论文摘要
网络资源不能满足用户需求是导致网络过载的根本原因。用户行为的不可预期性,网络建设的成本受限,网络过度配置的不经济性和用户需求的不断增长等都是导致网络过载的因素。而这些因素的客观存在使得网络过载控制在各种网络的发展中一直都是人们必须解决的问题。下一代网络(NGN:Next GenerationNetwork)的下述特点使得过载控制更加复杂,是当前人们的研究热点。首先,以IP多媒体子系统(IMS:IP Multimedia Subsystem)为核心提供多媒体业务的下一代网络是一个分布式系统,完成不同功能的各组件协同作业才能向用户提供多媒体业务。这种协作增加了组件的交互性和依赖性;第二,下一代网络中信令控制和承载控制相分离。这种分离需要在信令网元组件和承载网元组件间定义一种新的有效实施过载控制的机制。第三,下一代网络中多种协议并存,虽然这些协议交互协作向用户提供端到端的业务,但不同协议对过载控制的支持能力不同;第四,下一代网络对外通过应用程序接口(API:Application ProgrammingInterface)接口开放网络能力,允许第三方业务开发商开发业务,支持第三方业务提供商运营业务,多个业务提供商的业务同时运行在同一业务平台上,这有利于促进业务的发展,但这种开放性要求网络运营商和业务提供商要建立业务等级合约(SLA:Service Level Agreement),以保护各自的利益,并且这种合约需要网络实时控制;第五,下一代网络提供融合语音、数据和视频等的多媒体业务,网络中业务流的类型增加,加之IP网络尽力而为、无连接的传输特点,使得网络流量的突发性、不可预期性增加;第六,用户需求日新月异,个性化是下一代网络中业务的一个重要特点,这就需要业务的快速、方便和经济地开发和部署。将过载控制等非功能性特征独立出来,将其独立与业务特征的开发是其中的一个有效措施。同时,业务个性化不仅表现在用户使用业务功能上的差异,也表现在更加注重用户对业务的使用感受。基于上述下一代网络的分布式、组件化、多协议、融合、开放的体系结构特点,支持多业务流量类型以及业务需求个性化的特点,本文主要对NGN过载控制的体系结构、控制组件的分布、用户体验控制、开放资源合理有效利用等方面进行了研究,提出了满足下一代网络对过载控制需求的体系结构和机制。具体创新工作概括如下:1、根据NGN网络分布式、组件化、多协议、开放性的扁平体系结构特点,在相关标准的基础上提出一种基于策略的NGN分布式过载控制体系结构。该过载控制体系结构由六类分布在不同IMS实体上的组件构成,使用通用过载控制应用协议(GOCAP:General Overload Control Application Protocol)。这种策略控制能满足NGN中网络运营商和业务提供商的商务合作需求,易于网络管理,实时控制,更好地保护双方的利益,促进业务的发展。2、基于NGN网络的体系结构特点和上述分布式过载控制体系结构,根据组件之间由于完成用户业务形成的动念依赖关系,提出过载控制意义上的“相邻资源”概念,依据这种动念网络拓扑实施不同的查找算法定位过载点的相邻资源,过载控制系统将会动态地将过载控制点尽可能地置于用户侧,在该相邻资源实施过载控制。该算法能有效解决会话发起协议(SIP:Session Initiation Protocol)协议的分发功能和实施负载平衡带来的过载控制问题,尽可能早地拒绝业务请求,减少网络和过载点的负荷,提高网络处理能力和资源的有效利用率,较好地满足ETSI TISPAN对NGN过载控制定义的需求。3、用户体验是用户选用业务的重要依据。除了业务的服务功能外,业务的服务质量(QoS:Quality of Service)属性也越来越被用户所重视。基于客户等待时间忍耐度的心理物理学规律,本文提出了一种动念优先级调度策略和贪婪控制算法。通过分析和实验仿真证明在业务请求处理时间不同的多业务坏境中,在提高系统有效吞吐量、等待服务时间和客户满意度方面,当负载越重时,该算法较其它三种方法就越具有优势。该算法将用户意愿引入到网络控制中,改善系统的用户服务质量,满足下一代网络多业务环境的要求。将用户忍耐度引入到网络控制是一次有意义的尝试,它改变传统单纯从技术角度考虑过载控制的做法,以更好地满足下一代网络以用户为中心的需求,这也是业务驱动下一代网络的一种体现。4、NGN开放的业务体系结构将网络能力通过Parlay/OSA API等API接口形式开放出来,促进业务的发展。这样同一业务平台上可能运行着不同业务提供商的业务,因而就必须建立业务平台提供商(网络运行商)和业务提供商之间的SLA合约,以保证他们各自的利益,从而更好地促进业务的发展。因此,支持多业务、多业务提供商的业务平台就必须能够根据SLA合约实时控制业务的请求数量。本文基于这种广义的过载控制含义,针对网络运营商和业务提供商之间的SLA合约约束和资源有效利用之间的矛盾,利用纳仕均衡理论,提出两种受SLA约束的IMS业务平台过载控制算法,解决不同业务间资源“过剩”和“饥饿”同时并存的现象,更加有效地利用业务平台和网络资源。这里过载控制的含义,由单纯的业务请求超过网络处理能力,演变为超过商务合约要求。