一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法及流量控制裝置的製作方法
2023-05-30 22:42:11
專利名稱：一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法及流量控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於數據流量控制技術領域，尤其涉及一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法及一種流量控制裝置。
背景技術：
在當前的網絡通信系統中，為了使有限的網絡資源能夠充分的發揮作用，需要對用戶發送的數據流量進行流量控制，即對網絡中傳送的數據包採用不同的承諾訪問速率 (CAR)進行流量控制。目前，CAR 一般採用令牌桶算法來進行流量控制。令牌桶的基本原則包括1、令牌以特定的速率注入令牌桶內，令牌桶的容量是固定的；2、如果令牌桶被令牌填滿，則新到達的令牌將被丟棄；3、每個令牌允許數據源將特定數量的數據比特發送到網絡中；4、當一個數據報文到達令牌同時，如果令牌桶中令牌數大於或等於數據報文所需的令牌數，則從令牌桶中刪除相應數量的令牌，並且發送該數據報文，否則，認為該數據報文在流量限制之外。當數據報文被認定在流量限制之外時，可採用以下三種方式進行處理將該數據報文直接丟棄；將該數據報文排放在隊列中，以便當令牌桶中累積了足夠多的令牌時再傳輸；將該數據報文繼續發送，但對其進行特殊標記，網絡過載的時候將其丟棄。當用戶在進行點對點(P2P)下載或者觀看視頻的過程中，會產生很大的數據流量，極易超過用戶購買的帶寬，即用戶產生的數據流量超過承諾訪問速率。此時，流量控制設備會利用令牌桶技術來降低用戶佔用的帶寬，在這個過程中，會導致數據報文被丟棄或者被延遲發送，對於實時性要求較高的應用，會因為其數據報文被丟棄或被延遲發送而降低數據傳輸的實時性，影響應用的正常使用，從而降低用戶體驗。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法及一種流量控制裝置，在保證流量控制準確性的同時，可以將實時性要求較高的應用所產生的數據報文實時發送，從而提高該應用的實時性，進而提高用戶體驗。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法，包括接收到數據報文後，判斷所述數據報文的優先級；當所述數據報文為高優先級數據報文時，發送所述高優先級數據報文，之後確定所述高優先級數據報文所佔用的第一令牌數，並利用所述第一令牌數更新所述令牌桶中的令牌總量；當所述數據報文為低優先級數據報文時，確定所述低優先級數據報文所佔用的第二令牌數，之後比較所述第二令牌數和當前時刻所述令牌桶的令牌總量，若所述第二令牌數不大於所述當前時刻所述令牌桶的令牌總量，則發送所述低優先級數據報文，並利用所述第二令牌數更新所述令牌桶的令牌總數，否則，按照預設策略處理所述低優先級數據報文。優選的，在上述方法中，所述判斷所述數據報文的優先級，包括確定產生所述數據報文的應用；判斷所述應用是否屬於預設的高優先級應用，若所述應用屬於所述高優先級應用，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。優選的，在上述方法中，所述判斷所述數據報文的優先級，包括提取所述數據報文的特徵；判斷所述數據報文的特徵是否包含於預存的特徵庫，若所述數據報文的特徵包含於所述特徵庫，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。優選的，在上述方法中，所述判斷所述數據報文的優先級，包括提取所述數據報文的特徵；將所述數據報文的特徵與預存的識別引擎進行匹配，若所述數據報文的特徵匹配命中，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。優選的，在上述方法中，所述數據報文的特徵包括單包特徵和/或連續包長序列特徵。一種流量控制裝置，包括令牌桶、優先級判斷單元、第一處理單元、第二處理單元和令牌控制單元；所述令牌桶，用於存儲令牌；所述優先級判斷單元，用於判斷接收到的數據報文的優先級；所述第一處理單元，用於發送高優先級數據報文，確定所述高優先級數據報文佔用的第一令牌數，並將所述第一令牌數發送至所述令牌控制單元；所述第二處理單元，用於確定低優先級數據報文佔用的第二令牌數，在所述第二令牌數不大於當前時刻令牌桶的令牌總量時，發送所述低優先級數據報文、並將所述第二令牌數發送至所述令牌控制單元，在所述第二令牌數大於當前時刻令牌桶的令牌總量時， 按照預設策略處理所述低優先級數據報文；所述令牌控制單元，用於接收所述第一令牌數和第二令牌數，利用所述第一令牌數和第二令牌數更新所述令牌桶的令牌總量，還用於獲取所述令牌桶的令牌總量並發送至所述第二處理單元。優選的，在上述流量控制裝置中，所述優先級判斷單元包括應用確定單元，用於確定產生所述數據報文的應用；第一判斷單元，用於判斷所述應用是否屬於預設的高優先級應用，若是，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。優選的，在上述流量控制裝置中，所述優先級判斷單元包括 特徵提取單元，用於提取所述數據報文的特徵；
第二判斷單元，用於判斷所述數據報文的特徵是否包含於預存的特徵庫，若是，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。優選的，在上述流量控制裝置中，所述優先級判斷單元包括特徵提取單元，用於提取所述數據報文的特徵；第三判斷單元，用於判斷所述數據報文的特徵是否與預存的識別引擎匹配，若匹配，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。由此可見，本發明的有益效果為本發明公開的方法中，不論令牌桶中令牌的數量是否達到了高優先級數據報文所需佔用的令牌數，都對該高優先級數據報文進行發送，保證將實時性要求較高的應用所產生的數據報文實時發送，從而提高該應用的實時性，進而提高用戶體驗；同時，在發送高優先級數據報文之後，利用高優先級數據報文所需佔用的令牌數更新令牌桶的令牌總量，而對於低優先級數據報文，只有令牌桶的令牌總量大於或等於該低優先級數據報文所需的令牌數之後，才對其進行發送，因此，當該高優先級數據報文所佔用的令牌數多於當前時刻令牌桶的令牌總數時，會在發送低優先級數據報文的過程中補償相應數量的令牌，從而保證流量控制的準確性。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明公開的一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法的流程圖；圖2為本發明公開的一種判斷數據報文優先級的方法的流程圖；圖3為本發明公開的另一種判斷數據報文優先級的方法的流程圖；圖4為本發明公開的另一種判斷數據報文優先級的方法的流程圖；圖5為本發明公開的一種流量控制裝置的結構示意圖；圖6為圖5中優先級判斷單元的一種結構示意圖；圖7為圖5中優先級判斷單元的另一種結構示意圖；圖8為圖5中優先級判斷單元的另一種結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明公開了一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法，該方法應用於流量控制裝置，在保證流量控制準確性的同時，可以將實時性要求較高的應用所產生的數據報文實時發送，從而提高該應用的實時性，進而提高用戶體驗。基本思路為將實時性要求較高的應用產生的數據報文定義為高優先級，當接收到高優先級數據報文時，不論令牌桶中令牌的數量是否能夠達到該高優先級數據報文所需的令牌數，都將該高優先級數據報文發送出去，保證將實時性要求較高的應用所產生的數據報文實時發送，從而提高該應用的實時性，進而提高用戶體驗；同時，當該高優先級數據報文所佔用的令牌數多於當前時刻令牌桶的令牌總數時，在發送低優先級數據報文的過程中補償相應數量的令牌，從而保證流量控制的準確性。參見圖1，圖1為本發明公開的一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法的流程圖。包括步驟Sl 接收數據報文。步驟S2 判斷該數據報文是否為高優先級數據報文，若是，則執行步驟S3，否則， 執行步驟S6。在實際應用中，數據報文的優先級可以在流量控制裝置中設定，也可以在用戶側設定之後將相關信息傳輸至流量控制裝置。通常，可以將實時性要求較高的應用產生的數據報文定義為高優先級，例如，可以將即時通訊軟體(如QQ、MSN)產生的數據報文定義為高優先級。實施中，可以根據產生數據報文的應用來確定其優先級，或者根據數據報文的特徵來確定其優先級。步驟S3 發送該高優先級數據報文。當確定接收到的數據報文具有高優先級時，不論當前時刻令牌桶中的令牌數量是否可以滿足該數據報文的需求，均將其發送出去。步驟S4 確定該高優先級數據報文佔用的第一令牌數。每個令牌允許發送特定數量的數據，當確定數據報文的數據量之後即可確定該數據報文佔用的令牌數。例如，每個令牌允許發送1位元組的數據，當發送K字節的數據報文時， 該數據報文佔用K個令牌。當數據報文為高優先級數據報文時，將其佔用的令牌數記為第一令牌數。步驟S5 利用第一令牌數更新令牌桶的令牌總量。更新的過程具體為，在發送該高優先級數據報文之前確定令牌桶的令牌總量，之後計算令牌總量與第一令牌數之差，將該差值作為新的令牌桶的令牌總量。步驟S6 確定該低優先級數據報文佔用的第二令牌數。步驟S7 獲取當前時刻令牌桶的令牌總量。步驟S8 判斷第二令牌數是否大於令牌桶的令牌總量，若是，則執行步驟S10，否則，執行步驟S9。步驟S9 發送該低優先級數據報文，利用第二令牌數更新令牌桶的令牌總量。步驟SlO 按照預設策略處理該低優先級數據報文。當接收的數據報文為低優先級數據報文時，按照常規方法對其進行處理。按照預設策略處理低優先級數據報文可以是丟棄該數據報文，可以是將其排放在隊列中，以便當令牌桶中積累到足夠多的令牌時再傳輸，或者也可以對其進行特殊標記後發送。在上述公開的方法中，不論令牌桶中令牌的數量是否達到了高優先級數據報文所需佔用的令牌數，都對該高優先級數據報文進行發送，保證將實時性要求較高的應用所產生的數據報文實時發送，從而提高該應用的實時性，進而提高用戶體驗；同時，在發送高優先級數據報文之後，利用高優先級數據報文所需佔用的令牌數更新令牌桶的令牌總量，而對於低優先級數據報文，只有令牌桶的令牌總量大於或等於該低優先級數據報文所需的令牌數之後，才對其進行發送，因此，當該高優先級數據報文所佔用的令牌數多於當前時刻令牌桶的令牌總數時，會在發送低優先級數據報文的過程中補償相應數量的令牌，從而保證流量控制的準確性。實施中，可以採用多種方式判斷數據報文的優先級。下面結合圖2、圖3和圖4分別進行說明。參見圖2，圖2為本發明公開的一種判斷數據報文優先級的方法的流程圖。包括步驟S211 確定產生數據報文的應用；步驟S212 判斷該應用是否屬於預設的高優先級應用，若是，則執行步驟S213，否則，執行步驟S214;步驟S213 確定該數據報文為高優先級數據報文；步驟S214 確定該數據報文為低優先級數據報文。在通信網絡中傳輸的數據報文來自於多種類型的應用，不同應用產生的數據報文會存在差異，例如存在不同的標識符，因此可以根據各數據報文的差異確定其來源，即確定產生數據報文的應用。當產生該數據報文的應用具有高優先級時，則該數據報文也具有高優先級。可以在流量控制裝置設定各種應用的優先級，也可以在用戶側或者伺服器設定各種應用的優先級，之後以通信的方式告知流量控制裝置，由流量控制器存儲各預設的具有高優先級的應用。參見圖3，圖3為本發明公開的一種判斷數據報文優先級的方法的流程圖。包括步驟S221 提取數據報文的特徵；步驟S222 判斷該數據報文的特徵是否包含於預存的特徵庫，若是，則執行步驟 S223，否則，執行步驟S224 ；步驟S223 確定該數據報文為高優先級數據報文；步驟S2M 確定該數據報文為低優先級數據報文。不同應用產生的數據報文具有不同的特徵，通過比對數據報文的特徵可以對各種數據報文進行區分。實施中，對於設定為具有高優先級的數據報文，預先提取其特徵並將其保存於特徵庫，當接收到數據報文時，只要將該數據報文的特徵與特徵庫中的特徵進行比對，就可判斷該數據報文的優先級。需要說明的是，數據報文的特徵可以是單包特徵、連續包長序列特徵或者兩者的結合。相應的，特徵庫中存儲各種高優先級數據報文的單包特徵、連續包長序列特徵或者兩者的結合。參見圖4，圖4為本發明公開的一種判斷數據報文優先級的方法的流程圖。包括步驟S231 提取數據報文的特徵；步驟S232 將該數據報文的特徵與預存的識別引擎進行匹配，若該數據報文的特徵匹配命中，則執行步驟S233，否則，執行步驟S234 ；步驟S233 確定該數據報文為高優先級數據報文；步驟S234 確定該數據報文為低優先級數據報文。圖4所示方法與圖3所示方法的區別在於，預先提取各種具有高優先級的數據報文的特徵，之後將提取出各種數據報文的特徵抽象成識別引擎，當接收到數據報文後，將該數據報文與該識別引擎進行匹配，如果匹配命中則確定該數據報文為高優先級數據報文。 實施中，該識別引擎可以嵌入到令牌桶算法中，此時無需進行人工配置。需要說明的是，數據報文的特徵可以是單包特徵、連續包長序列特徵或者兩者的結合。相應的，提取各種高優先級數據報文的單包特徵、連續包長序列特徵或者兩者的結合，以形成識別引擎。本發明還公開了一種應用上述方法的流量控制裝置，利用該流量控制裝置控制流量的過程中，可以保證將實時性要求較高的應用所產生的數據報文實時發送，從而提高該應用的實時性，進而提高用戶體驗，同時保證流量控制的準確性。參見圖5，圖5為本發明公開的一種流量控制裝置的結構示意圖。該流量控制裝置包括令牌桶1、優先級判斷單元2、第一處理單元3、第二處理單元4和令牌控制單元5。其中令牌桶1，用於存儲令牌；優先級判斷單元2，用於判斷接收到的數據報文的優先級；第一處理單元3，用於發送高優先級數據報文，確定高優先級數據報文佔用的第一令牌數，並將第一令牌數發送至令牌控制單元5 ；第二處理單元4，用於確定低優先級數據報文佔用的第二令牌數，在第二令牌數不大於當前時刻令牌桶的令牌總量時，發送低優先級數據報文、並將第二令牌數發送至令牌控制單元5，在第二令牌數大於當前時刻令牌桶的令牌總量時，按照預設策略處理低優先級數據報文；令牌控制單元5，用於接收第一令牌數和第二令牌數，利用第一令牌數和第二令牌數更新令牌桶的令牌總量，還用於獲取令牌桶的令牌總量並發送至第二處理單元4。實施中，優先級判斷單元可以採用多種結構。下面結合圖6、圖7和圖8分別進行說明。參見圖6，圖6為圖5中優先級判斷單元的一種結構示意圖。該優先級判斷單元包括應用確定單元211和第一判斷單元212。其中應用確定單元211，用於確定產生數據報文的應用；第一判斷單元212，用於判斷應用是否屬於預設的高優先級應用，若是，則確定數據報文為高優先級數據報文，否則，確定數據報文為低優先級數據報文。參見圖7，圖7為圖5中優先級判斷單元的另一種結構示意圖。該優先級判斷單元包括特徵提取單元221和第二判斷單元222。其中特徵提取單元221，用於提取數據報文的特徵；第二判斷單元222，用於判斷數據報文的特徵是否包含於預存的特徵庫，若是，則確定數據報文為高優先級數據報文，否則，確定數據報文為低優先級數據報文。參見圖8，圖8為圖5中優先級判斷單元的另一種結構示意圖。該優先級判斷單元包括特徵提取單元221和第三判斷單元232。其中特徵提取單元221，用於提取數據報文的特徵；第三判斷單元232，用於判斷數據報文的特徵是否與預存的識別引擎匹配，若匹配，則確定數據報文為高優先級數據報文，否則，確定數據報文為低優先級數據報文。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法，其特徵在於，包括 接收到數據報文後，判斷所述數據報文的優先級；當所述數據報文為高優先級數據報文時，發送所述高優先級數據報文，之後確定所述高優先級數據報文所佔用的第一令牌數，並利用所述第一令牌數更新所述令牌桶中的令牌總量；當所述數據報文為低優先級數據報文時，確定所述低優先級數據報文所佔用的第二令牌數，之後比較所述第二令牌數和當前時刻所述令牌桶的令牌總量，若所述第二令牌數不大於所述當前時刻所述令牌桶的令牌總量，則發送所述低優先級數據報文，並利用所述第二令牌數更新所述令牌桶的令牌總數，否則，按照預設策略處理所述低優先級數據報文。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述判斷所述數據報文的優先級，包括 確定產生所述數據報文的應用；判斷所述應用是否屬於預設的高優先級應用，若所述應用屬於所述高優先級應用，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述判斷所述數據報文的優先級，包括 提取所述數據報文的特徵；判斷所述數據報文的特徵是否包含於預存的特徵庫，若所述數據報文的特徵包含於所述特徵庫，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述判斷所述數據報文的優先級，包括 提取所述數據報文的特徵；將所述數據報文的特徵與預存的識別引擎進行匹配，若所述數據報文的特徵匹配命中，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，所述數據報文的特徵包括單包特徵和 /或連續包長序列特徵。
6.一種流量控制裝置，其特徵在於，包括令牌桶、優先級判斷單元、第一處理單元、第二處理單元和令牌控制單元；所述令牌桶，用於存儲令牌；所述優先級判斷單元，用於判斷接收到的數據報文的優先級； 所述第一處理單元，用於發送高優先級數據報文，確定所述高優先級數據報文佔用的第一令牌數，並將所述第一令牌數發送至所述令牌控制單元；所述第二處理單元，用於確定低優先級數據報文佔用的第二令牌數，在所述第二令牌數不大於當前時刻令牌桶的令牌總量時，發送所述低優先級數據報文、並將所述第二令牌數發送至所述令牌控制單元，在所述第二令牌數大於當前時刻令牌桶的令牌總量時，按照預設策略處理所述低優先級數據報文；所述令牌控制單元，用於接收所述第一令牌數和第二令牌數，利用所述第一令牌數和第二令牌數更新所述令牌桶的令牌總量，還用於獲取所述令牌桶的令牌總量並發送至所述第二處理單元。
7.根據權利要求6所述的流量控制裝置，其特徵在於，所述優先級判斷單元包括應用確定單元，用於確定產生所述數據報文的應用；第一判斷單元，用於判斷所述應用是否屬於預設的高優先級應用，若是，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。
8.根據權利要求6所述的流量控制裝置，其特徵在於，所述優先級判斷單元包括 特徵提取單元，用於提取所述數據報文的特徵；第二判斷單元，用於判斷所述數據報文的特徵是否包含於預存的特徵庫，若是，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。
9.根據權利要求6所述的流量控制裝置，其特徵在於，所述優先級判斷單元包括 特徵提取單元，用於提取所述數據報文的特徵；第三判斷單元，用於判斷所述數據報文的特徵是否與預存的識別引擎匹配，若匹配，則確定所述數據報文為高優先級數據報文，否則，確定所述數據報文為低優先級數據報文。
全文摘要
本發明實施例公開了一種基於令牌桶算法的數據傳輸方法，在接收到高優先級數據報文後，均對其進行發送，保證將實時性要求較高的應用所產生的數據報文實時發送，從而提高該應用的實時性，進而提高用戶體驗；同時，在發送高優先級數據報文之後，利用高優先級數據報文所需佔用的令牌數更新令牌桶的令牌總量，而對於低優先級數據報文，只有令牌桶的令牌總量大於或等於該低優先級數據報文所需的令牌數之後，才對其進行發送，因此，當高優先級數據報文所佔用的令牌數多於當前時刻令牌桶的令牌總數時，會在發送低優先級數據報文的過程中補償相應數量的令牌，從而保證流量控制的準確性。本發明實施例還公開了一種流量控制裝置。
文檔編號H04L29/08GK102420773SQ20121000213
公開日2012年4月18日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者張帥, 楊聰毅, 韋煒 申請人:北京網御星雲信息技術有限公司