СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СЕТЬЮ
NETWORK MANAGEMENT METHODS AND APPARATUS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к сетевым технологиям и более конкретно к эффективному использованию ресурсов сети.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Качество обслуживания (QoS) является важным фактором для сети в отношении обеспечения хорошего впечатления пользователя, в особенности когда все сетевые устройства беспроводной сети используют канал(ы) совместно. Например, широко используемая беспроводная сеть, основанная на виде инфраструктуры по стандарту IEEE 802.11g, имеет полосу пропускания 54 Мбит/с.
Как показано на Фиг.1, сервер 102 мультимедиа подсоединен к телеприемнику (TV) 103 через беспроводной маршрутизатор 101. Так как пакеты, отправленные от сервера 102 мультимедиа, должны быть отправлены беспроводному маршрутизатору 101 через канал 11 восходящей линии связи и затем отправлены к TV 103 через канал 12 нисходящей линии связи, и так как каналы восходящей и нисходящей линий связи являются уплотненными с временным разделением, видеопоток от сервера 102 мультимедиа к TV 103 имеет максимальную полосу пропускания в 27 Мбит/с, а фактически доступная полоса пропускания для видеопотока меньше из-за помех и затухания сигналов, вызванных сетевой средой.
Кроме того, эксперименты показывают, что обычному видеопотоку высокого разрешения формата 1080p, сжатому по технологии H.264, для передачи требуется полоса пропускания в 20 Мбит/с, и как результат беспроводная сеть по стандарту 802.11g может обеспечить только один видеопоток высокого разрешения. В случае если прочие приложения, требующие большой полосы пропускания, так же одновременно используют сеть для передачи, и сеть не обеспечивает никакого QoS, можно быть уверенным в том, что воспроизведение видеопотока будет искаженным.
Предложено много технологий QoS для решения проблемы выделения ограниченных ресурсов в сети. На сегодняшний день доминирующие технологии QoS, в общем, могут быть разделены на два типа: приоритетного QoS и параметризованного QoS.
Приоритетное QoS помечает пакеты данных для отправки в соответствии с приоритетом, запрошенным пользователем, и передает их в особенном порядке приоритета, т.е. пакеты данных, помеченные как имеющие высокий приоритет, передаются предпочтительно по отношению к пакетам данных, помеченным как имеющие низкий приоритет. Примером приоритетного QoS является EDCA (Усовершенствованный Распределенный Доступ к Каналу) в стандарте IEEE 802.11e. Несмотря на то, что пакеты данных с высоким приоритетом передаются предпочтительно, пакеты данных, имеющие одинаковый приоритет, все же вовлечены в конкуренцию по передаче.
В противоположность этому, параметризированное QoS резервирует некоторые ресурсы сети до начала передачи, и примером этого является UCCA (Гибридный Управляемый Доступ к Каналу) в стандарте IEEE 802.11e. Требуется, чтобы каждый из потоков трафика предоставлял TSPEC (Спецификацию Трафика), чтобы отправить запрос Гибридному Согласующему Устройству в сети до начала передачи. Упомянутое Гибридное Согласующее Устройство проверит, разрешает ли текущий статус сети упомянутый запрос; если он разрешает, упомянутый запрос потока трафика принимается и Гибридное Согласующее Устройство выделяет упомянутому потоку трафика конкретный временной интервал для передачи по сети, при этом в этот период ни одному прочему потоку не разрешается конкурировать с упомянутым потоком трафика, таким образом, это представляет собой протокол, свободный от конкуренции.
Эффективность технологии QoS зависит от того, поддерживают ли ее протоколы более низкого уровня (например, физического уровня и уровня доступа к среде в модели Взаимодействия Открытых Систем (OSI)). Однако протокол низкого уровня знает лишь о том, что существуют пакеты данных для передачи, но он не знает, каким приложением созданы упомянутые пакеты данных, какого рода приоритет необходимо использовать или какие ресурсы должны быть зарезервированы. По этой причине, для эффективной реализации QoS необходимо взаимодействие с протоколом(ами) верхнего уровня, как например, предоставление параметров требования характеристик передачи потоков трафика и конфигурирование сетевых устройств в соответствии с этими параметрами.
Стандартизация QoS, заключенная в стандарте UPnP (Универсальный Подключи и Работай) и стандарте IGRS (Интеллектуальная Группировка и Совместное Использование Ресурса), служит намерению определить группу стандартных интерфейсов в верхнем уровне так, чтобы приложение верхнего уровня могло единообразно запускать функции QoS, предоставленные нижним уровнем, посредством упомянутых интерфейсов. Здесь верхний уровень может относиться к уровню сети, уровню передачи, уровню приложения и т.д.
Спецификации QoS как в стандарте UPnP, так и в стандарте IGRS являются QoS основанными на политике и определяют три типа сервиса: сервис QosPolicyHolder, здесь и далее именуемый как сервис QPH, сервис QosManager, здесь и далее именуемый как сервис QM, и сервис QosDevice, здесь и далее именуемый как сервис QD.
Сервис QPH определяет контейнер политик системы QoS; сервис QM определяет функции управления системы QoS; и сервис QD заданного устройства определяет интерфейс для настройки параметров QoS заданного устройства.
Сервис QM запрашивает у владельца политики дескриптор трафика, который предоставлен точкой управления, когда точка управления запрашивает установку потока трафика, и возвращает дескриптор трафика, разрешенный настоящим владельцем системной политики; точка управления выполняет соответствующие QoS действия посредством запуска функций QM; а QM запускает функции QD, чтобы сконфигурировать параметры QoS всех устройств, имеющих реализованный сервис QD, по пути передачи потока трафика. Соответствующие устройства в сетях могут реализовывать вышеупомянутые три типа сервиса, чтобы предоставить соответствующие функции. Здесь точка управления может относиться к программе или устройству, определенным в спецификациях UPnP и IGRS, которые имеют функции управления устройством (т.е. запуском соответствующих сервисов устройства). Например, точка управления может быть аудио/видеоприложением или проигрывателем мультимедиа, установленным с аудио/видеоприложением.
Фиг.2 отображает общую последовательность функционирования UPnP и IGRS систем QoS.
Поток трафика может передаваться непосредственно между устройством источником и устройством получателем, и в этом случае только два устройства вовлечены в упомянутый путь передачи.
Поток трафика также может маршрутизироваться через несколько узлов сети, и в этом случае путь передачи проходит от устройства источника к устройству получателю через несколько промежуточных устройств, при этом в путь вовлечено множество устройств.
На Фиг.2 точка CP управления (которая может быть приложением или устройством) инициирует передачу потока трафика от устройства 201 источника через промежуточное устройство 202 к устройству 203 получателю.
В аудио/видеоприложении с UPnP/IGRS, например, точка CP управления может быть приложением управления аудио/видео; устройство 201 источник является устройством сервера мультимедиа, а устройство 203 получатель является устройством воспроизведения мультимедиа/проигрывателем мультимедиа.
Точка CP управления предоставляет Дескриптор Трафика (который может включать в себя IP адрес устройства 201 источника/устройства 203 получателя, порт приложения и среднюю скорость передачи данных, пиковую скорость передачи данных, максимальную длину пакета, максимальное разрешенное время задержки потока трафика и т.д.) в запросе сервиса QM для установления передачи.
Сервис QM использует дескриптор трафика (который может быть неполным), чтобы запросить сервис QPH, при этом сервис QPH проверит владельца политики и возвратит согласованный полный дескриптор трафика.
Сервис QD устройства может предоставлять информацию пути потока трафика, в который вовлечено устройство, в соответствии с информацией линии связи на сетевых интерфейсах устройства, где оно размещено. Сервис QM извлекает из информации пути, предоставленной сервисом QD, топологию сети, определяет путь передачи потока трафика между устройством источником и устройством получателем и конфигурирует каждый из сервисов QD по пути передачи, используя полученный дескриптор трафика, т.е. конфигурирует сервис QD устройства 201, устройства 202 и устройства 203.
Если конфигурация прошла успешно, сервис QM вернет точке управления успешное состояние и затем начнется фактическая передача.
Однако в сети с QoS некоторые сетевые устройства могут внезапно отказать, следствием чего может быть отсоединение от сети, при этом если ресурсы сети, выделенные для отказавшего устройства, не могут быть высвобождены вовремя, это приведет не только к простою ресурсов, но также приведет к тому, что прочие устройства, которым требуются ресурсы, не смогут правильно работать из-за недостатка ресурсов. Эта проблема частично решается в параметризированном QoS, так как ресурсы выделяются до фактического начала передачи.
Как UPnP QoS, так и IGRS QoS определяют время аренды трафиком в спецификации сервиса QD, чтобы гарантировать, что соответствующие ресурсы могут быть высвобождены во время, когда устройство отказывает в сети. Время аренды трафиком определяет интервал времени, в течение которого поток трафика может использовать выделенные для него ресурсы. Если потоку трафика требуется продолжить использовать выделенные ресурсы, точка управления должна обновить значение времени аренды трафиком, чтобы гарантировать аренду выделенных ресурсов до момента его окончания. Если некоторые устройства с реализованным сервисом QD отказывают и выделенные ресурсы не могут быть сразу же правильно высвобождены, соответствующий поток трафика автоматически высвободит занятые ресурсы, когда закончится время аренды трафиком. Но если время аренды трафиком установлено слишком большое и если существуют некоторые устройства, которые часто присоединяются и покидают сеть, это приведет к тому, что ресурсы сети не будут высвобождены вовремя; тогда как в том случае, если время аренды трафиком слишком мало, потребуется слишком много ресурсов сети для обновления времени аренды трафиком, что приведет к значительной нагрузке на сеть.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предоставляет способы и устройства для решения задачи высвобождения ресурсов в случае отказа сетевого устройства.
Отказ устройства здесь относится к ситуации, при которой устройство не может работать правильно, включая сброс питания устройства, отсоединение устройства от сети, неисправность программного обеспечения и аппаратных средств внутри устройства и т.д.
В соответствии с первым аспектом данного изобретения предложен способ управления сетью. Сеть содержит группу устройств для передачи потока трафика, используя ресурсы сети. При этом каждое устройство из группы устройств индивидуально связано со сроком действия. Срок действия определяет максимальный интервал отправки сообщения заданным устройством из группы устройств, чтобы указать, что заданное устройство подсоединено к сети. Способ содержит этап определения, на основании сроков действия группы устройств, времени аренды передачей, которое в свою очередь определяет продолжительность использования упомянутых ресурсов сети.
В соответствии со вторым аспектом данного изобретения предложено устройство управления для управления сетью. Сеть содержит группу устройств для передачи потока трафика, используя ресурсы сети. При этом каждое устройство из группы устройств индивидуально связано со сроком действия. Срок действия определяет максимальный интервал отправки сообщения заданным устройством из группы устройств, чтобы указать, что заданное устройство подсоединено к сети. Устройство управления содержит модуль для определения, на основании сроков действия упомянутой группы устройств, времени аренды передачей, которое в свою очередь определяет продолжительность использования упомянутых ресурсов сети.
Посредством применения предложенных способов и устройств ресурсы сети могут высвобождаться быстрее в том случае, если происходит отказ передачи во время передачи потоков трафика.
Прочие задачи изобретения будут описаны ниже совместно с нижеследующим описанием и чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеупомянутые и прочие задачи и принципы настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания, рассмотренного совместно с прилагаемыми чертежами, в которых:
Фиг.1 иллюстрирует известный путь передачи от устройства источника к устройству получателю;
Фиг.2 иллюстрирует общую последовательность функционирования UPnP/IGRS системы QoS.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В известной технологии устройству требуется периодически объявлять, что оно находится в режиме прямого доступа, при этом объявление нахождения в режиме прямого доступа реализуется посредством отправки многоадресных сообщений (т.е. сообщения для указания того, что устройство подсоединено к сети) на определенный сетевой адрес, например “239.255.255.250:1900”.
Срок действия, определенный для сообщения объявления нахождения в режиме прямого доступа, указывает максимальный временной интервал между двумя сообщениями объявления нахождения в режиме прямого доступа, отправляемыми устройством. В известной технологии, например в UPnP и IGRS, от всех устройств требуется периодично производить широковещательную передачу сообщений объявления нахождения в режиме прямого доступа до момента окончания срока действия. Это означает, что, начиная с момента, когда первое сообщение объявления нахождения в режиме прямого доступа заданного устройства принято сетевым устройством, если достигнуто окончание срока действия и не было принято второе сообщение объявления нахождения в режиме прямого доступа, заданное устройство считается отсоединенным или находящимся в автономном режиме по отношению к сети.
Рекомендуется, что должен устанавливаться относительно продолжительный срок действия (например, 1800 с) для устройств, которые относительно стабильны в сети, в то время как должен устанавливаться относительно короткий срок действия (например, 30 с) для устройств, которые часто присоединяются и покидают сеть. Соответственно число ненужных сообщений объявления нахождения в режиме прямого доступа снижается, а информация о динамическом изменении топологии сети может быть получена своевременно.
Устройство управления будет прослушивать (выявлять) адрес и записывать интересующие устройства при приеме сообщений объявления нахождения в режиме прямого доступа от устройств. В том случае если точка управления не приняла обновленное сообщение объявления нахождения в режиме прямого доступа от устройства до момента завершения срока действия, устройство управления считает, что упомянутое устройство находится в автономном режиме.
Таким образом, производители или пользователи будут устанавливать срок действия в зависимости от характеристик (стабильности) устройства, который будет относительно большим. Например, многие производители компьютеров будут устанавливать срок действия в 120 секунд, в то время как для пользователя, который смотрит потоковое мультимедиа, отправленное с ПК на проигрыватель мультимедиа, интервал в 120 секунд с отсутствующей информацией для воспроизведения будет невыносимым.
В соответствии с определением срока действия, приведенным выше, может быть принято, что срок действия является параметром времени, связанным с характеристиками устройства. Должно быть понятно, что характеристики, связанные с устройством, могут быть описаны различными параметрами в различных структурах сети, и многие параметры могут использоваться для достижения цели настоящего изобретения, если они имеют тот же характер.
Для того чтобы высвободить ресурсы, в UPnP QoS и IGRS QoS было определено время аренды трафиком, и этот параметр определяет временной интервал, в течение которого поток трафика может использовать выделенные для него ресурсы. Устройству управления требуется периодически обновлять значение времени аренды трафиком, чтобы гарантировать аренду выделенных ресурсов. В том случае, если определенное устройство (имеющее реализованный сервис QD) отказало в предоставлении сервиса, выделенные для него ресурсы не будут немедленно высвобождены; в противоположность этому, соответствующий поток трафика автоматически высвободит занятые ресурсы, после того как истечет время аренды трафиком. Однако настоящее определение времени аренды трафиком не формулирует то, каким образом устанавливать приемлемое время аренды трафиком, соответственно время аренды трафиком не может эффективно функционировать для высвобождения ресурсов.
Для того чтобы решить эту задачу, настоящее изобретение предлагает более эффективный способ и устройство управления для своевременного высвобождения ресурсов.
Настоящее изобретение предлагает интеллектуальный способ, который устанавливает продолжительность, в течение которой поток трафика может использовать выделенные ему ресурсы, в соответствии с характеристиками всех устройств на пути передачи потока трафика. Упомянутой здесь характеристикой устройств может быть стабильность устройств.
В соответствии с тем, что описано выше, срок действия обычно устанавливают в соответствии с характеристиками устройств, так что срок действия может рассматриваться в качестве параметра, связанного с характеристиками устройства. Подобным образом, как было отмечено выше, время аренды трафиком является параметром, определенным в некоторых стандартах относительно временного интервала, в котором поток трафика может использовать выделенные для него ресурсы.
Сеть содержит группу устройств для передачи потока трафика используя ресурсы сети. Каждое устройство из упомянутой группы устройств является индивидуально связанным со сроком действия. Срок действия определяет максимальный интервал отправки сообщения заданным устройством из упомянутой группы устройств для указания того, что упомянутое заданное устройство подсоединено к упомянутой сети. Предложенный способ содержит этап определения времени аренды передачей на основании срока действия упомянутой группы устройств. Время аренды передачей определяет продолжительность использования упомянутых ресурсов сети. Главная идея настоящего изобретения будет описана ниже в отношении времени аренды трафиком и срока действия в различных вариантах осуществления.
Для реализации способа настоящим способом предложено устройство управления. Устройство управления содержит модуль для определения времени аренды передачей на основании сроков действия упомянутой группы устройств. Время аренды передачей определяет продолжительность использования упомянутых ресурсов сети.
Опционально установка времени аренды трафиком может быть основана на минимальном значении из сроков действия упомянутой группы устройств.
Время аренды трафиком также может быть установлено в соответствии со средним значением сроков действия упомянутой группы устройств.
Время аренды трафиком также может быть установлено в соответствии с промежуточным значением из сроков действия упомянутой группы устройств.
Время аренды трафиком также может быть установлено в соответствии со значением времени, полученным посредством выполнения любой приемлемой математической операции над сроками действия всех устройств на пути передачи, например, как среднеквадратическое значение и т.д.
В качестве примера, принцип настоящего изобретения будет проиллюстрирован в отношении установки времени аренды трафиком в соответствии с минимальным значением сроков действия всех устройств на пути передачи. Исходя из этого, этапы происходят следующим образом:
(1) Сервис QM определяет группу устройств, имеющих реализованный сервис QD, на пути передачи потока трафика между устройством источником и устройством получателем, которая представлена как {устройство_источник, устройство_1, устройство_2,…,устройство_n, устройство_получатель}.
(2) Сервис QM получает срок действия каждого из устройств, определенных на этапе (1), из сообщений объявления нахождения в режиме прямого доступа соответствующих устройств, которые представлены как {сд_источника, сд_1, сд_2,…, сд_n, сд_получателя}, соответственно.
(3) Сервис QM вычисляет минимальное значение из {сд_источника, сд_1, сд_2,…, сд_n, сд_получателя} и использует упомянутое минимальное значение в качестве времени аренды трафиком в соответствии с тем, что показано в уравнении (E1), при этом min() является операцией для получения минимального значения.
t1=min{сд_источника, сд_1, сд_2,…, сд_n, сд_получателя} (E1)
В качестве альтернативы, время аренды трафиком может быть установлено произвольно любым значением в диапазоне между значением верхней границы и значением нижней границы, что записывается как Верхний_порог_времени и Нижний_порог_времени, соответственно. Упомянутое значение верхней границы и значение нижней границы могут быть определены эмпирически или в соответствии с характеристиками сети, или могут быть установлены пользователями или производителями устройства.
В вышеприведенных примерах установки времени аренды трафиком в соответствии со сроком действия диапазон значений времени аренды трафиком может быть дополнительно ограничен между заранее установленными значением верхней границы и значением верхней границы, как упоминалось выше, для того чтобы гарантировать, что упомянутое время аренды трафиком не будет слишком большим или слишком маленьким. Конкретными уравнениями являются (E2) и E(3) ниже:
t2=min(t1, Верхний_порог_времени) (E2)
t3=max(t2, Нижний_порог_времени) (E3).
При этом Нижний_порог_времени и Верхний_порог_времени могут быть 30 секунд и 60 секунд, соответственно. t3 может быть вычислено в соответствии с вышеупомянутым уравнением, а сервис QM установит время аренды трафиком для устройства в соответствии со значением t3.
После установки времени аренды трафиком устройство управления будет периодически обновлять время аренды трафиком во время передачи потока трафика через сервис QM в соответствии со спецификациями UPnP QoS и IGRS QoS.
Настоящее изобретение принимает во внимание характеристики устройств на пути передачи каждого потока трафика (время нахождения в режиме прямого доступа для стабильного устройства большое, в то время как время нахождения в режиме прямого доступа для нестабильного устройства маленькое), следовательно, ресурсы сети высвобождаются своевременно, не загружая сеть.
В том случае, если любое устройство (имеющее реализованный сервис QD) на пути передачи не может работать правильно, устройство автоматически высвободит ресурсы сети, занятые потоком трафика, по истечению времени аренды трафиком.
Например, если устройство, в котором размещена точка управления, отказывает, точка управления не может обновить время аренды трафиком сервисами QD по пути передачи потока трафика, инициированными им, и упомянутые сервисы QD автоматически высвободят ресурсы, занятые соответствующим потоком трафика, по истечении времени аренды трафиком.
Другой пример: если устройство, имеющее реализованный сервис QD, на пути передачи потока трафика отказывает, запущенная функция точки управления для обновления времени аренды трафиком сервиса QD, реализованного упомянутым устройством, не может быть возвращена успешно, и точка управления знает, что упомянутое устройство отказало, и соответственно высвобождает ресурсы, занятые соответствующим потоком трафика.
Должно быть понятно, что варианты осуществления выше служат только для иллюстрации принципа способа и не должны толковаться как ограничивающие изобретение. В настоящем изобретении для установки времени аренды трафиком может использоваться не только срок действия, но с настоящим изобретением может использоваться и любой другой параметр в соответствии с различными структурами сети и протоколами сети, совместимый с или подобный определениям упомянутого срока действия и времени аренды трафиком.
Существует множество способов реализации функций посредством элементов аппаратного или программного обеспечения или обоих. В соответствии с этим чертежи являются именно иллюстративными, при этом каждый представляет собой всего лишь один возможный вариант осуществления изобретения. Несмотря на то, что чертежи показывают различные функции в качестве различных блоков, это никоим образом не исключает того, что один элемент аппаратного или программного обеспечения может нести в себе несколько функций. Также это не исключает того, что составная единица из элементов аппаратного или программного обеспечения или обоих может нести в себе функцию.
Замечания, сделанные выше, демонстрируют, что подробное описание со ссылкой на чертежи иллюстрирует, а не ограничивает изобретение. Существует множество альтернативных вариантов, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения. Любое ссылочное обозначение в формуле изобретения не должно толковаться в качестве ограничивающего формулу изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает наличие элементов или этапов, отличных от тех, что определены в формуле изобретения. Указание элемента или этапа в единственном числе не исключает множества таких элементов или этапов. В пункте формулы изобретения, относящемся к устройству, при перечислении некоторых средств, некоторые эти средства могут быть осуществлены одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно независимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер не может быть с выгодой использовано.