一種適合融合網(wǎng)絡(luò)的令牌桶流量整形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于融合網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適合融合網(wǎng)絡(luò)的令牌桶流 量整形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著Internet數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式的增長，Internet已逐步由單一的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)發(fā)展 到集語音、圖像、數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù)一體的綜合傳輸網(wǎng)絡(luò)，所以新一代的綜合傳輸網(wǎng)絡(luò)必須能夠 同時提供高速率、高帶寬以及實時業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)的快速傳輸。傳統(tǒng)的單一網(wǎng)絡(luò)已經(jīng) 不再滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的需求，所以結(jié)合不同網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點的融合網(wǎng)絡(luò)就成了滿足需求的新一代網(wǎng) 絡(luò)。光無線融合網(wǎng)絡(luò)(Wireless-Optical Broadband Access Network,W0BAN)就是目前最 流行的融合網(wǎng)絡(luò)，W0BAN結(jié)合了光纖技術(shù)低成本、高帶寬、低損耗、長距離、高可靠性以及無 線技術(shù)覆蓋范圍廣、部署靈活、易組網(wǎng)的特點，使其成為滿足需求的下一代傳輸網(wǎng)絡(luò)。由于 融合網(wǎng)絡(luò)中不同網(wǎng)絡(luò)各自傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包幀格式不同，傳輸速率不同，流量整形通過限制速 率使得兩側(cè)業(yè)務(wù)的速率匹配各自的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時減輕突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)流量對光無線融合網(wǎng)絡(luò) 的壓力。因此量整形作為保證QoS性能的方法之一在融合網(wǎng)絡(luò)中具有重要意義。
[0003] 流量整形技術(shù)最早出現(xiàn)在處于網(wǎng)絡(luò)交換與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點位置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。該技 術(shù)的出現(xiàn)主要是為了解決突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)流量給網(wǎng)絡(luò)所帶來的擁塞的問題。通過對業(yè)務(wù)速率的 輸出限制，保證輸出的速率匹配設(shè)備速率，并且對突發(fā)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行平滑，減少整個網(wǎng)絡(luò)流 量的輸入，減輕網(wǎng)絡(luò)的壓力來保證整個網(wǎng)絡(luò)的性能。在由突發(fā)流量所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁塞的環(huán) 境中，突發(fā)流量很可能不是關(guān)鍵的業(yè)務(wù)流量，所以流量整形技術(shù)就是要在網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞的 情況下，限制非業(yè)務(wù)流量對整個網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用率，使得突發(fā)流量對于帶寬的占用率控制 在一個預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)。
[0004] 目前，國內(nèi)外大多數(shù)主流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商如華為、中興、CisC〇、Juniper、3C0M等都 在積極致力于流量整形技術(shù)的研究?，F(xiàn)有的流量整形策略都是基于傳統(tǒng)的單一網(wǎng)絡(luò)的，在 融合網(wǎng)絡(luò)中，據(jù)目前查找到的資料看來，沒有太多的文獻(xiàn)涉及流量整形策略。由于融合網(wǎng)絡(luò) 的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包幀格式不同，傳輸速率不同，QoS控制機(jī)制不同，傳統(tǒng)的流量整形策略已不 再適用。因此設(shè)計一種能保證整個融合網(wǎng)絡(luò)QoS的流量整形策略，對于融合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有 重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種適合融合網(wǎng)絡(luò)的令牌桶流量整形方法，該 方法針對于融合網(wǎng)絡(luò)不同網(wǎng)絡(luò)各自傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包幀格式不同、傳輸速率不同、QoS控制機(jī)制 不同，通過融合網(wǎng)絡(luò)不同域之間的映射規(guī)則，將各自域中的絕對優(yōu)先級業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化成整個融 合網(wǎng)絡(luò)的相對優(yōu)先級業(yè)務(wù)，來決定令牌桶參數(shù)的選擇，并結(jié)合更符合實際的自相似網(wǎng)絡(luò)流 量計算出最佳令牌桶參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，提出基于優(yōu)先級的共享緩存策略，進(jìn)而，使得令牌 桶參數(shù)得到動態(tài)的調(diào)整以提高整個網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的QoS。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:在網(wǎng)絡(luò)流量采用更符合理的自相似 模型和令牌桶算法作為流量整形策略的基礎(chǔ)上，通過某業(yè)務(wù)的丟失率來得到當(dāng)前丟失率下 此業(yè)務(wù)的令牌桶參數(shù)(r，b)。根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)域之間的映射規(guī)則，將各自域中的絕對優(yōu)先級業(yè) 務(wù)轉(zhuǎn)化成整個融合網(wǎng)絡(luò)的相對優(yōu)先級業(yè)務(wù)，依靠相對優(yōu)先級來動態(tài)的調(diào)整共享緩存的大 小，從而改變業(yè)務(wù)的丟失率，進(jìn)而動態(tài)的調(diào)整令牌桶的參數(shù)(r，b)使得業(yè)務(wù)在整個網(wǎng)絡(luò)中的 QoS得到保證。
[0007] 具體來說：
[0008] -種適合融合網(wǎng)絡(luò)的令牌桶流量整形方法，包括以下步驟：
[0009] 1)初始化 5 種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的丟失率 eucs、ertps、eertps、enrtps、￡be 和緩存 BuGS、BrtPS、BertPS、 BnrtPs、BBE，其中下標(biāo)UGS、rtPS、ertPS、nrtPS、BE分別表示：主動授權(quán)服務(wù)(Unsolicited Grant Service,)、實時輪詢服務(wù)(Real-time polling service,)、擴(kuò)展實時輪詢服務(wù) (extended Real-time service，）、非實時輪詢業(yè)務(wù)（non-real-time Polling Service，）、 盡力而為服務(wù)(Best Effort service,);初始化令牌桶參數(shù)(r，b)和數(shù)據(jù)緩存總量B，其中： r為令牌產(chǎn)生速率，b為令牌桶容量；
[001 0] 2)建立具有自相似特性的分形布朗運動作為網(wǎng)絡(luò)流量模型；
[0011] 3)將上游的低速率的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行流量聚合，以便提升整個網(wǎng)絡(luò)的效率；
[0012] 4)將數(shù)據(jù)包按照網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類；
[0013] 5)針對不同的業(yè)務(wù)分類設(shè)置單獨的令牌桶算法，考慮令牌桶輸出模型與FBM自相 似模型的特點，通過丟失率ε將令牌桶輸出流量模型L(t) =rt + b與自相似模型
眹系起來，計算出突發(fā)曲線b = b(r)，其中L(t)為令牌桶輸出流量，t為 數(shù)據(jù)突發(fā)時間間隔，A(t)為令牌桶輸入流量，m為到達(dá)數(shù)據(jù)流量的平均速率，a為到達(dá)數(shù)據(jù)流 量的方差，ZH⑴是均值為"0"，方差為Var[ZH(t)]=|t|2H的高斯隨機(jī)過程，Η為Hurst參數(shù)；
[0014] 6)利用歐拉拉格朗日乘數(shù)法構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)和代價函數(shù)來計算最佳令牌桶參數(shù)，將 點(m，0)到突發(fā)曲線的最短距離作為代價函數(shù)，將突發(fā)曲線b = b(r)作為目標(biāo)函數(shù)，通過計 算求得最佳令牌桶參數(shù)(r'b，；
[0015] 7)根據(jù)融合網(wǎng)絡(luò)中兩域之間的QoS映射規(guī)則，將兩域中的絕對優(yōu)先級業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化成 整個融合網(wǎng)絡(luò)的相對優(yōu)先級業(yè)務(wù)；
[0016] 8)建、V.業(yè)務(wù)的相對優(yōu)先級中丟失率ε與緩存B的關(guān)系，根據(jù)當(dāng)如業(yè)務(wù)丟失率，對不 同業(yè)務(wù)所占緩存進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整，進(jìn)而動態(tài)的調(diào)整當(dāng)前時刻的最佳令牌桶參數(shù)(r'b，，從 而使得流量整形方法保證了業(yè)務(wù)在整個網(wǎng)絡(luò)中的QoS。
[0017] 進(jìn)一步，在所述步驟中采用分形布朗運動模型2(1),1￡(-?5,+1)"￡[|山來模擬 融合網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量；
[0018] 定義網(wǎng)絡(luò)流量Ai(t)，i = l, . . .，K的分布其）
.，而A (0是仏(〇累加的過S
，則可以寫為：
其中A(t)表 示t時刻的到達(dá)的網(wǎng)絡(luò)流量，m為到達(dá)數(shù)據(jù)流量的平均速率，a為到達(dá)數(shù)據(jù)流量的方差;Zh (t) 是均值為"ο"，方差Var[ZH(t) ] = 1112H的高斯隨機(jī)過程;Η為Hurst參數(shù)并且滿足// e 1]:
[0019]網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過令牌桶的數(shù)學(xué)模型定義為:L(t)=rt+b，其中L(t)為令牌桶輸出流 量，t為數(shù)據(jù)突發(fā)時間間隔，r為令牌產(chǎn)生速率，b為令牌桶容量，為了不讓數(shù)據(jù)包被丟棄，則 令牌桶輸入流量A(t)小于等于令牌桶的輸出流量L(t)即是:A(tHrt+b = L(t)，將滿足此 限制條件的參數(shù)(r，b)所組成的曲線稱為突發(fā)曲線b = b(r)，根據(jù)FBM網(wǎng)絡(luò)流量模型的特點 得到令牌桶輸入的流量為冰/) = + ⑴，將超過令牌桶輸出流量L(t) =rt+b的概率 定義為ε: 其中m為到達(dá)數(shù)據(jù)流量的平均速 率，a為到達(dá)數(shù)據(jù)流量的方差;ZH⑴是均值為"0"，方差為Var[ZH(t)]=|t| 2H的高斯隨機(jī)過 程，Η為Hurst參數(shù)并且滿足Fe[tl]，r為令牌產(chǎn)生速率，b為令牌桶容量，t為突發(fā)時間間 2 隔，根據(jù)分形布朗存儲服務(wù)模型將令牌產(chǎn)生速率r等效為服務(wù)速率，將令牌桶容量b等效為 數(shù)據(jù)緩存可以得到：
其中k(H)=HH(l-H)PH和 f(y) = />(為> y)，是一個標(biāo)準(zhǔn)的高斯分布函數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)高斯過程的特性及未來近似 不等式，得出ε的近似值：s
，其中k(H)=HH(l-H)PH，通過數(shù)學(xué)運算 V --?/. -·-- / 可以得到r的表達(dá)式：
[0020] 進(jìn)一步，在所述步驟中，利用歐拉-拉格朗日乘數(shù)法求取當(dāng)前丟失率下的最佳令牌 桶參數(shù)(r，b)，通過令牌桶參數(shù)(r，b)與丟失率ε的關(guān)系，給出具體的到達(dá)數(shù)據(jù)流量的平均速 率m，到大流數(shù)據(jù)量的方差a，Hurst參數(shù)Η，丟失概率ε，求出突發(fā)曲線b = b (r)，將點(m，0)到 突發(fā)曲線的最短距離作為代價函數(shù)；
[0021] 根據(jù)b = b(r)是一個單調(diào)的遞減函數(shù)，當(dāng)r的設(shè)置為統(tǒng)計意義上的數(shù)據(jù)流量到達(dá)的 平均速率，能使得數(shù)據(jù)流量的突發(fā)在一個很小的范圍內(nèi)，突發(fā)曲線上到點(m，0)距離最短的 點(r，b)，就為當(dāng)前的丟失概率ε下的最佳令牌桶參數(shù)(r，b)，定義點(m，0)到突發(fā)曲線上一 點的最小距離函數(shù)為：
[0022]
P，最佳令牌桶參數(shù)的求解轉(zhuǎn)換為求突發(fā)曲線上的點到點(m，0) 的最小值，根據(jù)朗格朗日乘數(shù)法的思想，將公式
作為目標(biāo)條件，構(gòu)造歐拉-朗格朗日乘數(shù)法方程組:F(r，b，A)=「（^13)+人人（^13)，通過計
算解出最佳令牌桶參！ k(H)=HH(l-H)1_H〇
[0023] 進(jìn)一步，在所述步驟中，根據(jù)融合網(wǎng)絡(luò)不同域之間的QoS映射規(guī)則，將業(yè)務(wù)的絕對 優(yōu)先級轉(zhuǎn)換為相對優(yōu)先級，然后依照相對優(yōu)先級的QoS指標(biāo)，控制共享緩存中的不同優(yōu)先級 業(yè)務(wù)的緩存進(jìn)行動態(tài)變化，在數(shù)據(jù)包被流