專利名稱：基于SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，新特性、新需求不斷出現(xiàn)并不斷變化，這就要求新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)具有足夠的靈活性，能快速地對(duì)新業(yè)務(wù)、新需求做出響應(yīng)；要求新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)具有足夠的開放性，使用戶可以根據(jù)所開放的資源靈活組合，以提供不同的網(wǎng)絡(luò)需求服務(wù)；要求新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)具有足夠的模塊化特性，并通過標(biāo)準(zhǔn)化組織進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使得每個(gè)模塊可以由不同廠家獨(dú)立研究開發(fā)，又可以通過積木式有機(jī)組合成一個(gè)整體，這種積木式的發(fā)展模式可以極大地加快產(chǎn)品的開發(fā)過程，同時(shí)也有利于良性競(jìng)爭(zhēng)、降低成本，個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的發(fā)展已經(jīng)充分證明了該模式的有效性。轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離的網(wǎng)絡(luò)件正是由于滿足了新一代網(wǎng)絡(luò)的以上要求而在目前得到了廣泛研究和應(yīng)用。關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離網(wǎng)絡(luò)件的研究目前主要在互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定組織IETF引導(dǎo)下開展，IETF·成立了專門的 ForCES (Forwarding and Control Element Separation,轉(zhuǎn)發(fā)和控制件分離)工作組中。轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離網(wǎng)絡(luò)件的典型結(jié)構(gòu)如圖I所示。一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離的網(wǎng)絡(luò)件分成轉(zhuǎn)發(fā)件(FE)和控制件(CE)兩部分，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議RFC3654中規(guī)定了轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離網(wǎng)絡(luò)件的需求(Requirements),互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議RFC3746規(guī)定了轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離網(wǎng)絡(luò)件的框架(Framework)。它們之間的信息交換使用標(biāo)準(zhǔn)化的被稱為“ForCES協(xié)議”的信息交換協(xié)議，進(jìn)而轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離網(wǎng)絡(luò)件也被稱為ForCES網(wǎng)絡(luò)件，標(biāo)準(zhǔn)化使得轉(zhuǎn)發(fā)件和控制件可以由不同廠家生產(chǎn)。在ForCES路由器中，控制件和轉(zhuǎn)發(fā)件間的通信依靠傳輸映射層(TML)來實(shí)現(xiàn)，傳輸映射層的體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所不，由傳輸映射層負(fù)責(zé)ForCES協(xié)議消息在不同傳輸介質(zhì)(如SCTP，ATM, IP)中的傳輸。為了高效地傳輸協(xié)議消息，傳輸映射層需要在控制平面和數(shù)據(jù)平面之間合理的分配帶寬。傳統(tǒng)的帶寬分配算法基本把重點(diǎn)放在了提高分配效率，對(duì)消息屬性及不同消息之間的重要性方面關(guān)注不多，因而缺乏針對(duì)性，使得在提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率方面遇到了瓶頸，不能進(jìn)一步提高本來就已經(jīng)競(jìng)爭(zhēng)很激烈的帶寬資源的利用率。針對(duì)ForCES路由器中不同消息對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求，基于速率和緩存控制主動(dòng)隊(duì)列管理的動(dòng)態(tài)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(duì)列管理算法研究和調(diào)度算法研究?？偟膩碚f，調(diào)度算法主要決定下一個(gè)要發(fā)送的分組從哪個(gè)流獲取，用于協(xié)調(diào)不同消息流之間的帶寬分配，而隊(duì)列管理算法則在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間通過以一定概率丟棄分組的方式來管理隊(duì)列長(zhǎng)度。目前ForCES小組對(duì)此正在探索性的研究，現(xiàn)在在基于SCTP的ForCES傳輸匹配層架構(gòu)文檔中僅提出了基于嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)的連續(xù)工作性調(diào)度方法來處理協(xié)議層消息的接受和發(fā)送。這意味著高優(yōu)先級(jí)通道的消息總是優(yōu)先處理，直到消息處理完為止。只有較高優(yōu)先級(jí)的消息處理完以后，低優(yōu)先級(jí)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(yōu)先級(jí)通道若有很多消息，會(huì)一直占用帶寬，這將會(huì)餓死低優(yōu)先級(jí)通道。所以一種在基于SCTP的ForCES傳輸映射層下實(shí)現(xiàn)帶寬分配的方法成為ForCES網(wǎng)絡(luò)件技術(shù)研究當(dāng)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟
步驟(I) 傳遞ForCES協(xié)議消息的ForCES接口被進(jìn)一步分為協(xié)議層和傳輸映射層。ForCES協(xié)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(shí)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(gè)消息隊(duì)列，并根據(jù)初始時(shí)三類消息重要程度的不同，調(diào)度模塊設(shè)定控制消息隊(duì)列的初始調(diào)度概率為0. 7，事件消息隊(duì)列的初始調(diào)度概率為0. 2，重定向消息的初始調(diào)度概率為0. I ；
然后，調(diào)度模塊根據(jù)三類消息隊(duì)列的初始調(diào)度概率進(jìn)行帶寬分配并開始傳輸消息，控制消息所占初始帶寬
Sc =凡X 5、事件消息所占初始帶寬乓=A X S、重定向消息所占初始帶寬
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(shí)允許的最大帶寬。步驟(2).隊(duì)列管理模塊根據(jù)消息隊(duì)列緩存的當(dāng)前實(shí)際占用情況，計(jì)算出因當(dāng)前消息隊(duì)列緩存長(zhǎng)度變化引起的丟包概率,
隊(duì)列管理模塊分別設(shè)置各個(gè)消息隊(duì)列緩存長(zhǎng)度的最小緩沖閥值*_^ 和最大緩沖閥值并通過隊(duì)列管理模塊獲得當(dāng)前消息隊(duì)列的實(shí)際緩存占用信息，然后與之前設(shè)定的最小緩沖閥值和最大緩沖閥值作比較。若消息隊(duì)列長(zhǎng)度超過最大緩沖閥值Mhim，則說明該消息通道已經(jīng)出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象，直接丟棄該消息，所以此時(shí)丟包概率=1 ;
若消息隊(duì)列長(zhǎng)度小于最小緩沖閥值，則說明該消息通道沒有發(fā)生擁塞現(xiàn)象，到達(dá)的消息隊(duì)列全部被獲準(zhǔn)進(jìn)入當(dāng)前消息隊(duì)列，所以此時(shí)丟包概率= 0 ；
若消息隊(duì)列長(zhǎng)度介于最大緩沖閥值和最小緩沖閥值麻-之間，則此時(shí)丟包概率 辦計(jì)算如下
Pq_dp = a(x-tf ；
其中，a是常數(shù)表示當(dāng)前消息隊(duì)列的長(zhǎng)度，MinM <x<Maxtks , i = Mrniki。
步驟(3).當(dāng)有新的消息包到達(dá)時(shí)，速率估算模塊采用指數(shù)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(dá)速率，然后根據(jù)各類消息包的平均到達(dá)速率和該類消息隊(duì)列當(dāng)前的最大服務(wù)速率 計(jì)算出因各類消息包的到達(dá)速率變化引
起的丟包概率。各類消息包平均到達(dá)速率^具體計(jì)算如下
其中，為指數(shù)權(quán)值，h是新的消息包到達(dá)之前消息流的平均到達(dá)速率，
Tl1 -h.,表示第k+1個(gè)消息包和第k個(gè)消息包到達(dá)的間隔時(shí)間，Im表示第k+1個(gè)消息包的長(zhǎng)度，K是一個(gè)常數(shù)。
根據(jù)當(dāng)前各類消息包平均到達(dá)速率和當(dāng)前該消息隊(duì)列的最大服務(wù)速率_,獲得當(dāng)前消息流的服務(wù)速率。若< ，則所有的消息包都會(huì)被入隊(duì)發(fā)送；若
r >悄細(xì)嫌雜，棚麵白勺爾中關(guān)，戶備肖肩猶髓舖
new
丟棄概率Pr卻=腿(0，—............；
步驟(4).調(diào)度模塊根據(jù)步驟(2)和步驟(3)計(jì)算得到的兩種丟包概率，計(jì)算出三類消息各自的總丟包概率為Pdp = Pq身'Pr—每，根據(jù)各類消息總丟包概率P趣來決定該類消息是否可以入隊(duì)，
①.若消息類型為控制消息，則根據(jù)總丟包概率V每改變控制消息的傳輸概率f設(shè)置閥值Pfcd ,其中Pe的調(diào)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(jì)算如下
PT = (1 + ) xJ ,;
其中，每=p每_ptM，為增大后的義，且小于等于1，即Pfw = mm((1 +Ap>)XI)。
b.當(dāng)|^= 0，且仏§時(shí)，為充分利用帶寬資源，則減小參數(shù)風(fēng)，即將&乘以參數(shù)j
，0 < 4 <1 ,減小具的計(jì)算如下p^w = max (0.5, JPir x A)。c.若此時(shí)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,即把剩余帶寬全部分配給非空消息通道；
d.若此時(shí)事件消息和重定向消息都為非空，則根據(jù)通道優(yōu)先級(jí)，把除了控制消息帶寬以外的剩余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,并且根據(jù)實(shí)際情況和優(yōu)先級(jí)，參數(shù)#的大小可以被控制調(diào)整，PT為調(diào)整后&的大小，pt為調(diào)整后&的大小，且■和的調(diào)整方法在除去&_的傳輸概率基礎(chǔ)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(jù)它們各自的總丟包概率
權(quán)利要求
1.基于SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟(I).傳遞ForCES協(xié)議消息的ForCES接口被進(jìn)一步分為協(xié)議層和傳輸映射層；ForCES協(xié)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(shí)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(gè)消息隊(duì)列，并根據(jù)初始時(shí)三類消息重要程度的不同，調(diào)度模塊設(shè)定控制消息隊(duì)列的初始調(diào)度概率為0. 7，事件消息隊(duì)列的初始調(diào)度概率為0. 2，重定向消息的初始調(diào)度概率為0. I ；然后，調(diào)度模塊根據(jù)三類消息隊(duì)列的初始調(diào)度概率進(jìn)行帶寬分配并開始傳輸消息，控制消息所占初始帶寬式=PeXS、事件消息所占初始帶寬?cǎi)R=、重定向消息所占初始帶寬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(shí)允許的最大帶寬； 步驟(2).隊(duì)列管理模塊根據(jù)消息隊(duì)列緩存的當(dāng)前實(shí)際占用情況，計(jì)算出因當(dāng)前消息隊(duì)列緩存長(zhǎng)度變化引起的丟包概率iV# ； 隊(duì)列管理模塊分別設(shè)置各個(gè)消息隊(duì)列緩存長(zhǎng)度的最小緩沖閥值和最大緩沖閥值并通過隊(duì)列管理模塊獲得當(dāng)前消息隊(duì)列的實(shí)際緩存占用信息，然后與之前設(shè)定的最小緩沖閥值麻M和最大緩沖閥值作比較； 若消息隊(duì)列長(zhǎng)度超過最大緩沖閥值，則說明該消息通道已經(jīng)出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象，直接丟棄該消息，所以此時(shí)丟包概率; 若消息隊(duì)列長(zhǎng)度小于最小緩沖閥值，則說明該消息通道沒有發(fā)生擁塞現(xiàn)象，到達(dá)的消息隊(duì)列全部被獲準(zhǔn)進(jìn)入當(dāng)前消息隊(duì)列，所以此時(shí)丟包概率巧_ 二 0 ; 若消息隊(duì)列長(zhǎng)度介于最大緩沖閥值和最小緩沖閥值應(yīng)m之間，則此時(shí)丟包概率 計(jì)算如下其中，a是常數(shù)，x表示當(dāng)前消息隊(duì)列的長(zhǎng)度，Miitjhd < XKMtXsii , t = Mmsid ； 步驟(3).當(dāng)有新的消息包到達(dá)時(shí)，速率估算模塊采用指數(shù)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(dá)速率，然后根據(jù)各類消息包的平均到達(dá)速率和該類消息隊(duì)列當(dāng)前的最大服務(wù)速率 計(jì)算出因各類消息包的到達(dá)速率變化引起的丟包概率; 各類消息包平均到達(dá)速率^ 具體計(jì)算如下Tmw = Q- a)1-^+ axr^ .其中，a=e￥為指數(shù)權(quán)值，^是新的消息包到達(dá)之前消息流的平均到達(dá)速率， ,表示第k+1個(gè)消息包和第k個(gè)消息包到達(dá)的間隔時(shí)間M表示第k+1個(gè)消息包的長(zhǎng)度，K是一個(gè)常數(shù)； 根據(jù)當(dāng)前各類消息包平均到達(dá)速率^和當(dāng)前該消息隊(duì)列的最大服務(wù)速率 ,獲得當(dāng)前消息流的服務(wù)速率;若r_ < ，則所有的消息包都會(huì)被入隊(duì)發(fā)送；若r > ，則有^1個(gè)消息包將被丟棄，根據(jù)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(diào)度模塊根據(jù)步驟(2)和步驟(3)計(jì)算得到的兩種丟包概率，計(jì)算出三類消息各自的總丟包概率為P卻=Pq_4, h根據(jù)各類消息總丟包概率來決定該類消息 是否可以入隊(duì)， ①.若消息類型為控制消息，則根據(jù)總丟包概率P命改變控制消息的傳輸概率Pe，設(shè)置閥值Pm ,其中凡.的調(diào)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(jì)算如下PT = (^ + ^P)xPe ; 其中，蜂=p_- PtM，為增大后的I ,且小于等于1，即PTw = mm ((I + Ap) X pc, I)； b.當(dāng)i>= O，且奐>I時(shí)，為充分利用帶寬資源，則減小參數(shù)Jle ,即將，乘以參數(shù)；，0 < A <1，減小Pt的計(jì)算如下 P^w = max (0.5,xl).c.若此時(shí)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，即把剩余帶寬全部分配給非空消息通道； d.若此時(shí)事件消息和重定向消息都為非空，則根據(jù)通道優(yōu)先級(jí)，把除了控制消息帶寬以外的剩余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，并且根據(jù)實(shí)際情況和優(yōu)先級(jí)，參數(shù)於的大小可以被控制調(diào)整，Pf"為調(diào)整后a的大小，p7w為調(diào)整后a的大小，且^廠和Pr-的調(diào)整方法在除去的傳輸概率基礎(chǔ)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(jù)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(duì)即可， 若事件消息的總丟包概率為，則就 以、的概率隨機(jī)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(jī)丟棄到來的重定向消息； 步驟(5).調(diào)度模塊根據(jù)重新計(jì)算出來的三類消息隊(duì)列的調(diào)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(jié)束后，循環(huán)執(zhí)行步驟(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于SCTP的ForCES傳輸映射層的帶寬分配方法。本發(fā)明包括如下步驟1)初始時(shí)分別為控制消息、事件消息、重定向消息建立隊(duì)列，調(diào)度模塊為三類隊(duì)列設(shè)置初始調(diào)度概率；2)隊(duì)列管理模塊根據(jù)實(shí)際隊(duì)列緩存情況,計(jì)算出因隊(duì)列長(zhǎng)度變化引起的丟包概率；3)速率估算模塊計(jì)算出消息流的到達(dá)速率和因消息流到達(dá)速率變化引起的丟包概率；4)調(diào)度模塊根據(jù)上述兩個(gè)丟包概率計(jì)算出總丟包概率，根據(jù)總丟包概率決定消息是否入隊(duì)，同時(shí)為三類消息隊(duì)列重新計(jì)算調(diào)度概率；5)調(diào)度模塊根據(jù)重新計(jì)算出的調(diào)度概率分配鏈路帶寬。本發(fā)明采用基于速率和緩存控制的動(dòng)態(tài)概率調(diào)度來分配控制件和轉(zhuǎn)發(fā)件之間的鏈路帶寬，提升了帶寬利用性能。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102752192SQ201210127690
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者宋換換, 王偉明, 諸葛斌 申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)