專利名稱：一種區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的帶寬分配方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡管理技術(shù)，特別涉及一種區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的帶寬分配方法。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴大和承載業(yè)務種類的增多，特別是具有實時服務質(zhì)量要求的新興業(yè)務(如VoIP、視頻會議、視頻直播等)的不斷涌現(xiàn)，要求通信網(wǎng)絡提供高效端到端QoS(Quality of Services,服務質(zhì)量)支持的呼聲也逐漸增高。為了滿足業(yè)務發(fā)展需求，保障業(yè)務的QoS, IETF(Internet Engineering Task Force,因特網(wǎng)工程任務組)在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡之上提出T IntServ(Integrated Services,綜合服務體系結(jié)構(gòu))和DiffServ(Differentiated Services,區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu))兩種保證QoS的網(wǎng)絡技術(shù)。IntServ中采用RSVP(Resource Reservation,資源預留)的方式來保證業(yè)務的QoS的同時，其可擴展性受到了嚴重的限制。DiffServ則因其良好的可擴展性得到了廣泛的關(guān)注。在DiffServ網(wǎng)絡中，路由器可以分為兩類邊緣路由器和核心路由器。邊緣路由器負責根據(jù)不同的服務等級為所有到達的數(shù)據(jù)包打標簽，即對IP包頭的ToS(Typeof Service，服務類型)字段中的6個比特位進行標記，通過不同的標記值將所有到來的網(wǎng)絡流量分為三個聚集類，即為EF (Expe dited Forwarding,加速轉(zhuǎn)發(fā))、AF (AssuredForwarding,確保轉(zhuǎn)發(fā))和BE (Best Effort,盡力而為)。其中AF中包括AF1-AF4四個子類。核心路由器負責對流量負載以聚集類中聚集流的形式進行調(diào)度。從而，聚集類中的流量負載是隨時間動態(tài)變化的。傳統(tǒng)的調(diào)度算法(如WFQ)總是以一種固定不變的方式進行帶寬分配，無論聚集類中的流量負載如何變化，每個聚集類分得的帶寬總是固定不變的。在這種情況下，必然會導致一些如下例中不公平的現(xiàn)象發(fā)生。例如，如圖I中所示，LinkR2_R3為瓶頸鏈路，其鏈路帶寬為3MpS，從節(jié)點A到節(jié)點C的流為AF1,從節(jié)點B到節(jié)點D的流為AF2, AF1和AF2中各有兩條流，流的到達速率分別為2Mbps和1Mbps，那么AF1和AF2中的流量負載分別為4Mbps和2Mbps。假設AF1比AF2的優(yōu)先級高，也就是說AF1中的流應該得到比AF2中的流等級高的服務。為了保證這一點，在分配帶寬時可以將AF1和AF2的權(quán)重分別設為I. 5和I. O。AF1和AF2分得的帶寬分別為I. 8Mbps和I. 2Mbps。經(jīng)過時間間隔t，二者在隊列中等待的包的總大小，也就是隊列長度，將分別增加2. 2Mbps*t和O. 8Mbps*t。如果每個聚集類的緩存大小相同，AF1的緩存會更早用盡，也就是說，AF1中會更早發(fā)生丟包，AF1中的流也就不可能得到比AF2更好的服務。這就造成了帶寬分配的不公平性。因此，如何動態(tài)的分配帶寬，改變這種不公平的狀況，能夠?qū)Ω黜棙I(yè)務提供相對公平的服務，是一個非常值得研究的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，動態(tài)帶寬分配的方法主要包含兩類一種是基于流量特征的帶寬分配方法，另一種是基于效用函數(shù)的帶寬分配方法?；诹髁刻卣鞯膸挿峙浞椒ㄖ惺侵?，在進行帶寬分配中主要考慮一些流量自身的特征，如聚集類中流的數(shù)量，目標速率，包的大小等。還有通過測量所有連接中所有數(shù)據(jù)包的到達速率估計每個聚集類中流的數(shù)量，從而根據(jù)估計得到的聚集類中流的數(shù)量進行動態(tài)帶寬分配。除了流的數(shù)量，數(shù)據(jù)包的大小和目標速率也是考慮的重要因素。當網(wǎng)絡擁塞時，根據(jù)聚集類中目標速率之和進行動態(tài)帶寬分配；當網(wǎng)絡狀況良好、有剩余帶寬時，則將一部分帶寬根據(jù)目標速率進行分配，余下的部分根據(jù)流的數(shù)量來分配?；诹髁刻卣鞯?帶寬分配方法認為公平是公平的資源(如帶寬)，主要根據(jù)聚集類中流的數(shù)量，目標速率，包的大小等流量特征進行帶寬分配。比如在根據(jù)流的數(shù)量進行帶寬分配時，認為公平是同等優(yōu)先級的聚集類中的每條流得到相等的帶寬，高優(yōu)先級聚集類中的流要比低優(yōu)先級聚集類中的流得到更多的帶寬。該方法在所有流的發(fā)送速率都一致時，流的數(shù)量能夠反映聚集類中具體的流量負載情況，此時對聚集類的帶寬分配可以說是公平的。然而，當流的發(fā)送速率不一致時，該方法則很難提供良好的公平性?；谛в煤瘮?shù)的帶寬分配方法中，首先研究業(yè)務的QoS與其分得的帶寬之間的函數(shù)關(guān)系，即為效用函數(shù)。為了達到公平，在進行帶寬分配時，則是按照同等業(yè)務需要達到同等的QoS、高優(yōu)先級的業(yè)務達到較高等級QoS的標準實施的。R. M. Salles和J. A. Barria等人采用了分段線段的形式來表示各項業(yè)務的QoS與帶寬需求之間的關(guān)系，并以此做動態(tài)帶寬分配?；谛в煤瘮?shù)的帶寬分配方法認為公平是公平的服務等級(如丟包率)，即同優(yōu)先級的聚集類中的流得到服務等級相同，不同優(yōu)先級的聚集類得到有區(qū)別的服務等級。該方法能夠提供相對公平的服務，然而，獲得業(yè)務QoS與帶寬之間的關(guān)系(即效用函數(shù))需要很大的計算量，而如果要為每種業(yè)務都建立一個這樣的效用函數(shù)將會非常麻煩?？偨Y(jié)來說，基于流量特征的方法實現(xiàn)方法簡單，但很難提供真正意義上的公平；而基于效用函數(shù)的帶寬分配方法雖然能夠提供公平，但卻需要很大的計算量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡中帶寬分配的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的帶寬分配方法。該方法包括以下步驟將網(wǎng)絡流量劃分多個聚集類；計算多個聚集類的帶寬比例和隊列增量比例；當多個聚集類的帶寬比例與隊列增量比例不相等時，計算多個聚集類的流量負載；根據(jù)流量負載計算流量負載比例；根據(jù)流量負載比例與權(quán)重參數(shù)獲取聚集類的帶寬；根據(jù)帶寬獲取多個聚集類的目標帶寬大小。本發(fā)明通過計算流量負載實現(xiàn)了動態(tài)帶寬分配，且具有非常高的準確性和有效性。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)DiffServ網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一種DiffServ網(wǎng)絡的帶寬分配方法流程圖；圖3為的結(jié)果比較示意圖；圖4(a)為第一組吞吐量的結(jié)果比較示意圖；圖4(b)為第二組吞吐量的結(jié)果比較示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。圖2為本發(fā)明實施例一種DiffServ網(wǎng)絡的帶寬分配方法流程圖。如圖2所示，該方法包括步驟201-206。在步驟201，將網(wǎng)絡流量劃分多個聚集類。具體地，邊緣路由器根據(jù)不同的服務等級在數(shù)據(jù)包上打相應標簽，并以此將網(wǎng)絡流量劃分為多個聚集類。表I 不出了 ToS 字段的 8 個比特位，其中 DSCP(Differentiated Services CodePoint,區(qū)分服務代碼點)，CU (Currently Unused,目前尚未使用)。在DiffServ網(wǎng)絡中采用了 ToS字段的前6個比特位標記數(shù)據(jù)包，通過標記不同的值來劃分聚集類，路由器也正是根據(jù)這些標記信息，把具有同樣標記值的數(shù)據(jù)包分為一類，并以此將網(wǎng)絡流量分為多個聚集類從而進行隊列調(diào)度。表I
權(quán)利要求
1.一種區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的帶寬分配方法，其特征在于，所述方法包括 將網(wǎng)絡流量劃分多個聚集類； 計算所述多個聚集類的帶寬比例和隊列增量比例； 當所述多個聚集類的帶寬比例與隊列增量比例不相等時，計算所述多個聚集類的流量負載； 根據(jù)所述流量負載計算流量負載比例； 根據(jù)所述流量負載比例與權(quán)重參數(shù)獲取所述聚集類的帶寬； 根據(jù)所述帶寬獲取所述多個聚集類的目標帶寬大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述當所述多個聚集類的帶寬比例與隊列增量比例不相等時，計算所述多個聚集類的流量負載步驟是當所述多個聚集類的帶寬比例與隊列增量比例的差值大于置信區(qū)間時，計算所述多個聚集類的流量負載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括當所述聚集類的帶寬比例與所述隊列增量比例的差值小于置信區(qū)間時，所述帶寬比例與所述隊列增量比例相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述聚集類的隊列增量比例是根據(jù)以下公式計算獲得 Ο,ΛΤ, =,，其中￡ _表示聚集類的流量負載， _表示聚集類分配的帶寬，ScZih表示聚集類隊列增量比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述聚集類的流量負載是根據(jù)以下公式計算獲得 ^-ATi + Qmf1，其中，上￡^；7^表示聚集類流量負載。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的方法，其特征在于，所述流量負載比例是根據(jù)以下公式計算獲得=全· (fe +，其巾表示估計得到的的流量負載占總流量負載的比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述權(quán)重參數(shù)是根據(jù)優(yōu)先級或者服務等級來確定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述聚集類的帶寬是根據(jù)以下公式計算獲得ATi · aMTi，其中aCZih表示的權(quán)重參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述目標帶寬大小是根據(jù)以下公式計算獲得rBJ^JSfcZl下·-Jir— Y KΣ^=1 c/^，其中表示聚集類分得的目標帶寬。
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10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)數(shù)據(jù)包所打標簽將所述網(wǎng)絡流量劃分多個聚集類。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的帶寬分配方法。該方法包括以下步驟將網(wǎng)絡流量劃分多個聚集類；計算多個聚集類的帶寬比例和隊列增量比例；當多個聚集類的帶寬比例與隊列增量比例不相等時，計算多個聚集類的流量負載；根據(jù)流量負載計算流量負載比例；根據(jù)流量負載比例與權(quán)重參數(shù)獲取聚集類的帶寬；根據(jù)帶寬獲取多個聚集類的目標帶寬大小。本發(fā)明實現(xiàn)方法簡單高效，具有極短的響應時間，且不會給網(wǎng)絡引入任何的不穩(wěn)定因素。
文檔編號H04L12/56GK102638401SQ201210084000
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者唐暉, 林濤, 牛溫佳, 覃毅芳, 趙慧 申請人:中國科學院聲學研究所