專利名稱：一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，它針對第三代移動通 信技術背景下大規(guī)模用戶群的數(shù)據(jù)流特點，合理分發(fā)數(shù)據(jù)流至處理節(jié)點，處理節(jié)點獲取數(shù) 據(jù)流后進行協(xié)議分析、數(shù)據(jù)還原、內(nèi)容過濾等。該方法屬于信息安全領域。
背景技術：
負載均衡(Load Balancing)主要討論在各處理節(jié)點之間進行任務分配以及調(diào)度 問題。負載均衡技術能讓多個處理節(jié)點共同承擔繁重的計算或任務，通過掌握網(wǎng)絡中的數(shù) 據(jù)流量狀況，應選擇合適的負載均衡算法，把任務合理均衡地分配出去，消除或避免負載不 均、處理時間過長等瓶頸。負載均衡主要分為報文級負載均衡和流級負載均衡兩種。報文級負載均衡的均衡 粒度是單個報文。它一般使用隨機調(diào)度、輪詢調(diào)度等算法，可以實現(xiàn)報文級的均勻分配，實 現(xiàn)簡單，記錄狀態(tài)少，但是不能做到報文保序，屬于相同流的報文會分配至不同處理節(jié)點， 無法保證分析內(nèi)容的完整性。流級負載均衡的均衡粒度是一條流或流束，一般采用Hash技 術保證報文順序及相關性，實現(xiàn)同流同宿，但是可能不能達到均勻分配流量。對于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控應用，需要考慮業(yè)務內(nèi)容的數(shù)據(jù)還原，監(jiān)控的業(yè)務類型以 及業(yè)務流量特性，單純的使用上述的任一種負載均衡方法都是不能夠達到良好的負載均衡 效果。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題為了解決現(xiàn)有的負載均衡方法對于內(nèi)容監(jiān)控應用的眾多不足之處，本 發(fā)明提出一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，不僅可以滿足內(nèi)容監(jiān)控的功能需 求，并且實現(xiàn)更好的負載均衡效果且實用、高速和可靠。技術方案移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控，需要處理從核心網(wǎng)分組域SGSN(GPRS服務支持節(jié) 點)和GGSN(GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點)網(wǎng)元設備中流經(jīng)的雙向高速、海量數(shù)據(jù)流。鑒于單個處 理節(jié)點的處理能力有限，可以將網(wǎng)路數(shù)據(jù)分發(fā)至多個處理節(jié)點，即本發(fā)明采用集中式獲取 高速數(shù)據(jù)流和并行式處理的結(jié)構(gòu)，如

圖1所示。該結(jié)構(gòu)提高整個內(nèi)容監(jiān)控系統(tǒng)的處理能力。內(nèi)容監(jiān)控應用，首先需要解決單個會話的數(shù)據(jù)完整性監(jiān)控用戶完整的通信業(yè)務 內(nèi)容，即應保證將原始業(yè)務上下文相關的所有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包分發(fā)至同一處理節(jié)點進行協(xié)議解 析、數(shù)據(jù)還原等處理。傳統(tǒng)的報文保序是通過五元組標識(源IP地址，目的IP地址，源端 口號，目的端口號，傳輸層協(xié)議類型)來辨識同一連接的數(shù)據(jù)報文。但是第三代移動業(yè)務中 有些業(yè)務的相關協(xié)議不止一個,如VoIP (Voice over IP)業(yè)務的SIP (Session Initiation Protocol) > RTP (Real-time Transport Protocol)十辦的 RTSP (Real—time Streaming Protocol)、RTP協(xié)議等，各協(xié)議在使用時端口號并不一致。故對于多協(xié)議的通信 業(yè)務，需要增加會話綁定部分，將屬于同一業(yè)務的相關協(xié)議數(shù)據(jù)包都發(fā)送至同一處理節(jié)點。保證了會話完整性，仍需要考慮常見移動業(yè)務在流量特性的不同。交互類業(yè)務如WAP (Wireless Application Protocol)等其數(shù)據(jù)量較小，而對于會話類、流媒體類業(yè)務，例 如VoIP和流媒體，數(shù)據(jù)量大且速度快。在保證會話完整性的前提下，需要將同會話的數(shù)據(jù) 包都發(fā)送至同一處理節(jié)點。后類業(yè)務能在很短時間內(nèi)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)包，迅速改變處理節(jié)點 的負載狀況，甚至使其超載，造成并行處理節(jié)點之間負載不均衡?？紤]會話完整性和業(yè)務流量特性，本發(fā)明對于交互類業(yè)務和會話、流媒體類業(yè)務， 分別采用不同的負載調(diào)度方法。本發(fā)明是一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，即采用集中式獲取高速 數(shù)據(jù)流和并行處理的結(jié)構(gòu)，通過業(yè)務分類、新會話判斷，采用靜態(tài)負載調(diào)度和自適應負載調(diào) 度相結(jié)合分別處理不同業(yè)務類型的數(shù)據(jù)包；負載均衡方法具體步驟如下述1)接收新的數(shù)據(jù)包，業(yè)務分類，輸入數(shù)據(jù)包若為交互類業(yè)務數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)至步驟2)， 若為會話、流媒體類業(yè)務數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)至步驟3)，如不屬于監(jiān)控業(yè)務范圍內(nèi)，則直接棄之不處 理；2)靜態(tài)負載調(diào)度，選擇異或和循環(huán)移位X0R_SHIFT作為Hash函數(shù)，即i = X0R_ SHIFT (χ)mod N，其中輸出i為處理節(jié)點標識，輸入χ是輸入數(shù)據(jù)包所屬會話的共同標識， mod為取余運算符，N為處理節(jié)點總數(shù)，將輸入數(shù)據(jù)包發(fā)至處理節(jié)點i，回到步驟1)；3)新會話判斷，查詢會話信息Hash表，輸入數(shù)據(jù)包若為新會話的首發(fā)包，轉(zhuǎn)至步 驟4)，若為已有會話轉(zhuǎn)至步驟5)；4)自適應負載調(diào)度，包括以下子步驟41)獲取各處理節(jié)點的周期采樣負載信息Loadi,」，采用指數(shù)平滑法EMA計算各處 理節(jié)點的負載預測值，其中j為采樣時刻； 42)根據(jù)各處理節(jié)點的負載預測值λ 和處理能力Capacityi,用
權利要求
一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，其特征是采用集中式獲取高速數(shù)據(jù)流和并行處理的結(jié)構(gòu)，通過業(yè)務分類、新會話判斷，采用靜態(tài)負載調(diào)度和自適應負載調(diào)度相結(jié)合分別處理不同業(yè)務類型的數(shù)據(jù)包；負載均衡方法具體步驟如下述1)接收新的數(shù)據(jù)包，業(yè)務分類，輸入數(shù)據(jù)包若為交互類業(yè)務數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)至步驟2)，若為會話、流媒體類業(yè)務數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)至步驟3)，如不屬于監(jiān)控業(yè)務范圍內(nèi)，則直接棄之不處理；2)靜態(tài)負載調(diào)度，選擇異或和循環(huán)移位XOR_SHIFT作為Hash函數(shù)，即i＝XOR_SHIFT(x)mod N，其中輸出i為處理節(jié)點標識，輸入x是輸入數(shù)據(jù)包所屬會話的共同標識，mod為取余運算符，N為處理節(jié)點總數(shù)，將輸入數(shù)據(jù)包發(fā)至處理節(jié)點i，回到步驟1)；3)新會話判斷，查詢會話信息Hash表，輸入數(shù)據(jù)包若為新會話的首發(fā)包，轉(zhuǎn)至步驟4)，若為已有會話轉(zhuǎn)至步驟5)；4)自適應負載調(diào)度，包括以下子步驟41)獲取各處理節(jié)點的周期采樣負載信息Loadi，j，采用指數(shù)平滑法EMA計算各處理節(jié)點的負載預測值其中j為采樣時刻；42)根據(jù)各處理節(jié)點的負載預測值和處理能力Capacityi，用計算各處理節(jié)點的加權負載LDi，j+1；43)設處理節(jié)點Max的加權負載LDMax，j+1為LDi，j+1最大值，處理節(jié)點min的加權負載LDmin，j+1為LDi，j+1最小值，并行處理節(jié)點之間均衡指數(shù)為η，其中并行處理節(jié)點之間均衡閾值ηThreshold，若并行處理節(jié)點之間均衡，即η≤ηThreshold，轉(zhuǎn)至子步驟44)；若并行處理節(jié)點之間不均衡，即η＞ηThreshold，轉(zhuǎn)至子步驟45)；44)數(shù)據(jù)包為新會話首發(fā)包且并行處理節(jié)點之間均衡時，計算i＝XOR_SHIFT(x)mod N，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至處理節(jié)點i，并將此新會話信息添加到會話信息Hash表，回到步驟1)；45)數(shù)據(jù)包為新會話首發(fā)包且并行處理節(jié)點之間不均衡時，判斷是否為并發(fā)會話，若是，采用加權輪詢法得到i值，并發(fā)送至處理節(jié)點i，并將此新會話信息添加到會話信息Hash表，回到步驟1)；若不是并發(fā)會話則轉(zhuǎn)至子步驟46)；46)采用最小加權負載法，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至處理節(jié)點min，并將此新會話信息添加到會話信息Hash表，回到步驟1)；5)查詢會話信息Hash表，獲得已有會話所分配的處理節(jié)點標識i，將輸入數(shù)據(jù)包發(fā)送至處理節(jié)點i，并更新會話信息Hash表，回到步驟1)。FDA0000029165530000011.tif,FDA0000029165530000012.tif,FDA0000029165530000013.tif,FDA0000029165530000014.tif
2.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，其特征是靜 態(tài)負載調(diào)度，選擇異或和循環(huán)移位X0R_SHIFT作為Hash函數(shù)，即i = X0R_SHIFT (x)mod N， 其中輸出i為處理節(jié)點標識，輸入χ是輸入數(shù)據(jù)包所屬會話的共同標識，mod為取余運算符， N為處理節(jié)點總數(shù)；異或和循環(huán)移位X0R_SHIFT，需選擇異或位數(shù)Xnum和循環(huán)移位數(shù)Cnum ；輸入χ劃分 為長度是Xnum的多個字段Xl，x2, L，Xi, L xy，各字段分別循環(huán)移位Cnum次，得到新字段I1X^ X^l，I，異或和循環(huán)移位X0R_SHIFT作為Hash函數(shù)計算如公式(1)示，
3.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，其特征是 獲取各處理節(jié)點的周期采樣負載信息，采用指數(shù)平滑法EMA計算各處理節(jié)點的負載預測值 Loady+i，其中j為采樣時刻；Loadijj是處理節(jié)點i在采樣時刻j的負載值，時間序列Loadiil，Loadii2，L Loac^n，L作為處理節(jié)點i的周期采樣負載信息，指數(shù)平滑法EMA用公式⑵計算負載預測值，
4.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，其特征是數(shù) 據(jù)包為新會話首發(fā)包且并行處理節(jié)點之間不均衡時，判斷是否為并發(fā)會話，若是，采用加權 輪詢法得到i值；加權輪詢法，即按加權負載LDi, J+1大小將處理節(jié)點排隊，加權負載為LDmin, J+1的處理節(jié) 點min位于隊首，優(yōu)先級高；加權負載為LDMax,j+1的處理節(jié)點Max位于隊尾，優(yōu)先級低；將接 續(xù)到達的并發(fā)新會話按優(yōu)先級從高到低輪詢分發(fā)給各個處理節(jié)點。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，其特征是采 用最小加權負載法，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至處理節(jié)點min ；最小加權負載法通過公式(3)計算出最小加權負載的處理節(jié)點min，
全文摘要
該發(fā)明提供了一種應用于移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控的負載均衡方法，根據(jù)數(shù)據(jù)流和內(nèi)容監(jiān)控的特點，提出了集中式獲取數(shù)據(jù)流和并行處理的負載均衡結(jié)構(gòu)。針對不同業(yè)務在流量特性上的差異，采用靜態(tài)負載調(diào)度和自適應負載調(diào)度相結(jié)合的負載均衡方法，高效地處理數(shù)據(jù)包；該方法同時考慮處理節(jié)點異常、并發(fā)會話等特殊情況，保證并行處理節(jié)點之間穩(wěn)定、有效地運行。該發(fā)明能滿足移動業(yè)務內(nèi)容監(jiān)控應用中對負載均衡的功能需求和性能需求。
文檔編號H04W28/08GK101945407SQ201010515970
公開日2011年1月12日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者王平, 蒲文靜, 霍貴超, 黃杰 申請人:東南大學