一种多播缴费框架的研究

一种多播缴费框架的研究

1多播协议的适用性现在，主要的收费方式有三种：（1）由于依赖特定的双重发送协议，很难进行一致性。（2）该模式仅考虑一个独立区域，不完整。（3）它重视单源发送，不考虑动态情况。此外,大多数方案忽略QoS问题。2多播流的控制层本方案独立于某一具体的多播协议,可以在多个AS系统之间实现多播计费,在费用分摊算法上也兼顾了QoS增进的预留资源服务,当然各用户可根据自己的需要通过策略设置来选用或配置自己的特定需要。图1显示了将整个多播计费分为5个层次以及它们之间的相互关系。图的左边5层是计费处理层,右边5层是相应的策略层主要是通过配置参数对其相应处理层提出具体的要求,配置面板提供了策略层与处理层之间的交互接口。(1)计量层:它的主要作用是获取预留资源的信息以及统计网络资源使用的数据,在多播环境下,计量器一般位于边界路由器和多播树的分支处。(2)数据采集层:其实体主要负责从计量实体获取相关的数据,并将其转给账务层处理。因此,本层要能够选择恰当的计量器,计量数据的收集和转发可以由明确的指令启动也可以由相应的事件触发(如检测到一个新的多播流)。在多管理域环境下,本层也负责将相应数据转发给其他的管理域。(3)账务层:账务层的实体将采集层所收集的数据(包括由其他管理域所传来的)和预留资源信息,并根据所需服务的参数进行整合,生成一个账务数据集合(如账务记录等),然后将这些数据转给结算层。此外,为了计费算法的需要,它还须具备重构多播拓扑包括各种分支节点的功能。(4)结算层:结算实体根据具体结算参数从相应的数据集中导出多播费用,不同的结算标准可以应用于相同的数据集,也可以并行地进行不同结算标准的计算,其结果除了转给支付层外,也可直接应用于分析研究之用。(5)支付层:支付层将结算层所算出的网络费用转化成货币表示,当然,在具体转化时,既要考虑技术的因素,也要考虑市场的因素。3网络带及相关功能模块根据上述的分层原则,现在提出一个单个管理域中的多播计费的整体结构(图2),当然各个管理域可以采用自己的计费管理结构,所以提出这样的多播计费结构主要是有以下一些特点:1)独立于具体的多播协议;2)兼顾了QoS;3)充分利用现有的网络的资源,几乎不需要增加额外的设备,具有一定的可扩展性。其各部分相互作用大致为:基本信息为拓扑发现提供一个出发点,类似地,拓扑知识可以提供从源点出发的第一跳路由器地址,用于初始化组播树的查找。读取器利用拓扑和基本信息用以建立一系列需要监视和收集数据的多播路由器列表。读取器将路由状态信息和从计量器收集来附有时间戳的MIB数据存入数据库中。组播树的查找功能可以查询数据库以建立一棵过去存在过的多播树。计量器的控制由网管通过配置读取器而间接控制的。这样,读取器就作为控制者和计量器交互的一个中介,由于在一个工作站上可能有不止一个读取器,因此设置功能还需负责分配计量器或多播流给某一个读取器。数据网关、策略网关的作用是将结算应用部分与计量统计部分隔离开来,使其在物理上可以分处在不同地方,并且可以根据需要进行加解密以及不同协议转换。3.1入口依据的信息本系统必须包含识别多播流的信息。这种信息在测量和记账阶段有很大作用,如果没有这种信息,管理者就不得不持续查询入口路由器以确定多播流是否存在。3.1.1监视和收集数据管理域中的网络拓扑知识有几个用处,首先,可以用来识别多播流的入口路由器。其次,读取器用来生成多播路由器列表以监视它们并收集数据。现在,有几种方法可以用来提供拓扑发现,最简单是由网络管理员提供静态拓扑。另外,IP路由MIB和多播路由协议MIB可以用来在一个管理域中动态发现所有连接和节点。这些支持信息为逻辑拓扑发现提供了启动点。这里,可采用一种通用的网络拓扑搜索算法,也可以根据具体的多播协议DVMP、OSPF等采用一种特殊的拓扑搜索算法。3.1.2活动型转发树的研究逻辑拓扑就是最终要生成一棵棵多播树。(1)查找多播路由器:多播路由协议支持在一个发送者和众多的接收者之间建立转发树,每一个处在转发树路径上的路由器应当维持它当前正在转发数据的状态信息,这些信息的关键是要确定输入接口与输出接口,通过这些信息就可以为每一个活动的多播组建立一棵转发树。一般通过使用SNMP查询路由器以建立这些转发树。在此有两种方法去进行这种查询:1)首先从涉及到每一个路由协议中获得必要的路由协议控制信息(多播和可能的单播信息),这需要发现在一个路由器中有哪些活动的协议,然后使用这些协议特定的MIBS(DVMRP,IGMP,PIM-SM等)去查找信息;2)使用IPv4MIB这种方法只须访问一种MIB而且独立于多播路由协议。这两种方法在实际中已经有成熟的算法了。(2)查找接收者的拓扑:发现接收者是一个较困难的问题,这是由于IP多播结构的设计就是保护叶节点路由器免于维护每一个活动者的信息。上述算法可能不能发现所有处于同一连接上的接收者。更准确地讲,困难在于动态发现每一个接收者,除非接收者在一个固定连接上。3.2数据统计与显示能力我们不需要特别的多播计量器,多播路由器本身具有保存每个流(〈S,G〉)的统计数据并能通过SNMP报告数据的能力。IPv4多播路由MIB要求每个多播路由器保存上述信息,这样就可以使用这些数据计算多播树路径上每一连接的费用。同时收集相应的QoS信息,只要它们也使用SNMP协议或者由管理者通过策略设置可以根据自己的特定多播协议进行收集。3.3流量统计和反开网统计计量读取器有以下几个功能:1)使用SNMP从计量器收集MIB数据;2)将它们聚集储存在数据库中;3)在记账时提供这些数据。可以使用多播路由器保存的每个〈S,G〉输入和输出报文统计作为流计量。这些计量器保存所有从开始(下游接收者出现时)到结束(下游接收者退出时)流经该路由器的流量统计信息。每当转发一个流的新报文,就更新该流的报文或字节统计。同时它也将相应数据转发给别的管理域。3.4会计准备、会计处理和会计结算它们是支付层、结算层以及账务层的实体,其主要作用是将采集的数据根据相应的策略进行数据统计、数据换算以及最终生成用户可见的支付信息。4pip-nar数据的处理多播组内的成员可能不仅仅只存在于一个管理域内,各个域之间就必须交换计费、拓扑等信息。为了便于交换信息,有必要对所收集的数据使用一种通用的数据格式记录,在此选用PIP-NAR专用账务记录来实现这一目的。首先,读取器将收集来的数据填入记录,然后将其或在域内或在域间传送。PIP-NAR数据格式包括用于IP流的资源预留和资源使用的信息、计量器所在点的标识、用于支持不同类型PIP-NARS记录描述以及流的唯一标识。关于PIP-NAR的细节在文献中有详细介绍。5虚拟连接的分配算法多播费用的分摊特别是接收者之间如何分摊是一个较复杂的问题,它直接体现计费是否公正,下面以计算节点D为例(见图3)介绍几种算法。(1)连接分配(改进:)ELSD将一连接费用根据接收者对该连接的利用率,按比例分摊到接收者。(2)基于下一跳的分配:ENHS是将一个连接所需费用平均分摊到在组播树中该连接的所有下一跳上,这种方法反复递归使用一直到接收者为止,接收者作为一个节点可看作连接的一部分(虚拟连接)。从上述结果和图示相比较看,ELSD的改进方法在不考虑QoS时较为公平合理。上述的分配算法完全没考虑QoS,下面的两个算法则考虑了这一问题。(3)IcrementShare(IS)增量分摊:它是根据直接相连的每个节点预留资源要求,将一个连接的费用进行划分的。也就是说,它允许用户可以请求任意QoS等级资源预留,接收者将平均分摊所有低于或等于他所请求的QoS等级的差额。举例说明如下:假定3个用户A、B、C对某一连接分别请求了3Mbps、5Mbps、6Mbps带宽资源预留,每一Mbps预留资源所需费用为一个MU。自然,这一连接最终的费用是预留6Mbps带宽的费用即6MU,那么用户B根据IS所应摊的费用计算如下:(4)TheProportionalSharing(PS)按比例分摊:它在分摊某一连接时是按照用户所请求的QoS的比例来分摊,同IS比较而言,它在进行费用分摊计算时只需局部信息(某一特定的接收者/节点所要求的预留资源),另外PS还可以同前述的ENHS、ELSD结合起来用,特别是同ENHS相结合时,能有效实现基于QoS的分摊算法,举例如下,各参数说明如IS例:6流量不能及时发账现有的IP多播模式对接收者要求显式加入一个或多个组,但是对发送者则没有这个要求,然而,多播计费要想实用,它必须做到网络上的每一流量都要有