.檢測并判斷是否有標簽交換路徑LSP發生故障，如果沒有，返回步驟a，否則，該故障LSP所屬的資源控制功能實體更新故障LSP的資源可用狀態，然后執行步驟b；b.判斷當前故障LSP是否有備份LSP，如果有，則邊緣路由器或傳輸路由器將當前故障LSP上承載的業務流及相應資源根據一定策略切換到該故障LSP的備份LSP上；否則，資源控制功能實體根據當前拓撲為當前故障LSP上的業務流配置新的LSP，并將故障LSP上的業務流切換到新配置的LSP上，釋放所切換業務流之前占用的路徑資源。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a所述檢測為邊緣路由器或邊界路由器實時檢測經過自身的LSP是否發生故障，如果發生故障，則步驟a進一步包括邊緣路由器或邊界路由器將故障LSP信息上報自身所屬的資源控制功能實體，資源控制功能實體根據上報信息更新故障LSP的資源可用狀態。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a所述檢測為資源控制功能實體檢測所有管轄的LSP是否發生故障。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括判斷當前是否收到業務控制功能實體下發的含有故障LSP上業務流的釋放業務流指令，如果收到，則資源控制功能實體和邊緣路由器或邊界路由器釋放相應業務流的資源，并更新資源控制功能實體中相應LSP的資源可用狀態；否則，不進行釋放操作。
5.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步驟b之后該方法進一步包括判斷所述故障LSP是否與非本管理域中的LSP相連，如果是，則資源控制功能實體將新業務LSP信息通過承載連接控制信令通知給對端管理域中相關LSP所屬的資源控制功能實體，并獲得對端資源控制功能實體的確認。
6.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步驟b中所述策略包括業務流的五元組、業務流的業務路徑標簽棧。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括資源控制功能實體將故障LSP上承載的每個業務流的業務路徑標簽棧進行更新，再將更新后的當前故障LSP上承載的所有業務流的業務路徑標簽棧下發給邊緣路由器或邊界路由器；或者，由路由設備根據控制命令將故障LSP上承載的每個業務流的業務路徑標簽棧進行更新。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述的更新為用選定的備份LSP或為故障LSP重新配置的新LSP的標簽值替換原來故障LSP的標簽值。
9.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步驟b中所述資源控制功能實體配置新的LSP時，資源控制功能實體與邊緣路由器或邊界路由器之間采用通用開放策略服務接口協議。
10.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步驟b中所述資源控制功能實體配置新的LSP為資源控制功能實體采用路由矩陣表計算故障LSP上業務流在同一管理域中的等效路徑。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括預先為LSP設置一條或一條以上備份LSP，并將所設置的備份關系上報資源控制功能實體記錄并存儲。
全文摘要
本發明公開了一種實現端到端服務質量可靠性保證的方法，該方法包括a.檢測并判斷是否有標簽交換路徑LSP發生故障，如果沒有，返回步驟a，否則，該故障LSP所屬的資源控制功能實體更新故障LSP的資源可用狀態，然后執行步驟b；b.判斷當前故障LSP是否有備份LSP，如果有，則邊緣路由器或傳輸路由器將當前故障LSP上承載的業務流及相應資源根據一定策略切換到該故障LSP的備份LSP上；否則，資源控制功能實體根據當前拓撲為當前故障LSP上的業務流配置新的LSP，并將故障LSP上的業務流切換到新配置的LSP上，釋放所切換業務流之前占用的路徑資源。該方法能保證承載網絡中業務的連續性以及網絡QoS的可靠性。
文檔編號H04L29/04GK1716942SQ200410048240
公開日2006年1月4日 申請日期2004年6月14日 優先權日2004年6月14日
發明者慶武, 陳悅鵬, 范靈源, 吳登超, 鄒婷 申請人:華為技術有限公司