一種多播繳費(fèi)框架的研究

1多播協(xié)議的適用性現(xiàn)在，主要的收費(fèi)方式有三種：（1）由于依賴特定的雙重發(fā)送協(xié)議，很難進(jìn)行一致性。（2）該模式僅考慮一個(gè)獨(dú)立區(qū)域，不完整。（3）它重視單源發(fā)送，不考慮動(dòng)態(tài)情況。此外,大多數(shù)方案忽略QoS問(wèn)題。2多播流的控制層本方案獨(dú)立于某一具體的多播協(xié)議,可以在多個(gè)AS系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)多播計(jì)費(fèi),在費(fèi)用分?jǐn)偹惴ㄉ弦布骖櫫薗oS增進(jìn)的預(yù)留資源服務(wù),當(dāng)然各用戶可根據(jù)自己的需要通過(guò)策略設(shè)置來(lái)選用或配置自己的特定需要。圖1顯示了將整個(gè)多播計(jì)費(fèi)分為5個(gè)層次以及它們之間的相互關(guān)系。圖的左邊5層是計(jì)費(fèi)處理層,右邊5層是相應(yīng)的策略層主要是通過(guò)配置參數(shù)對(duì)其相應(yīng)處理層提出具體的要求,配置面板提供了策略層與處理層之間的交互接口。(1)計(jì)量層:它的主要作用是獲取預(yù)留資源的信息以及統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)資源使用的數(shù)據(jù),在多播環(huán)境下,計(jì)量器一般位于邊界路由器和多播樹(shù)的分支處。(2)數(shù)據(jù)采集層:其實(shí)體主要負(fù)責(zé)從計(jì)量實(shí)體獲取相關(guān)的數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)給賬務(wù)層處理。因此,本層要能夠選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)量器,計(jì)量數(shù)據(jù)的收集和轉(zhuǎn)發(fā)可以由明確的指令啟動(dòng)也可以由相應(yīng)的事件觸發(fā)(如檢測(cè)到一個(gè)新的多播流)。在多管理域環(huán)境下,本層也負(fù)責(zé)將相應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他的管理域。(3)賬務(wù)層:賬務(wù)層的實(shí)體將采集層所收集的數(shù)據(jù)(包括由其他管理域所傳來(lái)的)和預(yù)留資源信息,并根據(jù)所需服務(wù)的參數(shù)進(jìn)行整合,生成一個(gè)賬務(wù)數(shù)據(jù)集合(如賬務(wù)記錄等),然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給結(jié)算層。此外,為了計(jì)費(fèi)算法的需要,它還須具備重構(gòu)多播拓?fù)浒ǜ鞣N分支節(jié)點(diǎn)的功能。(4)結(jié)算層:結(jié)算實(shí)體根據(jù)具體結(jié)算參數(shù)從相應(yīng)的數(shù)據(jù)集中導(dǎo)出多播費(fèi)用,不同的結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于相同的數(shù)據(jù)集,也可以并行地進(jìn)行不同結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算,其結(jié)果除了轉(zhuǎn)給支付層外,也可直接應(yīng)用于分析研究之用。(5)支付層:支付層將結(jié)算層所算出的網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用轉(zhuǎn)化成貨幣表示,當(dāng)然,在具體轉(zhuǎn)化時(shí),既要考慮技術(shù)的因素,也要考慮市場(chǎng)的因素。3網(wǎng)絡(luò)帶及相關(guān)功能模塊根據(jù)上述的分層原則,現(xiàn)在提出一個(gè)單個(gè)管理域中的多播計(jì)費(fèi)的整體結(jié)構(gòu)(圖2),當(dāng)然各個(gè)管理域可以采用自己的計(jì)費(fèi)管理結(jié)構(gòu),所以提出這樣的多播計(jì)費(fèi)結(jié)構(gòu)主要是有以下一些特點(diǎn):1)獨(dú)立于具體的多播協(xié)議;2)兼顧了QoS;3)充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)的資源,幾乎不需要增加額外的設(shè)備,具有一定的可擴(kuò)展性。其各部分相互作用大致為:基本信息為拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)提供一個(gè)出發(fā)點(diǎn),類似地,拓?fù)渲R(shí)可以提供從源點(diǎn)出發(fā)的第一跳路由器地址,用于初始化組播樹(shù)的查找。讀取器利用拓?fù)浜突拘畔⒂靡越⒁幌盗行枰O(jiān)視和收集數(shù)據(jù)的多播路由器列表。讀取器將路由狀態(tài)信息和從計(jì)量器收集來(lái)附有時(shí)間戳的MIB數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。組播樹(shù)的查找功能可以查詢數(shù)據(jù)庫(kù)以建立一棵過(guò)去存在過(guò)的多播樹(shù)。計(jì)量器的控制由網(wǎng)管通過(guò)配置讀取器而間接控制的。這樣,讀取器就作為控制者和計(jì)量器交互的一個(gè)中介,由于在一個(gè)工作站上可能有不止一個(gè)讀取器,因此設(shè)置功能還需負(fù)責(zé)分配計(jì)量器或多播流給某一個(gè)讀取器。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、策略網(wǎng)關(guān)的作用是將結(jié)算應(yīng)用部分與計(jì)量統(tǒng)計(jì)部分隔離開(kāi)來(lái),使其在物理上可以分處在不同地方,并且可以根據(jù)需要進(jìn)行加解密以及不同協(xié)議轉(zhuǎn)換。3.1入口依據(jù)的信息本系統(tǒng)必須包含識(shí)別多播流的信息。這種信息在測(cè)量和記賬階段有很大作用,如果沒(méi)有這種信息,管理者就不得不持續(xù)查詢?nèi)肟诼酚善饕源_定多播流是否存在。3.1.1監(jiān)視和收集數(shù)據(jù)管理域中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲R(shí)有幾個(gè)用處,首先,可以用來(lái)識(shí)別多播流的入口路由器。其次,讀取器用來(lái)生成多播路由器列表以監(jiān)視它們并收集數(shù)據(jù)。現(xiàn)在,有幾種方法可以用來(lái)提供拓?fù)浒l(fā)現(xiàn),最簡(jiǎn)單是由網(wǎng)絡(luò)管理員提供靜態(tài)拓?fù)?。另?IP路由MIB和多播路由協(xié)議MIB可以用來(lái)在一個(gè)管理域中動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)所有連接和節(jié)點(diǎn)。這些支持信息為邏輯拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)提供了啟動(dòng)點(diǎn)。這里,可采用一種通用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉魉惴?也可以根據(jù)具體的多播協(xié)議DVMP、OSPF等采用一種特殊的拓?fù)渌阉魉惴ā?.1.2活動(dòng)型轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)的研究邏輯拓?fù)渚褪亲罱K要生成一棵棵多播樹(shù)。(1)查找多播路由器:多播路由協(xié)議支持在一個(gè)發(fā)送者和眾多的接收者之間建立轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù),每一個(gè)處在轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)路徑上的路由器應(yīng)當(dāng)維持它當(dāng)前正在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài)信息,這些信息的關(guān)鍵是要確定輸入接口與輸出接口,通過(guò)這些信息就可以為每一個(gè)活動(dòng)的多播組建立一棵轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)。一般通過(guò)使用SNMP查詢路由器以建立這些轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)。在此有兩種方法去進(jìn)行這種查詢:1)首先從涉及到每一個(gè)路由協(xié)議中獲得必要的路由協(xié)議控制信息(多播和可能的單播信息),這需要發(fā)現(xiàn)在一個(gè)路由器中有哪些活動(dòng)的協(xié)議,然后使用這些協(xié)議特定的MIBS(DVMRP,IGMP,PIM-SM等)去查找信息;2)使用IPv4MIB這種方法只須訪問(wèn)一種MIB而且獨(dú)立于多播路由協(xié)議。這兩種方法在實(shí)際中已經(jīng)有成熟的算法了。(2)查找接收者的拓?fù)?發(fā)現(xiàn)接收者是一個(gè)較困難的問(wèn)題,這是由于IP多播結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是保護(hù)葉節(jié)點(diǎn)路由器免于維護(hù)每一個(gè)活動(dòng)者的信息。上述算法可能不能發(fā)現(xiàn)所有處于同一連接上的接收者。更準(zhǔn)確地講,困難在于動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)每一個(gè)接收者,除非接收者在一個(gè)固定連接上。3.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與顯示能力我們不需要特別的多播計(jì)量器,多播路由器本身具有保存每個(gè)流(〈S,G〉)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并能通過(guò)SNMP報(bào)告數(shù)據(jù)的能力。IPv4多播路由MIB要求每個(gè)多播路由器保存上述信息,這樣就可以使用這些數(shù)據(jù)計(jì)算多播樹(shù)路徑上每一連接的費(fèi)用。同時(shí)收集相應(yīng)的QoS信息,只要它們也使用SNMP協(xié)議或者由管理者通過(guò)策略設(shè)置可以根據(jù)自己的特定多播協(xié)議進(jìn)行收集。3.3流量統(tǒng)計(jì)和反開(kāi)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)計(jì)量讀取器有以下幾個(gè)功能:1)使用SNMP從計(jì)量器收集MIB數(shù)據(jù);2)將它們聚集儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中;3)在記賬時(shí)提供這些數(shù)據(jù)。可以使用多播路由器保存的每個(gè)〈S,G〉輸入和輸出報(bào)文統(tǒng)計(jì)作為流計(jì)量。這些計(jì)量器保存所有從開(kāi)始(下游接收者出現(xiàn)時(shí))到結(jié)束(下游接收者退出時(shí))流經(jīng)該路由器的流量統(tǒng)計(jì)信息。每當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)流的新報(bào)文,就更新該流的報(bào)文或字節(jié)統(tǒng)計(jì)。同時(shí)它也將相應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給別的管理域。3.4會(huì)計(jì)準(zhǔn)備、會(huì)計(jì)處理和會(huì)計(jì)結(jié)算它們是支付層、結(jié)算層以及賬務(wù)層的實(shí)體,其主要作用是將采集的數(shù)據(jù)根據(jù)相應(yīng)的策略進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)換算以及最終生成用戶可見(jiàn)的支付信息。4pip-nar數(shù)據(jù)的處理多播組內(nèi)的成員可能不僅僅只存在于一個(gè)管理域內(nèi),各個(gè)域之間就必須交換計(jì)費(fèi)、拓?fù)涞刃畔?。為了便于交換信息,有必要對(duì)所收集的數(shù)據(jù)使用一種通用的數(shù)據(jù)格式記錄,在此選用PIP-NAR專用賬務(wù)記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。首先,讀取器將收集來(lái)的數(shù)據(jù)填入記錄,然后將其或在域內(nèi)或在域間傳送。PIP-NAR數(shù)據(jù)格式包括用于IP流的資源預(yù)留和資源使用的信息、計(jì)量器所在點(diǎn)的標(biāo)識(shí)、用于支持不同類型PIP-NARS記錄描述以及流的唯一標(biāo)識(shí)。關(guān)于PIP-NAR的細(xì)節(jié)在文獻(xiàn)中有詳細(xì)介紹。5虛擬連接的分配算法多播費(fèi)用的分?jǐn)偺貏e是接收者之間如何分?jǐn)偸且粋€(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題,它直接體現(xiàn)計(jì)費(fèi)是否公正,下面以計(jì)算節(jié)點(diǎn)D為例(見(jiàn)圖3)介紹幾種算法。(1)連接分配(改進(jìn):)ELSD將一連接費(fèi)用根據(jù)接收者對(duì)該連接的利用率,按比例分?jǐn)偟浇邮照摺?2)基于下一跳的分配:ENHS是將一個(gè)連接所需費(fèi)用平均分?jǐn)偟皆诮M播樹(shù)中該連接的所有下一跳上,這種方法反復(fù)遞歸使用一直到接收者為止,接收者作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)可看作連接的一部分(虛擬連接)。從上述結(jié)果和圖示相比較看,ELSD的改進(jìn)方法在不考慮QoS時(shí)較為公平合理。上述的分配算法完全沒(méi)考慮QoS,下面的兩個(gè)算法則考慮了這一問(wèn)題。(3)IcrementShare(IS)增量分?jǐn)?它是根據(jù)直接相連的每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)留資源要求,將一個(gè)連接的費(fèi)用進(jìn)行劃分的。也就是說(shuō),它允許用戶可以請(qǐng)求任意QoS等級(jí)資源預(yù)留,接收者將平均分?jǐn)偹械陀诨虻扔谒?qǐng)求的QoS等級(jí)的差額。舉例說(shuō)明如下:假定3個(gè)用戶A、B、C對(duì)某一連接分別請(qǐng)求了3Mbps、5Mbps、6Mbps帶寬資源預(yù)留,每一Mbps預(yù)留資源所需費(fèi)用為一個(gè)MU。自然,這一連接最終的費(fèi)用是預(yù)留6Mbps帶寬的費(fèi)用即6MU,那么用戶B根據(jù)IS所應(yīng)攤的費(fèi)用計(jì)算如下:(4)TheProportionalSharing(PS)按比例分?jǐn)?它在分?jǐn)偰骋贿B接時(shí)是按照用戶所請(qǐng)求的QoS的比例來(lái)分?jǐn)?同IS比較而言,它在進(jìn)行費(fèi)用分?jǐn)傆?jì)算時(shí)只需局部信息(某一特定的接收者/節(jié)點(diǎn)所要求的預(yù)留資源),另外PS還可以同前述的ENHS、ELSD結(jié)合起來(lái)用,特別是同ENHS相結(jié)合時(shí),能有效實(shí)現(xiàn)基于QoS的分?jǐn)偹惴?舉例如下,各參數(shù)說(shuō)明如IS例:6流量不能及時(shí)發(fā)賬現(xiàn)有的IP多播模式對(duì)接收者要求顯式加入一個(gè)或多個(gè)組,但是對(duì)發(fā)送者則沒(méi)有這個(gè)要求,然而,多播計(jì)費(fèi)要想實(shí)用,它必須做到網(wǎng)絡(luò)上的每一流量都要有