專利名稱：寬帶多媒體衛(wèi)星atm系統(tǒng)的跨層星上緩存的信元存儲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的星上緩存的信元存儲方法。
背景技術(shù)：
寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)是未來衛(wèi)星通信發(fā)展的必然趨勢，其大寬帶、 高比特率、可靈活分配帶寬等特點能夠滿足多媒體業(yè)務(wù)需求。對于衛(wèi)星ATM 系統(tǒng)而言，其衛(wèi)星傳輸信道的可靠性遠(yuǎn)低于地面光纖信道，因此，為保證各 類業(yè)務(wù)信元的傳輸，系統(tǒng)需要進行必要的物理層及鏈路層的處理，如對于無 實時性要求的連接可以進行基于自動請求重發(fā)協(xié)議的鏈路控制。目前，對于 面向連接的非實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，當(dāng)采用ATM進行傳輸時具有兩個特點(l)上層 的協(xié)議數(shù)據(jù)單元HLPDU (higher layer protocol data unit，也可簡稱分組)會分 裝到多個信元的凈荷中，(2)應(yīng)用高層采用通過上層重傳機制來保證數(shù)據(jù)傳輸 的可靠性?；诖藱C制，現(xiàn)有的跨層星上緩存管理采用早期分組丟棄算法EPD (early packet discard)加錯誤分組尾丟棄策略ECTD ( erroneous packet tail drop),此方案通過丟棄部分衛(wèi)星信道造成的誤碼信元來換取較好的性能。但 該方案的ECTD會保留有無效的HLPDU，會對緩存造成擁塞，并且時延較長。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層緩存方法因保 留有無效的HLPDU而導(dǎo)致緩存擁塞，以及時延較長的問題，從而提出寬帶多 媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層星上緩存的信元存儲方法。
寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層星上緩存的信元存儲方法，它由以下步 驟實現(xiàn)
步驟一、對到達星上的每個HLPDU組中的信元進行檢測，根據(jù)信頭的位 置指示信息檢測到HLPDU組的首信元，將所述首信元及同組的其它信元依此 送入預(yù)緩存中；
步驟二、逐一對預(yù)緩存中的每個HLPDU組中的信元進行跨層檢測，當(dāng) HLPDU組中包含錯誤信元時，則根據(jù)信頭中的位置指示信息將所述錯誤信元及所述HLPDU組中的其它信元都丟棄；當(dāng)HLPDU組中不包含錯誤信元時， 則將所述HLPDU組送入緩存中；每個信元存入緩存的過程為
步驟三、判斷該信元是否為該分組的首信元，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行 步驟三一；如果為否，則執(zhí)行步驟四；
步驟三一、判斷緩存中的排隊長度Q(0是否大于設(shè)定的大門限值m皿^， 如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三一一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟三一
步驟三一一、丟棄該信元，結(jié)束該信元的存儲過程； 步驟三一二、將該信元保存在緩存的緩存隊列中；
步驟四、判斷該信元所在HLPDU組是否有信元被丟棄，如果判斷結(jié)果 為是，則執(zhí)行步驟四一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟五；
步驟四一、丟棄該信元，并結(jié)束該信元的存儲過程；
步驟五、根據(jù)公式
avg(O = (1.0-%)* avg0) + % * Q0) 計算平均排隊長度avg(f)，并執(zhí)行步驟六；所述o^為加權(quán)系數(shù)；
步驟六、比較所述平均排隊長度avg(O與小門限值和大門限值的大小，如
果平均排隊長度avg(O大于或等于設(shè)定的小門限值并且小于或等于設(shè)定的大門 限值，則執(zhí)行步驟六一；如果平均排隊長度avg(O大于設(shè)定的大門限值，則執(zhí) 行步驟六二；如果平均排隊長度avg(O小于設(shè)定的小門限值，則執(zhí)行步驟六三；
步驟六一、根據(jù)下面的公式來計算分組丟棄概率/^;
式中②W"f為自前一個被丟棄的分組開始，未被丟棄的分組數(shù)目；式中
式中p"ctef/ewg^/aW[/]為前二V分組長度；式中為最大分組丟棄概 率；式中
_p6=wox/ *(avg(f) —m/w^z) / (wax// —w/wf/ )見并判斷隨機數(shù)W是否大于分組丟棄概率p"，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行
步驟六三；如果判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟六二；
步驟六二、丟棄該信元，并結(jié)束該信元的存儲過程； 步驟六三、將該信元保存在緩存的緩存隊列中； 所述信頭中的位置指示信息能夠保證信元的可靠傳輸。
步驟二所述判斷錯誤信元的方法是:通過信元載荷部分增加具有檢錯功能 的CRC實現(xiàn)。
有益效果本發(fā)明通過跨ATM層和鏈路層來提前檢測出由于信道誤碼產(chǎn) 生的錯誤信元，并將檢測到的錯誤信元及其所屬的無效HLPDU組丟棄，使寬 帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的有效吞吐量和goodput性能得到良好改善，達到了緩解緩 存擁塞的目的；同時，在信元進入緩存過程中使用EPD與RED相結(jié)合的方法， 即保證了 EPD在通過率和公平性方面的優(yōu)勢，又結(jié)合了 RED來改善時延性能。
圖1是星上跨層緩存管理方法的信元流程示意圖；圖2是本發(fā)明的信元進 入緩存HLPDU組的早丟棄策略EPED管理的原理示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層星上緩存的信元存儲 方法，它由以下步驟實現(xiàn)
步驟一、對到達星上的每個HLPDU組中的信元進行檢測，根據(jù)信頭的位 置指示信息檢測到HLPDU組的首信元，將所述首信元及同組的其它信元依此 送入預(yù)緩存中；
步驟二、逐一對預(yù)緩存中的每個HLPDU組中的信元進行跨層檢測，當(dāng) HLPDU組中包含錯誤信元時，則根據(jù)信頭中的位置指示信息將所述錯誤信元 及所述HLPDU組中的其它信元都丟棄；當(dāng)HLPDU組中不包含錯誤信元時， 則將所述HLPDU組送入緩存中；每個信元存入緩存的過程為
步驟三、判斷該信元是否為該分組的首信元，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行 步驟三一；如果為否，則執(zhí)行步驟四；
步驟三一、判斷緩存中的排隊長度QW是否大于設(shè)定的大門限值m^A，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三一一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟三一 步驟三一一、丟棄該信元，結(jié)束該信元的存儲過程；
步驟三一二、將該信元保存在緩存儲器的緩存隊列中，等待被送往該信元 對應(yīng)的下行鏈路；
步驟四、判斷該信元所在HLPDU組是否有信元被丟棄，如果判斷結(jié)果 為是，則執(zhí)行步驟四一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟五； 步驟四一、丟棄該信元，并結(jié)束該信元的存儲過程； 步驟五、根據(jù)公式 avg0) = (1.0 -必》* avg(O + % * 00)
計算平均排隊長度avg(O，并執(zhí)行步驟六；所述0^為加權(quán)系數(shù)；
步驟六、比較所述平均排隊長度avg(/)與小門限值和大門限值的大小，如 果平均排隊長度avg(/)大于或等于設(shè)定的小門限值并且小于或等于設(shè)定的大門 限值，則執(zhí)行步驟六一；如果平均排隊長度avg(f)大于設(shè)定的大門限值，則執(zhí) 行步驟六二；如果平均排隊長度avg(O小于設(shè)定的小'門限值，則執(zhí)行步驟六三；
步驟六一、根據(jù)下面的公式來計算分組丟棄概率p化
戸，C/ (1 — COM"產(chǎn)/7C)
式中②W"f為自前一個被丟棄的分組開始，未被丟棄的分組數(shù)目；式中
式中p"c^"/e"g^/aW[/]為前二、分組長度；式中為最大分組丟棄概 率；式中
通過服從均勻分布的隨機數(shù)產(chǎn)生器隨機產(chǎn)生一個在[O， l]區(qū)間的隨機數(shù) iV，并判斷隨機數(shù)W是否大于分組丟棄概率p"，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行 步驟六三；如果判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟六二；
步驟六二、丟棄該信元，并結(jié)束該信元的存儲過程；
步驟六三、將該信元保存在緩存儲器的緩存隊列中，等待被送往該信元對應(yīng)的下行鏈路；
所述信頭中的位置指示信息能夠保證信元的可靠傳輸。
步驟二所述判斷錯誤信元的方法是:通過信元載荷部分增加具有檢錯功能 的CRC實現(xiàn)。
本實施方式中大門限值附OxA可以設(shè)定為緩存容量的80。/o;小門限值脂'wA
可以設(shè)定為緩存容量的40%;加權(quán)系數(shù)w《為0.002; maxP為最大分組丟棄概 率為0.002。
本發(fā)明主要由兩個部分組成， 一部分是錯誤分組早丟棄策略EPED，另一 部分是EPD結(jié)合RED方法。如圖l所示各地面站和終端發(fā)送的各種業(yè)務(wù)信 元通過衛(wèi)星信道上行鏈路送往衛(wèi)星，經(jīng)過前端處理后被送往星上緩存，星上緩 存控制器先對信元進行跨層檢測，將由信道誤碼產(chǎn)生的錯誤信元識別出來，通 過EPED策略錯誤信元及其所在的無效分組丟棄掉，然后對有效信元進行緩存 管理，采用EPD結(jié)合RED方法。
參見圖2說明EPED策略的工作流程，具體步驟如下
首先，EPED對到達星上交換機的信元進行檢測，當(dāng)根據(jù)信頭中的位置指 示(指示該信元在HLPDU中的位置)檢測到HLPDU的第一個信元，將此信元 放入預(yù)緩存，其后續(xù)信元也依次送入到預(yù)緩存中。
隨后，再繼續(xù)檢測此HLPDU載荷中是否有錯誤信元，如果有錯誤比特的 信元，那么就根據(jù)信頭中的位置指示，把錯誤信元以及之后到來的屬于同一 HLPDU的信元丟棄，同時將預(yù)緩存中屬于同一HLPDU的其他信元丟棄。如果 沒有錯誤信元，則將預(yù)緩存中的HLPDU送入后續(xù)的緩存中。
在實際應(yīng)用的角度中，EPED的實現(xiàn)需要以下幾點的支持
一是星上交換機要能夠檢測出錯誤信元，這一點可通過對信元的載荷部 分增加檢錯功能如CRC(circular redundant code)來實現(xiàn)；
二是交換機要能識別每一個HLPDU的第一個信元，同時要能夠區(qū)分信元 是否屬于不同的HLPDU，目前常用AAL5(ATM adaptation layer type 5)來適配 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該類信元的信頭中就有一個比特是用來標(biāo)識該信元在HLPDU中的 位置(結(jié)束信元或非結(jié)束信元)；由于信元的信頭不僅包
含位置指示信息還包含用于星上交換的連接序號，因此衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)會對信 頭進行重點保護。
EPD的主要思想為當(dāng)交換機緩存中信元的排隊長度達到某一門限后，新 到達的整個分組會被全部丟棄。并且，如果到達分組中某一信元由于緩存溢 出而被丟棄時，屬于分組的后續(xù)信元均被丟棄。RED算法的主要思想是盡量 通過控制緩存的平均排隊長度在較小的數(shù)值上，減小緩存的排隊時延，在發(fā) 生擁塞時，根據(jù)各連接占用帶寬的情況選擇地丟棄分組。RED算法包括兩個 部分計算平均排隊長度的算法和計算分組丟棄概率的算法。計算平均排隊 長度的算法確定了交換機的緩存中允許的突發(fā)長度.計算分組丟棄概率的算法 使交換機在相同的時間間隔內(nèi)可較公平地丟棄到達的分組。EPD與RED相結(jié) 合，即當(dāng)實際排隊長度超過高門限mo^/2時，緩存控制器以EPD丟棄到達的 分組，即令EPD算法的門限值K-AwoxA。具體流程如下
當(dāng)一個信元到達ATM交換機
if (這是該分組的第一個信元)
if (緩存的排隊長度2 (f)大于給定門限m^A)丟棄該信元；
else接受該信元； else
計算平均排隊長度avg (t) avg ") = (1.0—% ) *avg (f) +<微；
計算分組丟棄概率p6:' =i
以概率p6丟棄該信元； if (該信元丟棄)纖"/=0;
if (avg (/)〉附<3^/ ) 丟棄該信元；
else {
if (該分組中已被丟棄了信元)丟棄該信元； else
if (緩存的排隊長度Q (t)等于緩存的大小B)丟棄該信元; else接受該信元；
權(quán)利要求
1、寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層星上緩存的信元存儲方法，其特征是它由以下步驟實現(xiàn)步驟一、對到達星上的每個HLPDU組中的信元進行檢測，根據(jù)信頭的位置指示信息檢測到HLPDU組的首信元，將所述首信元及同組的其它信元依此送入預(yù)緩存中；步驟二、逐一對預(yù)緩存中的每個HLPDU組中的信元進行跨層檢測，當(dāng)HLPDU組中包含錯誤信元時，則根據(jù)信頭中的位置指示信息將所述錯誤信元及所述HLPDU組中的其它信元都丟棄；當(dāng)HLPDU組中不包含錯誤信元時，則將所述HLPDU組送入緩存；每個信元存入緩存的過程為步驟三、判斷該信元是否為該分組的首信元，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三一；如果為否，則執(zhí)行步驟四；步驟三一、判斷緩存中的排隊長度Q(t)是否大于設(shè)定的大門限值maxth，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三一一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟三一一；步驟三一一、丟棄該信元，結(jié)束該信元的存儲過程；步驟三一二、將該信元保存在緩存的緩存隊列中；步驟四、判斷該信元所在HLPDU組是否有信元被丟棄，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟四一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟五；步驟四一、丟棄該信元，并結(jié)束該信元的存儲過程；步驟五、根據(jù)公式avg(t)＝(1.0-ωq)*avg(t)+ωq*Q(t)計算平均排隊長度avg(t)，并執(zhí)行步驟六；所述ωq為加權(quán)系數(shù)；步驟六、比較所述平均排隊長度avg(t)與小門限值和大門限值的大小，如果平均排隊長度avg(t)大于或等于設(shè)定的小門限值并且小于或等于設(shè)定的大門限值，則執(zhí)行步驟六一；如果平均排隊長度avg(t)大于設(shè)定的大門限值，則執(zhí)行步驟六二；如果平均排隊長度avg(t)小于設(shè)定的小門限值，則執(zhí)行步驟六三；步驟六一、根據(jù)下面的公式來計算分組丟棄概率pa；pa＝pc/(1-count*pc)式中count為自前一個被丟棄的分組開始，未被丟棄的分組數(shù)目；式中<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>pc</mi><mo>=</mo><mi>pb</mi><mo>*</mo><mi>packetlengthlast</mi><mo>[</mo><mi>i</mi><mo>]</mo><mo>/</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><mi>packetlengthlast</mi><mo>[</mo><mi>i</mi><mo>]</mo> </mrow>]]></math></maths>式中packetlengthlast[i]為前一個分組長度；式中maxp為最大分組丟棄概率；式中pb＝maxp*(avg(t)-minth)/(maxth-minth)通過服從均勻分布的隨機數(shù)產(chǎn)生器隨機產(chǎn)生一個在
區(qū)間的隨機數(shù)N，并判斷隨機數(shù)N是否大于分組丟棄概率pa，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟六三；如果判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟六二；步驟六二、丟棄該信元，并結(jié)束該信元的存儲過程；步驟六三、將該信元保存在緩存的緩存隊列中；所述信頭中的位置指示信息能夠保證信元的可靠傳輸。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層星上緩存的信元存儲方法，其特征在于步驟二所述判斷錯誤信元的方法是通過信元載荷部分增加具有檢錯功能的CRC實現(xiàn)。
全文摘要
寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層星上緩存的信元存儲方法，它涉及一種寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的星上緩存管理方法。它解決現(xiàn)有的寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層緩存方法因保留有無效的HLPDU而導(dǎo)致緩存擁塞，以及時延較長的問題。其方法是對到達緩存的每個HLPDU組中的信元進行檢測，丟棄錯誤信元及錯誤信元所在的HLPDU組；當(dāng)每個HLPDU組到達緩存時，采用EPD與RED相結(jié)合的方法，對超出設(shè)定門限的HLPDU組作丟棄處理。本發(fā)明適用于寬帶多媒體衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的跨層星上緩存管理過程。
文檔編號H04L12/56GK101640633SQ200910072550
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者仲偉志, 肖麗萍, 慶 郭, 顧學(xué)邁 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)