第10章信令网的拥塞控制

98.5tycrf第十章信令网的拥塞控制为保证信令网在拥塞的情况下仍能可靠地传递信令消息，CCITT在研究提出NO.7信令方式的过程中，对信令网的拥塞控制进行了大量的研究，提出了基本的控制原理和方法。本章介绍这方面的内容。GG话务BACDEDE间话网拥塞图10.1异常高话务量造成信令网拥塞示例随着信令网的发展及综合利用，信令网中信令链路的负荷会逐步增大。当遇到异常情况时，信令网的局部就可能产生过负荷，致使信令消息传递的时延过长，超出规定的要求，造成信令网的拥塞。信令网中发生局部拥塞的原因大体有两种。一种是到达某目的地的信令路由组出现了异常高的信令业务量；一种是网络中出现了多重链路故障，导致信令业务量向某信令链路的大量集中。图10.1是电话网采用No.7信令方式时，由于局部通话电路出现异常高的话务量造成电路拥塞致使信令网中某一路由过负荷的例子。图中A、B、C交换局到D和E两个交换局采用准直联方式。信令需经过信令转接点F和G转接。假如D和E交换局间的话务量出现高峰值造成局间话路群拥塞，必将增加A、B、C三个交换局到D和E两个交换局的重复呼叫，产生虚假话务量，致使两个信令转接点F和G间的信令负荷过大而拥塞。多重链路故障造成信令网局部拥塞的例子如图10.2所示。在信令点SP1和SP2间共有四条信令链路L1、L2、L3、L4。如果其中的三条链路故障，那么SP1和SP2间的全部信令业务将由剩一条信令链路(L4)来承担。当信令业务量很大时，该信令链路的信令业务量达到一定程度就会造成拥塞。98.5tycrfSTPSTPL1L2××SP1L3L4××STPSTPSP1图10.2多重链路故障造成信令网拥塞示例信令网发生拥塞时，如不采取控制措施，还可能使局部的拥塞向信令网的其它部分扩展。导致信令网中拥塞情况的进一步恶化。因此，必须对信令网的拥塞加以控制，以提高信令网的可靠性。10.1概述10.1.1拥塞控制的基本方法信令网的拥塞控制实质上是拥塞信令链路或信令路由组的消息信令流量的控制问题。随着NO.7信令系统及网络结构的不断完善，拥塞控制的理论和方法也在不断地补充和完善。当前提出的拥塞控制方法概括起来说主要是：在信令网的工作中各信令点要密切监视信令链路信令消息的传送流量，当发生拥塞时，检测出拥塞状态，按照预先确定的原则，通过拥塞控制手段，通知相关部分，减少或停止发送消息信令单元。一旦信令业务负荷低于拥塞的消除门限时，则解除拥塞状态，通知相关部分恢复正常发送和接收。当拥塞超过一定时限或达到一定程序时，要发出信令链路故障指示并暂中断其业务。10.1.2实现拥塞控制要解决的基本问题为达到上述控制目的，必须解决如下几个方面的技术问题：(1)确定拥塞的检测方法（与工程实施有关）；(2)确定合理的拥塞检出门限；98.5tycrf(3)掌握各信令链路或信令路由组拥塞状态，并通过一定手段来管理这些状态；(4)监视信令链路或路由组状态的变化，区分变化的原因是链路故障还是拥塞；实现拥塞消除转为正常工作及拥塞超过时限转为故障状态的控制；(5)根据拥塞状态及消息拥塞的优先权、舍弃门限等确定消息的发送或舍弃、控制源信令点的消息流量；(6)根据拥塞状态，控制用户部分消息的发送量。10.1.3信令网各功能级的拥塞控制作用信令网的拥塞控制是一个相当复杂的过程。为达到有效控制的目的，在No.7信令网中，整个控制过程是由信令网的第二、三、四功能级共同配合完成的。各功能级的拥塞控制作用如表10-1所示。表10-1信令网中各功能级拥塞控制作用功能级拥塞控制功能第二级（信令链路功能）检测拥塞状态；区分信令链路故障还是产生拥塞；使用信令差错检测手段监视拥塞的变化；进行第二级信令流量控制第三级（信令网功能级）拥塞状态管理，执行受控传递过程和拥塞测试过程，实施第三级信令流量控制；向第四级发出拥塞指示原语，通知第四级拥塞状态及拥塞目的地第四级（用户部分）分配消息拥塞优先等级；根据拥塞状态按预先确定的原则决定减少或停发用户部分产生的消息或恢复正常的接收和发送10.2拥塞控制方式的分类为适应不同结构及业务量信令网的需要，在NO.7信令方式中，规定拥塞控制方式有两种：单一拥塞级控制方式和多拥塞级控制方式。在后一种控制方式中，又可分为有拥塞优先权和无拥塞权两种。98.5tycrf如图10-3所示。图10.3所谓单拥塞级控制方式，是指在拥塞控制中对于信令链路或信令路由组只设置一级拥塞控制级并据此进行控制的过程。所谓多拥塞级控制方式，是指在拥塞控制中，设置多于一个拥塞控制级据此进行控制的过程。有拥塞优先权和无拥塞优先控制方式，是指在多拥塞控制级的控制方式中，是否采用根据拥塞等级来确定信令消息发送的优先等级，以决定拥塞情况下信令消息发送与舍弃的控制方式。在有优先权和无优先权多拥塞级控制方式中，两者都必须根据拥塞的有进行拥塞的控制过程，两者的区别仅在于，前者要根据用户的不同、消息的不同，规定消息发送的优先权，即当信令链路处于某拥塞状态时，消息的发送与否，不仅取决于信令链路的拥塞状态，而且要取决于消息发送的优先级。后者在决定消息发送与否时，对各消息则一视同仁，只是不同的拥塞状态下，限制消息发送的百分比不同。一般来说，拥塞级越高，限制消息发送的百分比越高。NO.7信令方式同时规定，国际电话网中采用单拥塞级控制方式。对于国内电话网，为满足传送多种业务和有效地利用信令网，可用与国际网相同的控制方式，也可采用多拥塞级的控制方式。在选用多拥塞级的情况下，可采用有拥塞优先权或无优先权中的一种。采用何种方式，由各国电信主管部门根据本国实际情况来决定。十分明显，在上述的各控制方式中，单拥塞级控制方式相对较简单些，而多拥塞级控制方式特别是有拥塞优先权的多拥塞控制方式则要复杂得多。根据我国电话网的发展状况，在1990年我国制定的“中国电话网NO.7信令方式技术规范”（暂行规定）中，确定现阶段我国NO.7信令网的拥塞控制采用无拥塞优先级的控制方式。此方式类似于国际网的控制方式，但采用了多个拥塞状态。单拥塞级控制方式有拥塞优先权拥塞控制方式无拥塞优先权多拥塞级控制方式98.5tycrf10.3信令链路及信令路由组的拥塞状态实现信令网的拥塞控制，首先要解决的问题是：检测并确定一个信令点至另一信令点信令链路及信令路由组的拥塞状态。这也是拥塞控制的基础。这里介绍拥塞门限及设置原则，拥塞状态的确定等理论和方法。10.3.1拥塞控制门限及设置原则为了定量地判断拥塞的状态并实施有效的控制，必须设置一系列的拥塞控制门限，在NO.7信令方式中提出的拥塞控制门限主要有：为了检测拥塞的发生，设置了拥塞程度的开始门限；在拥塞解除时，设置了判断拥塞解除的拥塞消除门限；在拥塞发生后，为了减少消息信令的流量，设置了决定消息发送与否的舍弃门限。由于国际信令网是单级拥塞控制方式，因此只设一个拥塞开始、消除门限。国内网采用多拥塞级控制方式时，在有优先级的情况下，设N(1≤N≤3)个分开的拥塞起始门限及N个消除门限、舍弃门限。在无优先级的情况下可设S级(1≤S≤3)门限。为了使拥塞停止后的恢复过程中有一个滞后时间，各拥塞消除门限应低于相对应的拥塞开始门限，在多拥塞等级的情况下要高于下一级拥塞开始门限。同时，在多拥塞等级的情况下，为减少消息的丢失，拥塞的舍弃门限要高于同等级的拥塞开始门限等于或低于比它高一级的拥塞开始门限，以便使控制更有效。另外，为防止信令链路经常地检出拥塞和解除拥塞的情况频繁地进行，拥塞开始门限和消除门限间都要有一定的距离。至于信令链路拥塞的检测中，是监视信令消息占用总缓冲区（发送和重发）容量的比例，还是监视发送和重发缓冲器消息的总数、发送信令消息的排队时延，以及确定上述各种门限的具体参数等，要取决于具体的工程实施，NO.7信令方式未做具体规定。在下面的叙述中，是以缓冲器的占用总量来检测的。10.3.2信令链路拥塞状态的确定由于拥塞状态况在信令网中是随着拥塞的变化而动态变化的，为98.5tycrf了在多拥塞等级的情况下确定信令链路的拥塞状态，CCITT在NO.7信令方式中提出了确定当前信令链路拥塞状态的原则方法：1、国内网选用有优先级的多拥塞门限时信令链路的拥塞状态由于在这种方式可设N级(1≤N≤3)门限，因此信令链路的拥塞状态设有0、1、2、3共4种状态：(1)在信令网正常运行的情况下，即未发生拥塞时，信令链路的拥塞状态值为；(2)产生拥塞后，信令链路的拥塞状态由缓冲器占用量超过的寻了高拥塞开始门限决定，即当拥塞开始后，缓冲器占用量开始增加，此时如果缓冲器占用容量超过最高拥塞开始门限为n，那么当前信令链路的拥塞状态值为n。如图10.4所示。来自第三级n+1(拥塞开始门限)n(拥塞开始门限)去信号链路缓冲器占用量图10.4信令链路拥塞状态＝n(拥塞开始)(3)拥塞消除后，信令链路拥塞状态由比降低后缓冲器占用容量还低的那个最低拥塞消除门限决定。即当缓冲器占用容量下降至拥塞消除门限n(n=1…N)以下时，解除该级拥塞，信令链路的拥塞状态值＝n-1。如图10.5所示。来自第三级nn-1去信号链路缓冲器占用量拥塞开始门限拥塞消除门限图10.5信令链路拥塞状态＝n(拥塞消除)98.5tycrf2、国内网采用无优先级的多拥塞控制方式时，信令链路的拥塞状态在这种情况下，设S+1级(1≤S≤3)信令链路拥塞状态，最高为S，最低为0。在正常情况下，即未出现拥塞时，信令链路状态值为0；拥塞的情况变化时，缓冲器占用容量超过拥塞开始门限或降低到低于拥塞消除门限时，由定时机理来确定信令链路的拥塞状况。拥塞开始后，当缓冲器占用容量超过拥塞某一开始门限S时，那么第一个信令链路的拥塞状态值为S。此后，如果在Tx的时间间隔内，缓冲器占用容量继续高于第一个开始门限，则应修正拥塞状态值为S+1。如果在Ty的时间间隔内缓冲器占用容量继续低于消除门限，则应修正信令链路拥塞状态值为S-1。如果在Tx或Ty时间间隔内缓冲器战胜容量无变化，则信令链路的拥塞状态值不变。10.3.3信令路由组拥塞状态的确定每一个信令起源点都有一个拥塞状态与信令路由组相对应。此拥塞状态指出信令路由组的拥塞状况。为什么有了信令链路的拥塞状态，还要确定信令路由组的状态呢？这是因为如果到某一目的地的信令路由中有一条信令链路发生拥塞，那么就有可能影响到承载相同精力到该目的地的路由组中的各个链路，甚至造成整个信令路由组的拥塞。信令路由组拥塞状态，即其拥塞程度取决于该路由组中信令链路的拥塞程度。在国际信令网中，信令链路是单级拥塞控制形式，即只有一个拥塞和拥塞消除状态。因此，国际信令网的路由组拥塞状态也只有拥塞和消除拥塞两个状态。在国内选用有优先权的多拥塞的情况下，有N+1个信令路由组拥塞状态。同样在信令路由组状态值＝0时，表示该信令路由组没有发生拥塞。在采用没有优先权的国内网中，信令路由组拥塞状态有S+1个，最低值为0，最高为S。信令路由组拥塞状态随着拥塞程度的变化，拥塞或消除拥塞状态值的确定原则与信令链路的情况相同，这里不再赘述。98.5tycrf10.3.4消息拥塞优先权与消息的舍弃1、消息拥塞优先权消息拥塞优先权是为消息发送时分配的优先等级。亦称拥塞优先权。国际信令网中，采用单拥塞级控制方式，不设拥塞优先权。用户部分可为所产生的消息分配优先等级，然而在拥塞状态下，消息的舍弃判决仍在用户部分进行，消息传递部分(MTP)仅仅在资源到达极限时，才开始舍弃消息。采用多拥塞级的国内信令网中，为每一消息信令分配一个拥塞优先权。在有优先权的情况下，拥塞优先权分为N+1级(1≤N≤3)，最低级为0级，最高级为N级，为了保证信令网最基础的信令传送要求，将最高级分配给信令网管理消息（拥塞测试消息除外）。2、信令链路的拥塞舍弃状态如前所述，为了减少拥塞信令链路的信令消息流量，要设置消息的舍弃门限。在采用多拥塞级的国内网中，可设N个(1≤N≤3)分开的舍弃门限及N+1个舍弃状态，以决定消息拥塞状态下的取舍。在信令网的工作中，若当前缓冲器占用容量没有超过拥塞舍弃门限1，那么当前信令链路的舍弃状态值为0。如果当前缓冲器占用容量已超过拥塞舍弃门