一種具有自適應(yīng)功能的優(yōu)化數(shù)據(jù)幀聚合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)帖聚合處理，具體設(shè)及一種在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，采用帖 聚合算法，實(shí)現(xiàn)最大化吞吐量和最小化延遲的最優(yōu)均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的帖聚合方法，通過降低協(xié)議開銷來提高吞吐量。然而，由于數(shù)據(jù)帖在 被組裝成一個(gè)聚合帖前，必須在緩沖區(qū)內(nèi)等待其他數(shù)據(jù)帖，然后一同被組裝成一個(gè)聚合帖， 其中，數(shù)據(jù)帖等待其他數(shù)據(jù)帖的過程中就產(chǎn)生了延遲，組裝好的聚合帖的尺寸也就是一次 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝俊Ｒ虼送掏铝康奶嵘瑫r(shí)伴隨著延遲的提升。也就是說，吞吐量和延遲在 網(wǎng)絡(luò)性能中是對立面。
[0003] 通常，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載是由許多對網(wǎng)絡(luò)性能要求差異很大的不同類 型的應(yīng)用組合而成的（比如不同的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)帖大小和數(shù)據(jù)帖到達(dá)緩沖區(qū)的時(shí)間一般是 不同且隨機(jī)的），但是現(xiàn)有的先進(jìn)先出選擇策略(FIFO)和最小尺寸先出選擇策略(SSFS)并 沒有考慮到運(yùn)一特性。
[0004] 先進(jìn)先出選擇策略(FIFO)提供了最簡單的帖選擇策略，因此常被用作基準(zhǔn)算法。 其中所有的數(shù)據(jù)帖都根據(jù)到達(dá)時(shí)間進(jìn)行聚合，并不會(huì)啟用選擇窗口。圖1展示了FIFO中不同 參數(shù)之間的相互作用。因?yàn)镕IFO聚合數(shù)據(jù)帖是基于數(shù)據(jù)帖的到達(dá)時(shí)間，因此平均延遲隨著 平均帖間到達(dá)時(shí)間的減少而降低。而每一個(gè)聚合帖的平均子帖數(shù)量會(huì)隨著已到達(dá)數(shù)據(jù)帖的 平均大小減小而增多。FIFO希望能聚合更多數(shù)據(jù)帖到一個(gè)聚合帖中，W便于到達(dá)目標(biāo)聚合 帖大小。
[0005] 在最小尺寸先出選擇策略（SSFS)中，所有數(shù)據(jù)帖都按照它們的大小來聚合，同樣 不啟用選擇窗口。55!^的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)聚合帖中子帖數(shù)量的最大化。然而由于運(yùn)個(gè)算法會(huì) 經(jīng)常試圖去等待一個(gè)最小尺寸的帖到達(dá)，就導(dǎo)致了很大的延遲。圖2展示了 SSFS中各參數(shù)間 的相互作用。當(dāng)數(shù)據(jù)帖間平均到達(dá)時(shí)間降低時(shí)，緩沖區(qū)內(nèi)就有了更多可供選擇的小尺寸數(shù) 據(jù)帖，運(yùn)樣就能組裝出一個(gè)由許多小尺寸數(shù)據(jù)帖組裝而成的聚合帖，因此聚合帖中平均子 帖數(shù)目會(huì)增加。平均數(shù)據(jù)帖大小的降低導(dǎo)致了聚合帖中平均子帖數(shù)量的增加，因?yàn)樗?更多的數(shù)據(jù)帖，W達(dá)到聚合分組的目標(biāo)大小。
[0006] 所W通常情況下，現(xiàn)有技術(shù)并不會(huì)嘗試去達(dá)到吞吐量和延遲之間的最優(yōu)均衡，而 只能對單一度量進(jìn)行最優(yōu)化，運(yùn)樣并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對不同流量類型應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，公開了一種可W動(dòng)態(tài)最佳均衡最 大化吞吐量和最小化延遲之間需求的聚合數(shù)據(jù)帖的方法，本發(fā)明通過反饋環(huán)路，能動(dòng)態(tài)地 對因數(shù)據(jù)帖大小和數(shù)據(jù)帖達(dá)到緩沖區(qū)時(shí)間的不同產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，在最短的時(shí)間組裝最大 容量的聚合帖。
[000引本發(fā)明的一種具有自適應(yīng)功能的優(yōu)化數(shù)據(jù)帖聚合的方法，包括下列步驟：
[0009] 步驟I:從輸入隊(duì)列中選取最靠前的數(shù)據(jù)帖作為當(dāng)前聚合帖的第一個(gè)子數(shù)據(jù)帖并 放入輸出隊(duì)列中，同時(shí)啟動(dòng)等待計(jì)時(shí)器，其中輸入隊(duì)列用于基于先進(jìn)先出的方式接收到達(dá) 的數(shù)據(jù)帖；
[0010] 步驟2:判斷第一個(gè)子數(shù)據(jù)帖的大小是否小于第一闊值，若是，則執(zhí)行步驟3;否則 執(zhí)行步驟7;
[0011] 步驟3:判斷等待計(jì)時(shí)器是否小于第二闊值，若是，則執(zhí)行步驟4;否則執(zhí)行步驟7;
[0012] 步驟4:判斷當(dāng)前輸入隊(duì)列的數(shù)據(jù)帖的數(shù)目K是否小于選擇窗口的大小N，若是，貝U 執(zhí)行步驟6;否則，執(zhí)行步驟5;
[0013] 步驟5:從輸入隊(duì)列中選擇當(dāng)前聚合帖的最優(yōu)子數(shù)據(jù)帖:從輸入隊(duì)列中查找最小數(shù) 據(jù)帖，若同時(shí)存在兩個(gè)及W上的最小數(shù)據(jù)帖，則選擇輸入隊(duì)列中最靠前的最小數(shù)據(jù)帖作為 最優(yōu)子數(shù)據(jù)帖，否則直接將所查找的最小數(shù)據(jù)帖作為最優(yōu)子數(shù)據(jù)帖；
[0014] 將輸出隊(duì)列中的所有子數(shù)據(jù)帖大小與當(dāng)前最優(yōu)子數(shù)據(jù)帖的大小求和并與第一闊 值進(jìn)行對比，若大于第一闊值，則執(zhí)行步驟7;若等于第一闊值，則將當(dāng)前最優(yōu)子數(shù)據(jù)帖放入 輸出隊(duì)列中，再執(zhí)行步驟7;若小于第一闊值，則將當(dāng)前最優(yōu)子數(shù)據(jù)帖放入輸出隊(duì)列中，并判 斷等待計(jì)時(shí)器是否小于第二闊值，若是，則執(zhí)行步驟4;否則執(zhí)行步驟7;
[0015] 步驟6:檢測是否還有數(shù)據(jù)帖到達(dá)輸入隊(duì)列，若是，則基于數(shù)據(jù)帖的到達(dá)情況更新K 的取值，并執(zhí)行步驟4;否則判斷等待計(jì)時(shí)器是否小于第二闊值，若小于，則繼續(xù)執(zhí)行步驟6; 若大于或等于，則執(zhí)行步驟5;
[0016] 步驟7:將當(dāng)前輸出隊(duì)列中的所有子數(shù)據(jù)帖聚合為當(dāng)前聚合帖并傳輸，同時(shí)記錄當(dāng) 前聚合帖的子數(shù)據(jù)帖數(shù)量n，當(dāng)接收到當(dāng)前聚合帖的傳輸應(yīng)答帖時(shí)，取對應(yīng)當(dāng)前聚合帖的等 待計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值為當(dāng)前聚合帖的聚合帖延遲t并記錄；
[0017] 步驟8:基于當(dāng)前聚合帖與上一個(gè)聚合帖的子數(shù)據(jù)帖數(shù)量的差A(yù)n、當(dāng)前聚合帖與 上一個(gè)聚合帖的聚合帖延遲的差A(yù) t調(diào)整選擇窗口的大小N的取值后，執(zhí)行步驟1;
[0018] 其中N的初始值為預(yù)設(shè)值，調(diào)整N的取值為：
[0019] 若An大于0,且At大于或等于0,則N的值保持不變；
[0020] 若A n大于0，且A t小于0，貝陽的值加1;
[0021 ] 若A n等于0，且A t小于0，則N的值保持不變；
[0022] 若A n和A t均小于0,則N的值保持不變；
[002引若An小于0,且A t大于或等于0,當(dāng)N的當(dāng)前值大于1時(shí)，N的值減1;當(dāng)N的當(dāng)前值等 于1時(shí)，N的值保持為1;
[0024] 若A n和A t均等于0,當(dāng)N的當(dāng)前值大于1時(shí)，N的值減1;當(dāng)N的當(dāng)前值等于1時(shí)，N的 值保持為1。
[0025] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明基于動(dòng)態(tài)反饋環(huán)路優(yōu)化 選擇窗口的大小N，使其能更好地聚合到達(dá)的數(shù)據(jù)帖，并允許其對流量的變化做出快速地響 應(yīng)，優(yōu)化吞吐量的同時(shí)減少了延遲，在實(shí)現(xiàn)了吞吐量最大化的同時(shí)還保證了延遲最小化。
【附圖說明】
[0026] 圖1是現(xiàn)有的FIFO處理流程圖；
[0027] 圖2是現(xiàn)有的SSFS處理流程圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明選擇數(shù)據(jù)帖進(jìn)行聚合的示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對本發(fā) 明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0032] W擁有眾多不同流量類型的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為例，參照圖3,實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)包括 =個(gè)處理模塊:帖聚合處理模塊，通過可調(diào)聚合方法(AAA，也可表示為A 3)從所輸入的數(shù)據(jù) 帖中選取一個(gè)數(shù)據(jù)帖進(jìn)行聚合處理，并將最終選取完成的數(shù)據(jù)帖組裝成一個(gè)聚合帖。即從 輸入隊(duì)列中的選擇窗口中選取一個(gè)數(shù)據(jù)帖進(jìn)行聚合(選擇窗口的大小N可調(diào)整）；聚合帖分 析模塊，即聚合帖分析器(APA)，其用于分析聚合帖中子數(shù)據(jù)帖的數(shù)量nW及組裝聚合帖所 產(chǎn)生的延遲t;聚合帖優(yōu)化模塊，通過聚合調(diào)諧方法(ATA)，其基于聚合帖分析器(APA)輸出 的分析結(jié)果，動(dòng)態(tài)地調(diào)整可調(diào)聚合方法(A 3)中所設(shè)及的選擇窗口的大小，即基于當(dāng)前聚合 帖與上一個(gè)聚合帖的子數(shù)據(jù)帖數(shù)量的差A(yù)n、當(dāng)前聚合帖與上一個(gè)聚合帖的聚合帖延遲的 差A(yù) t調(diào)整選擇窗口的大小N的取值。
[0033] 聚合調(diào)諧方法(ATA)包括兩個(gè)由用戶輸入的參數(shù)，第一個(gè)是聚合帖的大小闊值Tl, W下簡稱目標(biāo)大小，第二個(gè)是延遲闊值T2, W下簡稱最大可接受延遲。
[0034] 可調(diào)聚合方法(A3)從輸入隊(duì)列的選擇窗口中選取數(shù)據(jù)帖作為當(dāng)前聚合帖的子數(shù) 據(jù)帖，并將所選擇的所有子數(shù)據(jù)帖組裝為聚合帖。其設(shè)及兩個(gè)隊(duì)列：用于接收到達(dá)的數(shù)據(jù)帖 的輸入隊(duì)列；用于容納被選擇窗口選取的所有子數(shù)據(jù)帖的輸出隊(duì)列。參照圖4,數(shù)據(jù)帖從輸 入隊(duì)列中被選取并移動(dòng)到輸出隊(duì)列中。在圖4的例子中，輸入隊(duì)列中有超過7個(gè)數(shù)據(jù)帖，而可 調(diào)聚合方法選取了其中的4個(gè)數(shù)據(jù)帖(數(shù)據(jù)帖7、6、4、1)作為當(dāng)前聚合帖的子數(shù)據(jù)帖，并將其 移動(dòng)到輸出隊(duì)列。在完成上述選取工作后，判斷輸出隊(duì)列中的各子數(shù)據(jù)帖總大小是否達(dá)到 目標(biāo)大小，若是，則將輸出隊(duì)列中的所有子數(shù)據(jù)帖聚合為一個(gè)聚合帖，并開始傳輸，即實(shí)現(xiàn) 對輸出隊(duì)列的數(shù)據(jù)帖輸出。
[0035] 聚合帖分析器(APA)被用來分析聚合帖的子數(shù)據(jù)帖數(shù)量n和聚合帖的聚合帖延遲 t，W確定下一個(gè)聚合帖的選擇窗口大小。聚合帖的延遲t包括兩部分:第一個(gè)子數(shù)據(jù)帖從到 達(dá)輸入隊(duì)列到在輸出隊(duì)列中組裝的等待延遲，W及被選取的分組從被組裝為聚合帖到收到 確認(rèn)字符(ACK)之間的傳輸延遲。
[0036] 聚合帖分析器(APA)分析當(dāng)前聚合帖與上一個(gè)聚合帖，W確定下一個(gè)聚合帖的N值 時(shí)，本實(shí)施方式采用寄存器來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每個(gè)寄存器有兩個(gè)成員，一個(gè)是用于記錄子數(shù)據(jù)帖 數(shù)目的計(jì)數(shù)器，另一個(gè)是用于記錄聚合帖延遲的定時(shí)器。當(dāng)被選擇的子數(shù)據(jù)帖(第一個(gè)子數(shù) 據(jù)帖、最優(yōu)子數(shù)據(jù)帖)被移動(dòng)到輸出緩沖器(用于保存輸出隊(duì)列)時(shí)，計(jì)數(shù)器的值增加1。當(dāng)?shù)?一個(gè)子數(shù)據(jù)帖被移動(dòng)到輸出緩沖器時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器