本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法與裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的路由控制和傳輸協(xié)議這兩大核心技術(shù)的設(shè)計(jì)缺陷是造成網(wǎng)絡(luò)擁塞的重要助因。路由控制上，數(shù)據(jù)流傳輸單純追求最短路徑，導(dǎo)致流量向部分鏈路匯集，很容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。傳輸協(xié)議上，以tcp為例，tcp協(xié)議中發(fā)送速率慢啟動(dòng)和急剎車使得終端的發(fā)送速率不同且動(dòng)態(tài)變化，很容易引發(fā)類似“幽靈塞車”的浪涌式的擁塞。

生物界中存在一種集群運(yùn)行現(xiàn)象，例如：(1)沙丁魚群集運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，個(gè)體沙丁魚通過(guò)感知水流、溫度等環(huán)境信息以及鄰居狀態(tài)的變化，個(gè)體自主變化并最終使得群體形態(tài)發(fā)生適應(yīng)性變化。群體在遭受威脅時(shí)，仍能形成大規(guī)模有序的群集運(yùn)動(dòng)。(2)椋鳥(niǎo)群集運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，少數(shù)個(gè)體在發(fā)現(xiàn)覓食地或掌握歸巢遷徙路線時(shí)，亦可引導(dǎo)整個(gè)群集運(yùn)動(dòng)。

參照群集運(yùn)動(dòng)原理，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)感知鄰域節(jié)點(diǎn)及自身的當(dāng)前狀態(tài)，對(duì)感知的情景進(jìn)行分析并依據(jù)一定的規(guī)則形成決策，驅(qū)動(dòng)柔性網(wǎng)絡(luò)資源執(zhí)行相應(yīng)調(diào)整，并將這種機(jī)制向鄰域擴(kuò)散，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)域范圍內(nèi)的群體目標(biāo)一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的路由控制上存在數(shù)據(jù)流傳輸單純追求最短路徑，導(dǎo)致流量向部分鏈路匯集，很容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題，及傳輸協(xié)議上存在tcp協(xié)議中發(fā)送速率慢啟動(dòng)和急剎車使得終端的發(fā)送速率不同且動(dòng)態(tài)變化，很容易引發(fā)類似“幽靈塞車”的浪涌式的擁塞問(wèn)題，提出一種下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法與裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法，該方法包括：

步驟1：收集下行節(jié)點(diǎn)的流量信息，對(duì)獲取的流量信息進(jìn)行特征統(tǒng)計(jì)，獲取各節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量；

步驟2：根據(jù)下行節(jié)點(diǎn)的流量特征信息和自身的流量特征信息及調(diào)整閾值，計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量；

步驟3：根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量進(jìn)行流量預(yù)調(diào)整，提前對(duì)可能發(fā)生擁塞的流量進(jìn)行減速，減緩網(wǎng)絡(luò)擁塞；

步驟4：周期性地根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，生成信息通告數(shù)據(jù)包，并向上行節(jié)點(diǎn)通告。

所述的下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法，所述步驟1具體包括：構(gòu)建探測(cè)信息包發(fā)往下行節(jié)點(diǎn)，從下行節(jié)點(diǎn)的回復(fù)包中收集其流量信息；對(duì)收集的下行節(jié)點(diǎn)流量信息按照流傳輸時(shí)間、帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)等特征進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，得到各節(jié)點(diǎn)i中不同流j的流特征向量fvij＝[tj，bj，dj，jj…]，fvij為第i個(gè)下行節(jié)點(diǎn)的第j條流的特征向量，其中，tj表示第j條流的傳輸時(shí)間，bj表示第j條流的帶寬，dj表示第j條流的時(shí)延，jj表示第j條流的抖動(dòng)等。

所述的下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法，所述步驟4具體包括：

步驟201：查詢所有下行節(jié)點(diǎn)的流信息特征矩陣fvij；

步驟202：遍歷所有流特征向量fvi，與下行節(jié)點(diǎn)信息閾值表中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若各項(xiàng)指標(biāo)皆在表中所給的閾值范圍內(nèi)，本節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行流調(diào)整，否則本節(jié)點(diǎn)結(jié)合下行節(jié)點(diǎn)和自身節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，計(jì)算新的本節(jié)點(diǎn)流量特征向量；

步驟203：輸出本節(jié)點(diǎn)流特征向量。

所述的下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法，所述步驟3具體包括：

步驟301：對(duì)于新計(jì)算的流i的特征信息向量fi，首先獲取其流首部，包括源、目的ip和源、目的端口等信息；

步驟302：根據(jù)流首部信息，降低本節(jié)點(diǎn)發(fā)往下行節(jié)點(diǎn)的端口速率，以限制流的速率，流速率的調(diào)整方式為：vi'＝(1-β)*vi，其中β為調(diào)節(jié)因子，用來(lái)調(diào)整流速率的降低程度，該值可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量情況動(dòng)態(tài)變化。

所述的下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法，所述步驟4具體包括：節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)信息通告數(shù)據(jù)包，依據(jù)數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)，執(zhí)行以下操作：1)節(jié)點(diǎn)丟棄數(shù)據(jù)包，如果數(shù)據(jù)包中的計(jì)時(shí)器超時(shí)，表示該數(shù)據(jù)包是一個(gè)失效包；2)節(jié)點(diǎn)丟棄數(shù)據(jù)包，如果節(jié)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，超出了上行節(jié)點(diǎn)通告范圍；3)節(jié)點(diǎn)更新數(shù)據(jù)包中計(jì)數(shù)器，并將數(shù)據(jù)包發(fā)往上行節(jié)點(diǎn)；本節(jié)點(diǎn)收到下行節(jié)點(diǎn)的信息通告數(shù)據(jù)包后，對(duì)其下行節(jié)點(diǎn)流信息特征矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

一種下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡裝置，包括：流量信息收集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、流量調(diào)整模塊、資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)和信息通告模塊，其中，

流量信息收集模塊，用于在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)收集下行節(jié)點(diǎn)的流量通告信息，同時(shí)將收集到的下行節(jié)點(diǎn)流量信息存儲(chǔ)在資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)中；

數(shù)據(jù)分析模塊，用于對(duì)于收集的網(wǎng)絡(luò)流量信息進(jìn)行特征歸納和統(tǒng)計(jì)，為各下行節(jié)點(diǎn)生成描述其流量特征的特征向量；

流量調(diào)整模塊，用于根據(jù)下行節(jié)點(diǎn)的流量特征信息和自身的流量特征信息及調(diào)整閾值，計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)的流量調(diào)整信息，最后基于一定路由規(guī)則進(jìn)行路由調(diào)整；

資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存放本節(jié)點(diǎn)及其下行節(jié)點(diǎn)的流量特性向量等信息，是整個(gè)裝置的存儲(chǔ)單元；

信息通告模塊：周期性地根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，生成信息通告數(shù)據(jù)包，并向上行節(jié)點(diǎn)通告。

本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在以下優(yōu)點(diǎn)：靈活性高：流量特征的感知種類與下行節(jié)點(diǎn)的參考數(shù)量不是固定的，網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)業(yè)務(wù)需求擴(kuò)大或減小流量感知的下行節(jié)點(diǎn)范圍；適應(yīng)性好：由時(shí)變的內(nèi)在結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)時(shí)變的流服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對(duì)流內(nèi)在特征的動(dòng)態(tài)匹配；服務(wù)質(zhì)量高：對(duì)下行節(jié)點(diǎn)的流量特征進(jìn)行自動(dòng)感知與提取，參考下行節(jié)點(diǎn)的流量特征信息對(duì)本節(jié)點(diǎn)的流量進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，對(duì)可能發(fā)生擁塞的流量進(jìn)行及時(shí)減速，通過(guò)擁塞避免的方式實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)域流量均衡，提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，使有限的網(wǎng)絡(luò)資源得到了更加合理的利用；

2、本發(fā)明能夠在滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源約束的條件下通過(guò)下行節(jié)點(diǎn)信息感知的方式對(duì)本節(jié)點(diǎn)的流量作出調(diào)整，通過(guò)流量預(yù)減速的方式避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載均衡同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的下行節(jié)點(diǎn)信息閾值表示意圖；

圖3為本發(fā)明的本節(jié)點(diǎn)流信息特征向量更新示意圖；

圖4為本發(fā)明裝置示意圖；

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，結(jié)合圖1-圖4，一種下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡方法，如圖1所示，首先對(duì)該方法的如下流程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

步驟1、下行節(jié)點(diǎn)流信息收集：以探測(cè)信息包交互的方式與下行節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流信息交換，統(tǒng)計(jì)下行節(jié)點(diǎn)的流量信息，對(duì)獲取的流量信息進(jìn)行特征統(tǒng)計(jì)，獲取各節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量；

步驟2、更新本節(jié)點(diǎn)流量信息特征：查詢流信息管理庫(kù)，基于下行節(jié)點(diǎn)和自身節(jié)點(diǎn)的流量特征信息及調(diào)整閾值，計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量；

步驟3、流量調(diào)整：根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量進(jìn)行流量預(yù)調(diào)整，提前對(duì)可能發(fā)生擁塞的流量進(jìn)行減速，減緩網(wǎng)絡(luò)擁塞；

步驟4、上、下行節(jié)點(diǎn)流信息周期交互：下行節(jié)點(diǎn)周期性地根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，生成信息通告數(shù)據(jù)包，并向上行節(jié)點(diǎn)通告。

具體的，步驟1中，收集下行節(jié)點(diǎn)的流量信息，對(duì)獲取的流量信息進(jìn)行特征統(tǒng)計(jì)，獲取各節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量,該開(kāi)發(fā)過(guò)程包括：

構(gòu)建探測(cè)信息包發(fā)往下行節(jié)點(diǎn)，從下行節(jié)點(diǎn)的回復(fù)包中收集其流量信息。對(duì)收集的下行節(jié)點(diǎn)流量信息按照流傳輸時(shí)間、帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)等特征進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，得到各節(jié)點(diǎn)i中不同流j的流特征向量fvij＝[tj，bj，dj，jj…]，fvij為第i個(gè)下行節(jié)點(diǎn)的第j條流的特征向量。其中，tj表示第j條流的傳輸時(shí)間，bj表示第j條流的帶寬，dj表示第j條流的時(shí)延，jj表示第j條流的抖動(dòng)等。

具體的，在本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，步驟2中，更新本節(jié)點(diǎn)流量信息特征：查詢流信息管理庫(kù)，基于下行節(jié)點(diǎn)和自身節(jié)點(diǎn)的流量特征信息及調(diào)整閾值，計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量。該開(kāi)發(fā)過(guò)程包括：

如圖3所示，逐一對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每條流進(jìn)行判別，可獲得全網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)穩(wěn)態(tài)流候選集合，具體過(guò)程如下：

步驟201：查詢所有下行節(jié)點(diǎn)的流信息特征矩陣fvij；

步驟202：遍歷所有流特征向量fvi，與下行節(jié)點(diǎn)信息閾值表中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若各項(xiàng)指標(biāo)皆在表中所給的閾值范圍內(nèi)，本節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行流調(diào)整，否則本節(jié)點(diǎn)結(jié)合下行節(jié)點(diǎn)和自身節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，計(jì)算新的本節(jié)點(diǎn)流量特征向量；

步驟203：輸出本節(jié)點(diǎn)流特征向量。

流信息管理庫(kù)存儲(chǔ)了不同下行節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量信息特征向量和下行節(jié)點(diǎn)信息閾值表。其中，下行節(jié)點(diǎn)信息閾值表中給出了針對(duì)該下行節(jié)點(diǎn)流量的限制條件及調(diào)整閾值thre(tbi，tdi，tji…)，其中tbi，tdi和tji等分別表示節(jié)點(diǎn)i中流的傳輸帶寬、時(shí)延和抖動(dòng)等參數(shù)的限制閾值。

為了判斷是否在本節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行流量調(diào)整，通過(guò)其下行節(jié)點(diǎn)流特征向量與下行節(jié)點(diǎn)信息閾值表中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較：

如果所有下行節(jié)點(diǎn)各項(xiàng)指標(biāo)皆在表中所給的閾值范圍內(nèi)，本節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行流調(diào)整，否則本節(jié)點(diǎn)結(jié)合下行節(jié)點(diǎn)和自身節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，進(jìn)行流量調(diào)整。流量調(diào)整時(shí)，計(jì)算本節(jié)點(diǎn)新的流量特征向量：

f＝(1-α)*f+α*(w1*fv1+w2*fv2+…wn*fvn)其中α為調(diào)節(jié)參數(shù)，表示舊節(jié)點(diǎn)流量特征值在新值中的重要程度。本節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流量調(diào)整時(shí)，對(duì)不同的下行節(jié)點(diǎn)設(shè)定不同的權(quán)重值，可用權(quán)值向量w＝[w1，w2，w3，w4，…]表示，因此計(jì)算出的本節(jié)點(diǎn)流量信息特征向量為f＝(1-α)*f+α*w*fv。

具體的，在本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，步驟3中，流量調(diào)整：根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量信息特征向量進(jìn)行流量預(yù)調(diào)整，提前對(duì)可能發(fā)生擁塞的流量進(jìn)行減速，減緩網(wǎng)絡(luò)擁塞，該開(kāi)發(fā)過(guò)程包括：

本節(jié)點(diǎn)根據(jù)計(jì)算的流量特征向量，在本節(jié)點(diǎn)處對(duì)流進(jìn)行“減速”調(diào)整，提前減緩網(wǎng)絡(luò)擁塞；

步驟301：對(duì)于新計(jì)算的流i的特征信息向量fi，首先獲取其流首部，包括源、目的ip和源、目的端口等信息。

步驟302：根據(jù)流首部信息，降低本節(jié)點(diǎn)發(fā)往下行節(jié)點(diǎn)的端口速率，以限制流的速率。流速率的調(diào)整方式為：:vi'＝(1-β)*vi，其中β為調(diào)節(jié)因子，用來(lái)調(diào)整流速率的降低程度，該值可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量情況動(dòng)態(tài)變化。

具體的，在本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，步驟4中，上、下行節(jié)點(diǎn)流信息周期交互：下行節(jié)點(diǎn)周期性地根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，生成信息通告數(shù)據(jù)包，并向上行節(jié)點(diǎn)通告。該開(kāi)發(fā)過(guò)程包括：

節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)信息通告數(shù)據(jù)包，依據(jù)數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)，執(zhí)行以下操作：

1)節(jié)點(diǎn)丟棄數(shù)據(jù)包，如果數(shù)據(jù)包中的計(jì)時(shí)器超時(shí)，表示該數(shù)據(jù)包是一個(gè)失效包，

2)節(jié)點(diǎn)丟棄數(shù)據(jù)包，如果節(jié)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，超出了上行節(jié)點(diǎn)通告范圍；

3)節(jié)點(diǎn)更新數(shù)據(jù)包中計(jì)數(shù)器，并將數(shù)據(jù)包發(fā)往上行節(jié)點(diǎn)；

本節(jié)點(diǎn)收到下行節(jié)點(diǎn)的信息通告數(shù)據(jù)包后，對(duì)其下行節(jié)點(diǎn)流信息特征矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

本發(fā)明同時(shí)還提供了一種下行節(jié)點(diǎn)信息感知的流量均衡裝置，其結(jié)構(gòu)如圖4所示；

該裝置包括：流量信息收集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、流量調(diào)整模塊、資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)和信息通告模塊。

其中，流量信息收集模塊，用于在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)收集下行節(jié)點(diǎn)的流量通告信息，同時(shí)將收集到的下行節(jié)點(diǎn)流量信息存儲(chǔ)在資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)中。

數(shù)據(jù)分析模塊，用于對(duì)于收集的網(wǎng)絡(luò)流量信息進(jìn)行特征歸納和統(tǒng)計(jì)，為各下行節(jié)點(diǎn)生成描述其流量特征的特征向量。

流量調(diào)整模塊，用于根據(jù)下行節(jié)點(diǎn)的流量特征信息和自身的流量特征信息及調(diào)整閾值，計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)的流量調(diào)整信息，最后基于一定路由規(guī)則進(jìn)行路由調(diào)整。

資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存放本節(jié)點(diǎn)及其下行節(jié)點(diǎn)的流量特性向量等信息，是整個(gè)裝置的存儲(chǔ)單元。

信息通告模塊：周期性地根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的流量特征信息，生成信息通告數(shù)據(jù)包，并向上行節(jié)點(diǎn)通告。