基於SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法
2023-05-02 04:46:16
專利名稱：基於SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法
技術領域：
本發明屬於通信領域，具體涉及一種基於SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法。
背景技術：
隨著網際網路等計算機網絡應用領域的迅速擴大，新特性、新需求不斷出現並不斷變化，這就要求新一代網絡設備應具有足夠的靈活性，能快速地對新業務、新需求做出響應；要求新一代網絡設備應具有足夠的開放性，使用戶可以根據所開放的資源靈活組合，以提供不同的網絡需求服務；要求新一代網絡設備應具有足夠的模塊化特性，並通過標準化組織進行標準化，使得每個模塊可以由不同廠家獨立研究開發，又可以通過積木式有機組合成一個整體，這種積木式的發展模式可以極大地加快產品的開發過程，同時也有利於良性競爭、降低成本，個人計算機(PC)的發展已經充分證明了該模式的有效性。轉發與控制分離的網絡件正是由於滿足了新一代網絡的以上要求而在目前得到了廣泛研究和應用。關於轉發與控制分離網絡件的研究目前主要在網際網路標準制定組織IETF引導下開展，IETF·成立了專門的 ForCES (Forwarding and Control Element Separation,轉發和控制件分離)工作組中。轉發與控制分離網絡件的典型結構如圖I所示。一個轉發與控制分離的網絡件分成轉發件(FE)和控制件(CE)兩部分，網際網路協議RFC3654中規定了轉發與控制分離網絡件的需求(Requirements),網際網路協議RFC3746規定了轉發與控制分離網絡件的框架(Framework)。它們之間的信息交換使用標準化的被稱為「ForCES協議」的信息交換協議，進而轉發與控制分離網絡件也被稱為ForCES網絡件，標準化使得轉發件和控制件可以由不同廠家生產。在ForCES路由器中，控制件和轉發件間的通信依靠傳輸映射層(TML)來實現，傳輸映射層的體系結構圖如圖2所不，由傳輸映射層負責ForCES協議消息在不同傳輸介質(如SCTP，ATM, IP)中的傳輸。為了高效地傳輸協議消息，傳輸映射層需要在控制平面和數據平面之間合理的分配帶寬。傳統的帶寬分配算法基本把重點放在了提高分配效率，對消息屬性及不同消息之間的重要性方面關注不多，因而缺乏針對性，使得在提高網絡資源利用率方面遇到了瓶頸，不能進一步提高本來就已經競爭很激烈的帶寬資源的利用率。針對ForCES路由器中不同消息對服務質量的要求，基於速率和緩存控制主動隊列管理的動態帶寬分配方法是一種有效的且合理的分配方式。ForCES傳輸匹配層帶寬分配方法研究主要包含兩方面研究隊列管理算法研究和調度算法研究。總的來說，調度算法主要決定下一個要發送的分組從哪個流獲取，用於協調不同消息流之間的帶寬分配，而隊列管理算法則在適當的時間通過以一定概率丟棄分組的方式來管理隊列長度。目前ForCES小組對此正在探索性的研究，現在在基於SCTP的ForCES傳輸匹配層架構文檔中僅提出了基於嚴格優先級的連續工作性調度方法來處理協議層消息的接受和發送。這意味著高優先級通道的消息總是優先處理，直到消息處理完為止。只有較高優先級的消息處理完以後，低優先級通道的消息才能得到處理。這也意味著在擁塞的情況下，更高優先級通道若有很多消息，會一直佔用帶寬，這將會餓死低優先級通道。所以一種在基於SCTP的ForCES傳輸映射層下實現帶寬分配的方法成為ForCES網絡件技術研究當前需要解決的重要問題，高效的分配算法可以有效的提高消息的傳輸性能。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基於SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括如下步驟
步驟(I) 傳遞ForCES協議消息的ForCES接口被進一步分為協議層和傳輸映射層。ForCES協議消息的類型可分為控制消息、事件消息、重定向消息三類。 首先，初始時分別為控制消息、事件消息、重定向消息三類不同的消息流各自建立一個消息隊列，並根據初始時三類消息重要程度的不同，調度模塊設定控制消息隊列的初始調度概率為0. 7，事件消息隊列的初始調度概率為0. 2，重定向消息的初始調度概率為0. I ；
然後，調度模塊根據三類消息隊列的初始調度概率進行帶寬分配並開始傳輸消息，控制消息所佔初始帶寬
Sc =凡X 5、事件消息所佔初始帶寬乓=A X S、重定向消息所佔初始帶寬
TlTl
Bd=Pd'xB ;
其中，Pc為控制消息的傳輸概率，pe為事件消息的傳輸概率，pd為重定向消息的傳輸概率，B為控制件通信時允許的最大帶寬。步驟(2).隊列管理模塊根據消息隊列緩存的當前實際佔用情況，計算出因當前消息隊列緩存長度變化引起的丟包概率,
隊列管理模塊分別設置各個消息隊列緩存長度的最小緩衝閥值*_^ 和最大緩衝閥值並通過隊列管理模塊獲得當前消息隊列的實際緩存佔用信息，然後與之前設定的最小緩衝閥值和最大緩衝閥值作比較。若消息隊列長度超過最大緩衝閥值Mhim，則說明該消息通道已經出現擁塞現象，直接丟棄該消息，所以此時丟包概率=1 ;
若消息隊列長度小於最小緩衝閥值，則說明該消息通道沒有發生擁塞現象，到達的消息隊列全部被獲準進入當前消息隊列，所以此時丟包概率= 0 ；
若消息隊列長度介於最大緩衝閥值和最小緩衝閥值麻-之間，則此時丟包概率 辦計算如下
Pq_dp = a(x-tf ；
其中，a是常數表示當前消息隊列的長度，MinM <x<Maxtks , i = Mrniki。
步驟(3).當有新的消息包到達時，速率估算模塊採用指數平均算法估算出控制消息、事件消息、重定向消息三類不同消息包的平均到達速率，然後根據各類消息包的平均到達速率和該類消息隊列當前的最大服務速率 計算出因各類消息包的到達速率變化引
起的丟包概率。各類消息包平均到達速率^具體計算如下
其中，為指數權值，h是新的消息包到達之前消息流的平均到達速率，
Tl1 -h.,表示第k+1個消息包和第k個消息包到達的間隔時間，Im表示第k+1個消息包的長度，K是一個常數。
根據當前各類消息包平均到達速率和當前該消息隊列的最大服務速率_,獲得當前消息流的服務速率。若< ，則所有的消息包都會被入隊發送；若
r >悄細嫌雜，棚麵白勺爾中關，戶備肖肩猶髓舖
new
丟棄概率Pr卻=腿(0，—............；
步驟(4).調度模塊根據步驟(2)和步驟(3)計算得到的兩種丟包概率，計算出三類消息各自的總丟包概率為Pdp = Pq身'Pr—每，根據各類消息總丟包概率P趣來決定該類消息是否可以入隊，
①.若消息類型為控制消息，則根據總丟包概率V每改變控制消息的傳輸概率f設置閥值Pfcd ,其中Pe的調整方法如下
a.若P4j> P傾，為了保證控制消息的傳輸，增大，增大的計算如下
PT = (1 + ) xJ ,;
其中，每=p每_ptM，為增大後的義，且小於等於1，即Pfw = mm((1 +Ap>)XI)。
b.當|^= 0，且仏§時，為充分利用帶寬資源，則減小參數風，即將&乘以參數j
，0 < 4 <1 ,減小具的計算如下p^w = max (0.5, JPir x A)。c.若此時事件消息和重定向消息中其一通道為空，則事件消息的傳輸概率Pe-=i-Pr、重定向消息的傳輸概率0,或者事件消息的傳輸概率=0、重定向消息的傳輸概率=i-pr,即把剩餘帶寬全部分配給非空消息通道；
d.若此時事件消息和重定向消息都為非空，則根據通道優先級，把除了控制消息帶寬以外的剩餘帶寬按一定比例分配給事件消息通道和重定向消息通道。分配方式如下
其中O <1,並且根據實際情況和優先級，參數#的大小可以被控制調整，PT為調整後&的大小，pt為調整後&的大小，且■和的調整方法在除去&_的傳輸概率基礎上與凡-相同。②若消息類型為事件消息或者重定向消息，則分別根據它們各自的總丟包概率
權利要求
1.基於SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 步驟(I).傳遞ForCES協議消息的ForCES接口被進一步分為協議層和傳輸映射層；ForCES協議消息的類型可分為控制消息、事件消息、重定向消息三類；首先，初始時分別為控制消息、事件消息、重定向消息三類不同的消息流各自建立一個消息隊列，並根據初始時三類消息重要程度的不同，調度模塊設定控制消息隊列的初始調度概率為0. 7，事件消息隊列的初始調度概率為0. 2，重定向消息的初始調度概率為0. I ；然後，調度模塊根據三類消息隊列的初始調度概率進行帶寬分配並開始傳輸消息，控制消息所佔初始帶寬式=PeXS、事件消息所佔初始帶寬馬=、重定向消息所佔初始帶寬Bd=pdxB ； 其中，Pc為控制消息的傳輸概率，Pe為事件消息的傳輸概率，Pd為重定向消息的傳輸概率，B為控制件通信時允許的最大帶寬； 步驟(2).隊列管理模塊根據消息隊列緩存的當前實際佔用情況，計算出因當前消息隊列緩存長度變化引起的丟包概率iV# ； 隊列管理模塊分別設置各個消息隊列緩存長度的最小緩衝閥值和最大緩衝閥值並通過隊列管理模塊獲得當前消息隊列的實際緩存佔用信息，然後與之前設定的最小緩衝閥值麻M和最大緩衝閥值作比較； 若消息隊列長度超過最大緩衝閥值，則說明該消息通道已經出現擁塞現象，直接丟棄該消息，所以此時丟包概率; 若消息隊列長度小於最小緩衝閥值，則說明該消息通道沒有發生擁塞現象，到達的消息隊列全部被獲準進入當前消息隊列，所以此時丟包概率巧_ 二 0 ; 若消息隊列長度介於最大緩衝閥值和最小緩衝閥值應m之間，則此時丟包概率 計算如下其中，a是常數，x表示當前消息隊列的長度，Miitjhd < XKMtXsii , t = Mmsid ； 步驟(3).當有新的消息包到達時，速率估算模塊採用指數平均算法估算出控制消息、事件消息、重定向消息三類不同消息包的平均到達速率，然後根據各類消息包的平均到達速率和該類消息隊列當前的最大服務速率 計算出因各類消息包的到達速率變化引起的丟包概率; 各類消息包平均到達速率^ 具體計算如下Tmw = Q- a)1-^+ axr^ .其中，a=e￥為指數權值，^是新的消息包到達之前消息流的平均到達速率， ,表示第k+1個消息包和第k個消息包到達的間隔時間M表示第k+1個消息包的長度，K是一個常數； 根據當前各類消息包平均到達速率^和當前該消息隊列的最大服務速率 ,獲得當前消息流的服務速率;若r_ ，則有^1個消息包將被丟棄，根據前面的兩種情況，所有消息流中消息包的new丟棄概率朽=腿(0,挪ffl)； 步驟(4).調度模塊根據步驟(2)和步驟(3)計算得到的兩種丟包概率，計算出三類消息各自的總丟包概率為P卻=Pq_4, h根據各類消息總丟包概率來決定該類消息 是否可以入隊， ①.若消息類型為控制消息，則根據總丟包概率P命改變控制消息的傳輸概率Pe，設置閥值Pm ,其中凡.的調整方法如下 a.若1 > Pm，為了保證控制消息的傳輸，增大，增大的計算如下PT = (^ + ^P)xPe ; 其中，蜂=p_- PtM，為增大後的I ,且小於等於1，即PTw = mm ((I + Ap) X pc, I)； b.當i>= O，且奐>I時，為充分利用帶寬資源，則減小參數Jle ,即將，乘以參數；，0 < A <1，減小Pt的計算如下 P^w = max (0.5,xl).c.若此時事件消息和重定向消息中其一通道為空，則事件消息的傳輸概率^r=I-、重定向消息的傳輸概率pr*=0,或者事件消息的傳輸概率p==o、重定向消息的傳輸概率=I-^r，即把剩餘帶寬全部分配給非空消息通道； d.若此時事件消息和重定向消息都為非空，則根據通道優先級，把除了控制消息帶寬以外的剩餘帶寬按一定比例分配給事件消息通道和重定向消息通道；分配方式如下 pw = m-pfn; Pr=(i-m-Pr)； 其中O <聲<1，並且根據實際情況和優先級，參數於的大小可以被控制調整，Pf"為調整後a的大小，p7w為調整後a的大小，且^廠和Pr-的調整方法在除去的傳輸概率基礎上與jc 相同； ②若消息類型為事件消息或者重定向消息，則分別根據它們各自的總丟包概率Pdp = Pq_^ 'Pr_^來決定該類消息是否可以入隊即可， 若事件消息的總丟包概率為，則就 以、的概率隨機丟棄到來的事件消息；若重定向消息的總丟包概率為，則就以的概率隨機丟棄到來的重定向消息； 步驟(5).調度模塊根據重新計算出來的三類消息隊列的調度概率與總帶寬的乘積重新分配鏈路帶寬來傳輸消息，具體分配過程如下 控制消息分配的新帶寬為Bcmw = pcnw x B 事件消息分配的新帶寬為Be— = penm X B 重定向消息分配的新帶寬為Bd— = PJmw X B 分配結束後，循環執行步驟(2)。
全文摘要
本發明公開了一種基於SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法。本發明包括如下步驟1)初始時分別為控制消息、事件消息、重定向消息建立隊列，調度模塊為三類隊列設置初始調度概率；2)隊列管理模塊根據實際隊列緩存情況,計算出因隊列長度變化引起的丟包概率；3)速率估算模塊計算出消息流的到達速率和因消息流到達速率變化引起的丟包概率；4)調度模塊根據上述兩個丟包概率計算出總丟包概率，根據總丟包概率決定消息是否入隊，同時為三類消息隊列重新計算調度概率；5)調度模塊根據重新計算出的調度概率分配鏈路帶寬。本發明採用基於速率和緩存控制的動態概率調度來分配控制件和轉發件之間的鏈路帶寬，提升了帶寬利用性能。
文檔編號H04L12/56GK102752192SQ201210127690
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者宋換換, 王偉明, 諸葛斌 申請人:浙江工商大學