一種基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法
2023-06-09 06:31:26 1
專利名稱：一種基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法
技術領域：
本發明涉及在具有共享鏈路的網絡中，實施共享帶寬動態分配的一種處理方法，在網絡通訊領域有很強的實用價值。
背景技術：
如圖1所示，在實際網絡中，並不是隨時都存在足夠資源，使不同的數據流擁有完全獨立的流量路徑，因此不可避免地存在多條數據流經過相同路徑，共享一段帶寬有限的鏈路。在配置共享鏈路帶寬時，通常會遇到以下問題。
可操作性問題配置方法複雜，專業性強，需要網絡設備製造商的技術支持人員進行指導，用戶自行配置易出錯。
合理性問題用戶通常知道每條連接數據流的重要性，卻只能簡單採用固定帶寬分配方法為每條連接分配相應帶寬，這種分配方法隨意性較大，存在不合理因素。
靈活性問題用戶常常希望在保證合理性的基礎上，根據自身需求，能夠進行更為靈活帶寬配置組合，比如允許分配的帶寬值在一定的容忍範圍內進行浮動。
及時性問題用戶完成帶寬分配後，通常很長時間內保持不變，更新率低。不能及時根據網絡流量變化調整，以使有限的帶寬優化配置。
為解決以上網絡中共享帶寬分配的問題，需要研究一種易操作、合理的、靈活的、及時的、能充分利用網絡資源和提升網絡效率的實時動態帶寬分配算法。這裡的「實時」表現這種帶寬分配算法的及時性，「動態」則表現了這種算法進行帶寬配置需要根據動態變化的流量為主要依據。在這種情況下，通常會首先考慮到應用流量反饋進行實時帶寬分配控制。但是網絡帶寬分配的控制具有其特殊性，具體表現在帶寬限制的控制方法對使用不同協議的源流量影響是不確定的，其作用使不同協議的源流量增加、減少或者不變都是有可能的。因此流量反饋的實時帶寬分配控制方案，在研究的動態帶寬分配算法上，並不是理想的研究方向。
發明內容
本發明在考慮到上述情況之後作出，本發明的目的就是在網絡通信帶寬分配領域，結合自動控制理論，利用所發明的利用主導因子法(Serial Dominant Gene with Priority，SDGP)對鏈路帶寬進行動態分配的方法，引入主導因子ξ和容忍因子ρ，實現對具有共享帶寬鏈路網絡進行合理的、靈活的、及時的動態帶寬分配。
為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，其具有以下處理流程步驟一，通過對用戶需求、數據流優先級及流量的分析，在未進行帶寬分配的數據流中，針對優先級最高的數據流，產生一個影響該條數據流帶寬分配的決策判斷值；步驟二，根據這個決策判斷值，系統將決定該流量相應的動態帶寬分配策略，並對該數據流分配帶寬；步驟三，利用系統中的剩餘帶寬，繼續對優先級更低的數據流進行基於主導因子法的共享帶寬分配。
所述步驟一進一步包括A.動態帶寬分配過程開始初期，確定該共享鏈路最大可分配給所有數據流的帶寬值和經過該鏈路的各條數據流優先級及流量；B.根據用戶需求，確定適當的主導因子ξ和容忍因子ρ參數；C.根據主導因子ξ，計算目前優先級最高數據流的主導帶寬Bwξi，從而確定該數據流的帶寬搶佔能力；D.根據主導帶寬Bwξi和容忍因子ρ，計算目前優先級最高數據流的容忍帶寬Bwtoli，確定該數據流的容忍能力。
所述步驟二進一步包括比較該流實際流量和容忍帶寬Bwtoli大小，根據不同比較結果，用不同策略分配共享帶寬的處理過程。
所述步驟三進一步包括利用鏈路的剩餘共享帶寬，利用主導因子法遞歸分配剩餘優先級更低數據流的共享帶寬的處理過程。
採用本發明所述方法，相對於傳統共享帶寬分配方法，可以實現對鏈路共享帶寬進行更為合理的、靈活的、及時的分配。
圖1是具有共享帶寬鏈路網絡示意圖。
圖2是本發明所述方法的原理流程示意圖。
圖3是本發明所述方法的系統實現示意圖。
具體實施例方式
圖2是本發明所述方法的原理流程圖。在具有共享帶寬鏈路網絡中，某條鏈路總共享帶寬為Bwmax。某時刻，該鏈路具有N條優先級從Pri0到PriN-1(Prii＝Prii+1或Prii＝Prii+1-1，0≤i≤N-2)的數據流，其中優先級數值越小，代表優先級越高，故Pri0＝0優先級最高，且不存在優先級跳躍情況。從優先級Pri0到PriN-1，具有相同優先級的數據流條數表示為e0、e1、e2......ek(0≤k≤N-1)，其中k表示N條數據流中，共有k個不同的優先級別，且em(0≤m≤k)與N具有以下關係m=0kem=N]]>(其中0≤k≤N-1)在步驟201中，當使能主導因子法後，系統將進行周期為T的實時檢測和調整，重新分配從Bw0到BwN-1的各條數據流應得帶寬。重新分配帶寬的計算順序為基於每流的優先級，從優先級最高的流開始，逐步分配帶寬，直到優先級最低的數據流帶寬分配完畢。Bwi表示第i條流應分配的帶寬，Bwrevi則表示第i條流分配後，鏈路剩餘的共享帶寬量。兩者關係是為Bwrevi＝Bwi+1+Bwrev(i+1)(其中0≤i≤N-2)且不難推導Bwi、Bwrevi和Bwmax的關係為Bwrevi=Bwmax-j=0iBwj]]>(其中0≤i≤N-1、0≤j≤N-1)在進行每條數據流的帶寬分配時，根據用戶需求，特引入兩個重要調節控制因子主導因子ξ和容忍因子ρ。ξi(0≤i≤N-1)表示第i條數據流的主導因子；ρi(0≤i≤N-1)表示第i條數據流的容忍因子。通常需求下，網絡中所有數據流的主導因子都相同，且所有數據流的容忍因子也相同，即ξi＝ξ，ρi＝ρ(0≤i≤N-1)。
主導因子ξi的物理意義表示第i條數據流相較其餘優先級更低的數據流，在共享鏈路剩餘帶寬中應該分配得到帶寬的比率。經過主導因子處理過的目前剩餘帶寬稱為第i條流的主導帶寬，表示為Bwξi(0≤i≤N-1)。Bwξi在利用主導因子法進行帶寬分配時，具有重要作用。當共享帶寬的數據流優先級嚴格區分，互不相同的情況下，Bwξi計算方法為Bwξ0＝Bwmax×ξBwξi＝Bwrev(i-1)×ξ (其中1≤i≤N-1)當共享帶寬的數據流優先級存在重疊現象時，需要利用em(0≤m≤k)對以上兩個公式實施改進，以支持優先級重疊時Bwξi的計算。假設對Prii-1(1≤i≤N-1)分配後，剩餘保留帶寬為Bwtemp，繼續對em條優先級為Prii流進行帶寬分配。其帶寬分配策略為，利用主導因子法對這em條優先級為Prii流分配時，其使用的保留帶寬恆等於Bwtemp，主導因子調整為ξ′＝ξ/em。完成對em條Prii流分配後，剩餘保留帶寬為Bwrev(i+em)。如果系統還存在優先級更低的Prii+1流量時，繼續利用Bwrev(i+em)對優先級為Prii+1的數據流進行主導因子法分配帶寬，直至優先級最低的所有數據流都分配完成。上述算法為相同優先級數據流分配奠定基礎。下面幾個公式顯示了支持優先級重疊的Bwξi改進算法。
Bwξ0＝Bwmax×ξ′ (其中ξ′＝ξ/e0)當Prii＝Prii-1+1時，Bwξi＝Bwrev(i-1)×ξ′ (其中ξ′＝ξ/em、1≤i≤N-1、0≤m≤k)Bwtemp＝Bwrev(i-1)(其中1≤i≤N-1)當Prii＝Prii-1時，Bwξi＝Bwtemp×ξ′(其中ξ′＝ξ/em、1≤i≤N-1、0≤m≤k)下文未加說明處，所使用的主導帶寬Bwξi均指利用支持優先級重疊的改進算法，由上述4個公式計算得到的。
容忍因子ρi的物理意義表示當第i條流實際流量不足其Bwξi帶寬時，是否容忍其繼續佔有多餘帶寬與主導帶寬Bwξi的比率。值得注意的是，容忍因子ρ根據其應用方式不同，表現出較大靈活性，不僅適用於本節SDGP算法需要，即系統中流量不足引起的「下容忍」，也可以調節流量過載引起的「上容忍」，甚至對系統剩餘保留帶寬Bwrev也能進行容忍範圍調節。本節研究的SDGP算法中所涉及的「下容忍」標線稱為容忍帶寬，表示為Bwtoli，其具體算法為Bwtoli＝Bwξi×(1-ρ)(其中0≤i≤N-1)在步驟202中，T周期內的第i條數據流實際流量表示為Fluxi(0≤i≤N-1)，當第i條流分配帶寬時，先利用容忍帶寬Bwtoli與Fluxi進行比較，根據比較的結果不同，進行相應的帶寬分配。如果判斷為不能容忍第i條流分配到過多帶寬，則只對第i條流分配其流量加上容忍因子所容忍的最大額度流量帶寬；如果判斷為第i條流的閒置帶寬為0，或者在容忍範圍之內，對其分配的帶寬等於主導帶寬Bwξi大小。具體實施分配策略如下Bwi＝Bwξi(0≤i≤N-1，當Fluxi≥Bwtoli時，步驟203的處理操作)Bwi＝Fluxi+Bwξi×ρ (0≤i≤N-1，當Fluxi＜Bwtoli時，步驟204的處理操作)在步驟206中，在T周期內判斷是否利用主導因子法完成所有數據流的帶寬分配。如果還存在優先級更低的數據流需要動態分配帶寬，根據步驟205記錄剛才完成帶寬分配數據流的帶寬狀況；否則，執行步驟207延時到下一個周期到來，接著執行步驟208配置動態帶寬分配數據到硬體，根據下一個周期到來時的實時流量狀況再次利用主導因子法，進行帶寬分配，從而實現基於主導因子算法的實時動態帶寬分配。
由上分析，結合主導因子ξ和容忍因子ρ的物理意義，可以得到下面結論主導因子ξ越大，當優先級高的數據流流量足夠大時，總是能分配到更多的帶寬；容忍因子ρ越大，表示該條流能被容忍佔有更多的閒置帶寬。用戶可以根據自身業務需要，方便地調節主導因子ξ和容忍因子ρ，使主導因子算法在實時動態帶寬的分配上，取得用戶預想的效果。
本發明所述方法中，主導因子ξ和容忍因子ρ之間關係表現為，主導因子ξ對共享帶寬進行主要地、粗糙地分配和調節；容忍因子ρ則對ξ調整後的帶寬進行細微地，靈活地二次調配。只有兩者相互配合，共同作用，才能根據系統流量及時合理地利用主導因子算法進行系統的實時動態帶寬分配。
圖3在基於主導因子法的動態共享帶寬分配方法原理基礎上，顯示了其系統實現示意圖。考慮到工程實現的方便性、移植性和維護性，本發明採用算法組件化思想對主導因子算法系統劃分為三大組件單元主導因子算法核心單元(SDGP Kernel Unit)、數據流信息收集單元(Stream Information Collection Unit)和帶寬分配執行單元(Assignment Execution Unit)。
當網絡節點301使能主導因子算法模塊進行實時動態帶寬分配後，數據流信息收集單元302將在每個T周期開始時，負責實時收集Network Node上需要進行帶寬分配的數據流信息。這些收集到的信息可以直接實時傳送到主導因子算法核心單元303。主導因子算法核心單元的作用是對進行收集到的需分配共享帶寬的數據流信息進行分析，並根據主導因子算法進行帶寬指派。經過主導因子算法核心單元完成的帶寬分配信息，將傳遞到帶寬分配執行單元304，由其進行具體的帶寬分配下發工作。
權利要求
1.一種基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，其特徵在於，所述方法包括以下處理步驟步驟一，通過對用戶需求、數據流優先級及流量的分析，在未進行帶寬分配的數據流中，針對優先級最高的數據流，產生一個影響該條數據流帶寬分配的決策判斷值；步驟二，根據這個決策判斷值，系統將決定該流量相應的動態帶寬分配策略，並對該數據流分配帶寬；步驟三，利用系統中的剩餘帶寬，繼續對優先級更低的數據流進行基於主導因子法的共享帶寬分配。
2.根據權利要求1所述的基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，其特徵在於，所述步驟一具體包括以下處理過程A.動態帶寬分配過程開始初期，確定該共享鏈路最大可分配給所有數據流的帶寬值和經過該鏈路的各條數據流優先級及流量；B.根據用戶需求，確定適當的主導因子ξ和容忍因子ρ參數；C.根據主導因子ξ，計算目前優先級最高數據流的主導帶寬Bwξi，從而確定該數據流的帶寬搶佔能力；D.根據主導帶寬Bwξi和容忍因子ρ，計算目前優先級最高數據流的容忍帶寬Bwtoli，確定該數據流的容忍能力。
3.根據權利要求1或2所述的基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，其特徵在於，所述步驟二具體包括比較該流實際流量和容忍帶寬Bwtoli大小，根據不同比較結果，用不同策略分配共享帶寬的處理過程。
4.根據權利要求1所述的基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，其特徵在於，所述步驟三具體包括利用鏈路的剩餘共享帶寬，利用主導因子法遞歸分配剩餘優先級更低數據流的共享帶寬的處理過程。
5.根據權利要求3所述的基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，其特徵在於，所述步驟三具體包括利用鏈路的剩餘共享帶寬，利用主導因子法遞歸分配剩餘優先級更低數據流的共享帶寬的處理過程。
6.根據權利要求1所述的基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，其特徵在於，其系統實現方法採用算法組件化思想對基於主導因子算法的動態帶寬分配系統劃分為三大組件單元主導因子法核心單元(SDGP Kernel Unit)、數據流信息收集單元(Stream InformationCollection Unit)和帶寬分配執行單元(Assignment Execution Unit)。
全文摘要
本發明涉及網絡通訊領域的一種基於主導因子法的網絡共享帶寬動態分配方法，採用本發明所述方法，在網絡節點實時進行網絡共享帶寬動態分配的每個周期內，系統能夠結合用戶需求、數據流優先級和流量三種因素進行決策，動態分配網絡共享帶寬，充分合理利用網絡資源，其包括以下處理步驟一，通過對用戶需求、數據流優先級及流量的分析，在未進行帶寬分配的數據流中，針對優先級最高的數據流，產生一個影響該條數據流帶寬分配的決策判斷值；步驟二，根據這個決策判斷值，系統將決定該流量相應的動態帶寬分配策略，並對該數據流分配帶寬；步驟三，利用系統中的剩餘帶寬，繼續對優先級更低的數據流進行基於主導因子法的共享帶寬分配。
文檔編號H04L12/56GK101064550SQ20061002093
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者袁 嘉 申請人:袁 嘉, 寇曉雲