專利名稱：幀中繼網(wǎng)絡(luò)中過載情況的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中用于擁擠管理的根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的方法，并涉及根據(jù)權(quán)利要求3前序部分的用戶節(jié)點。
擁擠是指這樣一種情況在特定時間，在某網(wǎng)絡(luò)點(稱為瓶頸資源)處傳輸請求數(shù)超過傳輸容量。擁擠通常導(dǎo)致過載狀態(tài)，其結(jié)果是，例如緩沖器溢出，因此將由網(wǎng)絡(luò)或者用戶重新傳輸包。擁擠管理(CM)的功能是維持傳輸請求與傳輸容量之間的平衡，使得瓶頸資源在最優(yōu)水平上工作，并且以確保公正的方式向用戶提供服務(wù)。
擁擠管理可以分為擁擠避免(CA)和擁擠恢復(fù)(CR)。擁擠避免方法的目的在于通過根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁擠狀態(tài)動態(tài)調(diào)節(jié)用戶的帶寬，并且/或者通過向網(wǎng)絡(luò)路由報警，使得瓶頸資源的部分業(yè)務(wù)負載轉(zhuǎn)移到空閑資源上，來防止網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生擁擠。而恢復(fù)方法的目的是如果避免方法已經(jīng)不能防止產(chǎn)生擁擠，則將瓶頸資源的工作恢復(fù)到最優(yōu)水平。
幀中繼(frame relay FR)技術(shù)是一種取代當(dāng)前所用的包交換網(wǎng)絡(luò)連接的用于傳輸變長幀的包交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)前包交換網(wǎng)絡(luò)中廣泛采用的協(xié)議(X.25)需要足夠的處理，并且傳輸設(shè)備昂貴，其結(jié)果是速度也低。這些情況是因為這一事實X.25標(biāo)準(zhǔn)是在所用的傳輸連接仍然非常容易出現(xiàn)傳輸錯誤時開發(fā)的。幀中繼技術(shù)的出發(fā)點是相當(dāng)?shù)偷膫鬏斁€路錯誤概率。因此已經(jīng)能夠放棄幀中繼技術(shù)中的某些不必要的功能，這使幀傳遞迅速且有效。幀方式載體服務(wù)(Frame Mode Bearer Service)一般在CCITT薦議I.233(參考文獻1)和薦議Q.922(參考文獻2)中相關(guān)的協(xié)議中描述。FR網(wǎng)絡(luò)中的擁擠和擁擠管理機制在CCITT薦議I.370(參考文獻3)中描述。為了更詳細地描述FR技術(shù)，請參考1991年4月MeGrawHill公司的Datapro Management of Data Commumications的An Overviewof Frame Relay Technology(參考文獻4)以及上述薦議。
在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中極度擁擠時，迫不得已放棄幀。這種情況發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)傳輸容量和單個節(jié)點的緩沖容量都被超過時。在當(dāng)前所用的擁擠管理機制中，在網(wǎng)絡(luò)外圍(在用戶節(jié)點處)和網(wǎng)絡(luò)中間(在中繼節(jié)點處)，都幾乎隨機地放棄幀。例如，如果一個幀因缺乏空間不能得到緩沖，或者如果緩沖器填充率足夠高而該幀含有一種在擁擠時允許放棄的指示，則放棄該幀。不做任何事以影響緩沖器本身；它對數(shù)據(jù)鏈路繼續(xù)為空，如正常情況。如果不放棄該幀，直到一個擁擠節(jié)點，則徒勞地加載其他網(wǎng)絡(luò)資源。必須在網(wǎng)絡(luò)中交換該幀直到放棄它的點，即擁擠節(jié)點，這意味著浪費資源。
本發(fā)明的目的是消除上述缺陷，并提供一種用于幀中繼網(wǎng)絡(luò)的新型擁擠管理方法，所述方法允許避免網(wǎng)絡(luò)的不必要加載。這是利用根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)的，其特征在于權(quán)利要求1特征部分中所公開的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的FR網(wǎng)絡(luò)用戶節(jié)點的特征在于權(quán)利要求3特征部分中所公開的內(nèi)容。
本發(fā)明的思想是，在幀緩沖到虛擬通道專用緩沖器的用戶節(jié)點處在網(wǎng)絡(luò)外圍在一個時刻清除整個虛擬通道專用緩沖器的內(nèi)容(虛擬通道是指當(dāng)虛擬連接是實際包交換的端對端FR連接時具有一條傳輸鏈路長度的虛擬連接部分)。
根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠避免放棄隨機幀，因此這種應(yīng)用系統(tǒng)不必象以前那樣經(jīng)常地重新傳輸包序列。
下面，將參照附圖中所示的例子更詳細地描述本發(fā)明及其最佳實施方式，其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的方法的典型工作環(huán)境，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的FR網(wǎng)絡(luò)用戶節(jié)點，圖3示出FR網(wǎng)絡(luò)中待傳送的幀的格式，以及圖4示出采用根據(jù)本發(fā)明的方法的FR網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點。
幀中繼網(wǎng)絡(luò)能夠由幾種不同的應(yīng)用系統(tǒng)使用，它們不需要類似的服務(wù)。因此，考慮到兩個最重要的參數(shù)(幀丟失概率和延遲)，在根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)將服務(wù)分為不同種類的網(wǎng)絡(luò)中，采用本發(fā)明1方法是有利的。這樣一種解決方案公開在芬蘭專利申請第925671號中。在該申請中，提出將服務(wù)分為以下三類—第一服務(wù)類(種類1)提供交互式服務(wù)，延遲短，—第二服務(wù)類(種類2)提供低的幀丟失概率，沒有任何明顯察覺的延遲，—第三服務(wù)類(種類3)既提供短的延遲又提供低的幀丟失概率。
以這種方式實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)的每個中繼連接具有服務(wù)種類專用的緩沖器，每個服務(wù)種類一個。而一個用戶節(jié)點在用戶接口側(cè)具有虛擬通道專用的緩沖器。下面將更詳細地描述這些解決方案；另外請參照以上所引用的芬蘭專利申請。
利用幀中繼網(wǎng)絡(luò)的(用戶)應(yīng)用系統(tǒng)按幀向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，一般一次一個所謂的窗口。如果由它所用的應(yīng)用和協(xié)議檢測到窗口中所含的一個幀已經(jīng)丟失，則通常重新發(fā)送整個窗口，而不是僅發(fā)送已經(jīng)丟失的幀。這樣，在網(wǎng)絡(luò)中一個幀的丟失以與整個窗口的丟失相同的方式影響應(yīng)用系統(tǒng)。在每種情形下，該應(yīng)用協(xié)議必須重新發(fā)送整個窗口的幀。
圖1示出提供公眾網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的FR網(wǎng)絡(luò)，即對單個公司或多個公司的不同辦公室A…E的局域網(wǎng)絡(luò)11進行互連的幀中繼網(wǎng)絡(luò)12。每個辦公室的局域網(wǎng)絡(luò)11經(jīng)過一個局域網(wǎng)橋13和分別由標(biāo)號14a…14e所指的數(shù)據(jù)鏈路使用FR服務(wù)。在FR用戶A…E與FR網(wǎng)絡(luò)節(jié)點N之間的連接自身是公知的，因此在此不做更詳細地描述。有關(guān)在互連中所用的局域網(wǎng)絡(luò)和橋的更詳細的信息可見如1991年2月《電信》中Michael Grimshaw LAN InterconnectionsTechnology的文章，并且見1991年的Lahiverkko-opas，LeenaJaakonmaki，Suomen ATK-kustannus Oy，在此將它們作為參考文獻。
FR網(wǎng)絡(luò)的已知節(jié)點結(jié)構(gòu)的一般特征是對所有幀使用相同緩沖器，假定它們被路由到相同的物理連接。相反，根據(jù)本發(fā)明，在所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的輸出邊界和具有中繼連接的輸入邊界最好設(shè)置與上述服務(wù)種類相應(yīng)的緩沖器。圖2示出在網(wǎng)絡(luò)中一個中繼節(jié)點處的這類解決方案。該節(jié)點接收在用戶連接的橋13(圖1)中所原始裝配的FR幀。在橋13中，用戶LAN11的幀插到FR幀的信息域中(時序位和其他類似位例外)。圖3示出在FR幀39的信息域中插入LAN幀38。也示出一種一般FR網(wǎng)絡(luò)幀格式，在信息域之前的地址域包括兩個八位字節(jié)(位1至8)。第一個八位字節(jié)的位3至8和第二個八位字節(jié)的位5至8構(gòu)成一個數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符DLCI，它向節(jié)點指示例如一個特定幀所屬的虛擬連接和虛擬通道。虛擬通道通過數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符相互區(qū)分。然而，數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符僅在單個虛擬通道上是非歧義性的，在到下一虛擬通道的轉(zhuǎn)變中，它在節(jié)點中可能改變。第二地址域八位字節(jié)的第2位，稱為DE位(放棄合格指示符)，對于幀的放棄也是重要的。根據(jù)CCITT薦議，例如在擁擠狀態(tài)下，如果一個幀的DE位已被置為1，則允許放棄該幀。因為FR幀中的其他位與本發(fā)明無關(guān)，所以在此不對它們做更詳細的說明。為了更詳細地描述，參考上述參考文獻2和4。
在網(wǎng)絡(luò)外圍的用戶節(jié)點(圖2)處，用戶連接114a、14b等(在圖2所示的例子中，它們連接到同一節(jié)點)，首先連接到一個標(biāo)識和控制部件61，該部件接收在橋13(圖1)中所形成的FR幀。該標(biāo)識和控制部件61從幀的地址域中讀數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符DLCI，并將該幀送到與標(biāo)識符所指示的虛擬連接相應(yīng)的輸入緩沖器621…62n。每條數(shù)據(jù)鏈路具有一個專用選擇器S3，它從每個虛擬通道的輸入緩沖器中選擇幀，并將幀進一步送到集中式路由器16，該路由器又將幀送到正確數(shù)據(jù)鏈路(圖中只示出一條輸出數(shù)據(jù)鏈路)的分類部件43。分類部件43從幀的地址域中讀標(biāo)識符DLCI，并從表T中選擇與標(biāo)識符所指的虛擬通道相應(yīng)的服務(wù)種類。在分類已經(jīng)完成的基礎(chǔ)上，分類部件43將每個幀加到與該幀的服務(wù)種類相應(yīng)的輸出緩沖器64a、64b或64c。每條輸出數(shù)據(jù)鏈路因此具有三個輸出緩沖器，每個服務(wù)種類一個。選擇器S2從服務(wù)種類專用的輸出緩沖器64a…64c選擇幀，并將幀送到中繼連接。
由用戶在FR網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)耐ㄐ帕咳绱嗽诿織l虛擬連接專用的用戶節(jié)點的輸入側(cè)得以緩沖。輸入幀39在每條虛擬連接上動態(tài)地鏈接起來。根據(jù)虛擬連接的服務(wù)種類，鏈長度具有預(yù)定的可允許最大值；在服務(wù)種類1和3時該值較小，而在服務(wù)種類2時該值較大。選擇器S3讀例如與分配給它們的通信量成比例的緩沖器621…62n等，從而滿足公正原則。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點擁擠時，目的是要在網(wǎng)絡(luò)源端的用戶節(jié)點處減少通過該節(jié)點的虛擬連接上的通信量；因而各幀將不加載在到達擁擠節(jié)點時只被放棄的其他網(wǎng)絡(luò)資源。根據(jù)本發(fā)明，這是以這樣一種方式實現(xiàn)的，使得用戶節(jié)點的標(biāo)識和控制部件61監(jiān)測每個虛擬通道專用的緩沖器621…62n的填充率(以本身上已知的方式)，如果一個已經(jīng)填滿的緩沖器接收一個幀，則放棄該緩沖器的所有內(nèi)容。此時，標(biāo)識和控制部件放棄該輸入幀(例如，它可以是較長幀包的第一幀)。之后接收的幀存儲在排空的緩沖器中。在圖2中，標(biāo)識和控制部件的用于控制和排空緩沖器的操作由雙向箭頭FC標(biāo)識。
在某時刻放棄緩沖器的所有內(nèi)容，比僅放棄一些幀更能減輕網(wǎng)絡(luò)中的擁擠。當(dāng)整個虛擬通道專用的緩沖器排空時，網(wǎng)絡(luò)中的擁擠程度變得相當(dāng)?shù)?，緩沖器的長度一般為幾十幀。排空緩沖器保證在某段時間，正在討論的虛擬通道幾乎根本不加載網(wǎng)絡(luò)。這也使得能夠避免網(wǎng)絡(luò)的不必要加載，因為在較后的級由于擁擠而不得不放棄的幀不提供到網(wǎng)絡(luò)上。
考慮到利用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)，本發(fā)明的方法具有幀丟失概率比以前小的優(yōu)點，因此，也降低了由重新傳輸所造成的負載。放棄整個緩沖器導(dǎo)致非常接近放棄整個窗口的幀而必須由應(yīng)用協(xié)議重新傳輸?shù)那闆r。因此將虛擬通道專用的緩沖器的長度調(diào)整到與利用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)一次所發(fā)送的一個窗口的幀的長度基本相應(yīng)是有利的。
圖4示出在網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點對幀的處理。首先由每條數(shù)據(jù)鏈路專用的分類部件43接收上述格式的FR幀39。分類部件43從幀的地址域讀數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符，并選擇與該標(biāo)識符所指的虛擬通道相應(yīng)的服務(wù)種類。虛擬通道和相應(yīng)服務(wù)種類存儲在表T中。在已經(jīng)完成的分類的基礎(chǔ)上，分類部件43將每個幀加到與該幀的服務(wù)種類相應(yīng)的輸入緩沖器44a、44b或44c。因此每條輸入數(shù)據(jù)鏈路具有三個輸入緩沖器，每個服務(wù)種類一個。每條數(shù)據(jù)鏈路具有一個專用的選擇器S1，它從服務(wù)種類專用的緩沖器選擇幀，并在節(jié)點內(nèi)傳送它們。在中繼節(jié)點的輸出側(cè)，幀與同它們的特定數(shù)據(jù)鏈路相應(yīng)的接口連接。在該接口，根據(jù)在節(jié)點的輸入側(cè)所選擇的服務(wù)種類將它們提供到三個服務(wù)種類專用的輸出緩沖器45a、45b或45c中的一個，由此，選擇器S2將幀進一步讀到中繼連接。因此每條輸出數(shù)據(jù)鏈路具有三個輸出緩沖器，每個服務(wù)種類一個。另一方案是，甚至在節(jié)點的輸出側(cè)，可以為每條數(shù)據(jù)鏈路單獨設(shè)置分類部件，在這種情形下，不必在節(jié)點內(nèi)傳送分類數(shù)據(jù)。
盡管已經(jīng)參照附圖中所示的例子描述了本發(fā)明，但是顯然本發(fā)明并不限于這些例子，而可以在以上所公開的發(fā)明構(gòu)思和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)修改。具體地說，即使根據(jù)本發(fā)明的原理放棄幀，但是例如用戶節(jié)點的結(jié)構(gòu)可以以許多方式變化。例如，每個虛擬通道專用的緩沖器可以有單獨的填充率控制部件，所述控制部件將有關(guān)填充率的數(shù)據(jù)傳送到部件61，部件61(除了標(biāo)識虛擬通道之外)僅僅排空緩沖器。
權(quán)利要求
1.在FR網(wǎng)絡(luò)中用于擁擠管理的方法，該網(wǎng)絡(luò)包括用戶節(jié)點，用戶(A…E)經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路(14a…14e)連接到用戶節(jié)點上，所述方法包括當(dāng)在用戶節(jié)點從用戶連接接收到一個幀時確定與將要傳輸?shù)膸?39)相關(guān)的虛擬通道，其特征在于—在用戶節(jié)點的輸入邊界將數(shù)據(jù)緩沖到虛擬通道專用的緩沖器(621…62n)，—連續(xù)監(jiān)測所述緩沖器的填充率，并且—當(dāng)在已滿的虛擬通道專用的緩沖器中接收一個幀時，實質(zhì)上放棄該緩沖器的所有內(nèi)容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于虛擬通道專用的緩沖器(621…62)的長度被調(diào)節(jié)為與利用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)一次所發(fā)送的幀包的長度實質(zhì)上相應(yīng)。
3.幀中繼網(wǎng)絡(luò)的用戶節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點用戶(A…E)經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路(14a…14e)連接到用戶節(jié)點，所述節(jié)點包括在節(jié)點輸入邊界的輸入緩沖器，和在節(jié)點輸出邊界的輸出緩沖器，以及用于將幀從輸入緩沖器轉(zhuǎn)發(fā)給所需輸出緩沖器的裝置(16)，其特征在于包括—在輸入邊界的虛擬通道專用的緩沖器(621…62n)，—用于監(jiān)測所述虛擬通道專用的緩沖器的填充率的第一裝置(61)，以及—響應(yīng)于所述第一裝置(61)和所收到的幀，用于放棄虛擬通道專用的緩沖器的內(nèi)容的第二裝置(62)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的用戶節(jié)點，其特征在于所述第一和第二裝置設(shè)置在相同的標(biāo)識和控制部件(61)中，通過該部件(61)在用戶節(jié)點處收到的幀提供給虛擬通道專用的緩沖器(621…62n)。
全文摘要
本發(fā)明涉及FR網(wǎng)絡(luò)中用于擁擠管理的方法，該方法包括當(dāng)在用戶節(jié)點從用戶連接收到一個幀時用于確定與將要傳送的幀相關(guān)的虛擬通道。為了降低網(wǎng)絡(luò)中的負載，(a)在用戶節(jié)點的輸入邊界將數(shù)據(jù)緩沖到虛擬通道專用的緩沖器(6文檔編號H04L12/56GK1136376SQ94194337
公開日1996年11月20日 申請日期1994年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月30日
發(fā)明者朱哈·佩朱弗達, 海凱·薩洛歐瑞, 喬瑪·馬特卡瑟卡, 米卡·卡斯林, 西波·派哈拉米, 米科·奧柯科恩, 瑞查德·菲爾曼, 米科·萊霍 申請人:諾基亞電信公司