基于內(nèi)容的接入網(wǎng)流調(diào)度系統(tǒng)及其調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及基于內(nèi)容的接入網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度系統(tǒng)及其調(diào)度方法，特別設(shè)及在運(yùn)營(yíng)商接 入網(wǎng)絡(luò)中為交互式網(wǎng)絡(luò)流提供低時(shí)延傳輸服務(wù)W及為視頻會(huì)話提供最小帶寬保證。
【背景技術(shù)】
[0002] 接入網(wǎng)是用戶連接互聯(lián)網(wǎng)（Internet)的通道。在運(yùn)種接入方式中，用戶設(shè)備通過(guò) 運(yùn)營(yíng)商提供的本地網(wǎng)關(guān)路由器與互聯(lián)網(wǎng)連接獲取內(nèi)容或服務(wù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用越來(lái)越豐 富、接入的設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多，運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)絡(luò)擁塞也變得越來(lái)越嚴(yán)重，嚴(yán)重地影響到用戶 的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)。當(dāng)前，運(yùn)營(yíng)商只使用帶寬作為服務(wù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)所提供的帶寬 向用戶收取費(fèi)用。但是，用戶體驗(yàn)的服務(wù)質(zhì)量與應(yīng)用息息相關(guān)，不同的應(yīng)用對(duì)用戶體驗(yàn)的影 響并不一樣，因此帶寬并不能準(zhǔn)確地反映出用戶體驗(yàn)的好壞。
[0003] 在運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)絡(luò)中，不同的應(yīng)用流量共享網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)為所有的網(wǎng)絡(luò)流量提 供盡力而為的傳輸服務(wù)。但是用戶對(duì)不同的應(yīng)用有著不同的偏好，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)區(qū)別 對(duì)待不同類型的網(wǎng)絡(luò)流量有助于提高用戶的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)。傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)使用 者提供透明的傳輸服務(wù)，并沒(méi)有向用戶開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)策略配置的接口。現(xiàn)有部分工作在本地網(wǎng) 關(guān)處利用用戶介入來(lái)進(jìn)行流量的調(diào)度工作，此種方式對(duì)用戶干擾較大;而且對(duì)于下行流量 為主的本地網(wǎng)絡(luò)中，在本地處進(jìn)行流量調(diào)度顯然不能很好地解決端到端的性能問(wèn)題。
[0004] 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking,SDN)是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，與傳 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方式不同，它解禪數(shù)據(jù)平面與控制平面，對(duì)控制平面進(jìn)行集中式可編程控制，并且開(kāi) 放北向接口 W供配置網(wǎng)絡(luò)。目前，SDN網(wǎng)絡(luò)主要用作數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)提供靈活的網(wǎng)絡(luò)控制W及 提供網(wǎng)絡(luò)虛擬化服務(wù)。鑒于SDN開(kāi)放特性與對(duì)網(wǎng)絡(luò)的靈活控制能力，可W將其引入接入網(wǎng) 內(nèi)，利用應(yīng)用層信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行策略性調(diào)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于內(nèi)容的接入網(wǎng) 絡(luò)流調(diào)度系統(tǒng)及其調(diào)度方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)流量分類在運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)范圍內(nèi)為不同應(yīng)用提供不 同的傳輸服務(wù)，為交互式應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)流提供低時(shí)延的傳輸服務(wù)，為視頻會(huì)話提供最低帶寬保 證，W達(dá)到提高本地網(wǎng)絡(luò)用戶的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)的目的。
[0006] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于內(nèi)容的接入網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度系統(tǒng)包括： 運(yùn)營(yíng)商為各用戶提供的網(wǎng)關(guān)路由器、SDN集中式控制器W及位于運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)中的SDN交換 機(jī);所述網(wǎng)關(guān)路由器根據(jù)內(nèi)容類型對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類，并進(jìn)行標(biāo)注;所述SDN集中式控制器 通過(guò)控制協(xié)議依據(jù)網(wǎng)關(guān)路由器的分類在所述交換機(jī)的端口配置隊(duì)列，并設(shè)置相應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī) 貝1J;所述SDN交換機(jī)根據(jù)SDN集中式控制器設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
[0007] 其中，位于所述網(wǎng)關(guān)路由器處的代理服務(wù)器包括：
[000引流量分類模塊，用于對(duì)待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行深度檢測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行流量識(shí)別，確 定數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)的內(nèi)容類型得到分類后的數(shù)據(jù)包;在內(nèi)容類型的確定過(guò)程中依據(jù)用戶對(duì)不同 類型的偏好W及不同應(yīng)用的傳輸需求得到數(shù)據(jù)包的分類包括:交互式網(wǎng)絡(luò)流、視頻流與背 景流量；
[0009] 優(yōu)先級(jí)分配模塊，用于對(duì)流量進(jìn)行分類后，將交互式網(wǎng)絡(luò)流的數(shù)據(jù)包的IP頭部的 DSCP域標(biāo)記為0x2E，再將其轉(zhuǎn)發(fā);將視頻流數(shù)據(jù)包的IP頭部的DSCP域標(biāo)記為OxOE，再交由會(huì) 話管理器進(jìn)行處理;將背景流量數(shù)據(jù)包IP頭部的DSCP域標(biāo)記為OxOO，再將其轉(zhuǎn)發(fā)；
[0010] 會(huì)話管理器，用于在數(shù)據(jù)包為視頻流的情況，根據(jù)該視頻流是否為已有視頻流與 所述SDN集中式控制器進(jìn)行交互:對(duì)于已有視頻流將其進(jìn)行直接轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)于新建視頻流則先 請(qǐng)求SDN集中式控制器為其創(chuàng)建會(huì)話將其加入所屬視頻會(huì)話，再將其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
[00川其中，所述SDN集中式控制器將總帶寬B分為兩部分:Bo與Bv;使用帶寬Bo創(chuàng)建優(yōu)先 級(jí)隊(duì)列供交互式網(wǎng)絡(luò)流與背景流量使用;Bv為視頻流使用，所有為視頻會(huì)話創(chuàng)建的最小帶 寬保證隊(duì)列共享帶寬Bv。
[0012] 其中，所述SDN集中式控制器設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則為:所有IP頭部DSCP域?yàn)?x2E的交互 式網(wǎng)絡(luò)流數(shù)據(jù)包通過(guò)高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列轉(zhuǎn)發(fā);對(duì)于所有IP頭部DSCP域?yàn)镺xOE的視頻流數(shù)據(jù)包通 過(guò)為其分配的最小帶寬保證隊(duì)列進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);對(duì)于所有IP頭部DSCP域?yàn)镺xOO的背景流量數(shù)據(jù) 包通過(guò)低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
[0013] 其中，針對(duì)視頻流，所述SDN集中式控制器包括:權(quán)限控制模塊和請(qǐng)求處理模塊，請(qǐng) 求處理模塊包括請(qǐng)求篩選單元、流管理單元和資源釋放單元.
[0014] 所述權(quán)限控制模塊用于根據(jù)用戶ID判斷該用戶的合法性W及數(shù)據(jù)請(qǐng)求是否已超 過(guò)該用戶的帶寬限制，若是則向所述網(wǎng)關(guān)路由器的代理服務(wù)器發(fā)送創(chuàng)建失敗的信息；否則 通知所述請(qǐng)求處理模塊為該用戶ID新建視頻會(huì)話；
[0015] 所述請(qǐng)求篩選單元用于在新建視頻會(huì)話時(shí)為該用戶分配視頻會(huì)話ID和預(yù)留最大 帶寬Bmax,并將創(chuàng)建成功的消息與視頻會(huì)話ID -起返回至所述網(wǎng)關(guān)路由器的代理服務(wù)器；
[0016] 所述流管理單元用于在SDN集中式控制器接收到將某一視頻流加入視頻會(huì)話的請(qǐng) 求后將該視頻流加入視頻會(huì)話，配置轉(zhuǎn)發(fā)平面將此視頻流通過(guò)分配的帶寬轉(zhuǎn)發(fā)；
[0017] 資源釋放單元，用于在SDN集中式控制器收到視頻會(huì)話結(jié)束的請(qǐng)求后，將分配給相 應(yīng)視頻會(huì)話ID的帶寬資源進(jìn)行釋放。
[0018] 其中，針對(duì)視頻流業(yè)務(wù)，所述SDN集中式控制器還包括視頻帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊，用 于調(diào)整視頻會(huì)話分配帶寬，所述視頻帶寬調(diào)整模塊包括速率估計(jì)單元和帶寬調(diào)整單元，對(duì) 于每一個(gè)視頻會(huì)話，每隔時(shí)間T執(zhí)行一次如下增量帶寬調(diào)整步驟：
[0019] (1)設(shè)可分配的帶寬為：{B〇，Bi，. . .，Bi, . . .，Bk}，其中，Bi<Bj，Vz^<八陽(yáng)，詞，且對(duì) 于任意〇<i非滿足A B = B廣Bi-I;
[0020] (2)速率估計(jì)單元讀取交換機(jī)隊(duì)列計(jì)數(shù)器，計(jì)算前一個(gè)周期內(nèi)視頻會(huì)話的平均速 率化W及從會(huì)話開(kāi)始至當(dāng)前時(shí)刻的平均速率哀；
[0021] (3)如果max(R,,，而< /?公,，，則帶寬調(diào)整單元將分配給該視頻會(huì)話的帶寬值從Bi調(diào) 整為Bi-I,并修改隊(duì)列的帶寬值為Bi-I,否則結(jié)束對(duì)此視頻會(huì)話的帶寬調(diào)整過(guò)程，其中0為帶 寬預(yù)留系數(shù)；
[0022] (4)假設(shè)已為該視頻會(huì)話分配的帶寬為Bo,則不做帶寬調(diào)整，結(jié)束對(duì)此視頻會(huì)話的 帶寬調(diào)整過(guò)程。
[0023] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種基于內(nèi)容的接入網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度方法，包括W下步驟：
[0024] (I)SDN集中式控制器在系統(tǒng)初始化時(shí)通過(guò)控制協(xié)議在交換機(jī)所有端口配置優(yōu)先 級(jí)隊(duì)列，并設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則；
[0025] (2)運(yùn)營(yíng)商為各用戶提供的網(wǎng)關(guān)路由器對(duì)待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行深度檢測(cè)，對(duì)待轉(zhuǎn) 發(fā)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行深度檢測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行流量識(shí)別，確定數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)的內(nèi)容類型得到分類 后的數(shù)據(jù)包;在內(nèi)容類型的確定過(guò)程中依據(jù)用戶對(duì)不同類型的偏好W及不同應(yīng)用的傳輸需 求得到數(shù)據(jù)包的分類包括交互式網(wǎng)絡(luò)流和視頻流；
[00%] (3)若數(shù)據(jù)包內(nèi)容為交互式網(wǎng)絡(luò)流，則將該數(shù)據(jù)包的IP頭部的DSCP域設(shè)置為Ox沈， 再將其轉(zhuǎn)發(fā);若數(shù)據(jù)包內(nèi)容為視頻流，則將該數(shù)據(jù)包的IP頭部的DSCP域設(shè)置為OxOE，再將其 將由網(wǎng)關(guān)路由器的會(huì)話管理器進(jìn)行處理;若數(shù)據(jù)包內(nèi)容為背景流量，則將該數(shù)據(jù)包的IP頭 部的DSCP域設(shè)置為0x00,再將其轉(zhuǎn)發(fā)；
[0027] (4)若數(shù)據(jù)包內(nèi)容為視頻流，則會(huì)話管理器根據(jù)該視頻流是