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专利号: 2016100508431
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适合融合网络的令牌桶流量整形方法,其特征在于:包括以下步骤:

1)初始化5种网络业务的丢失率εUGS、εrtPS、εertPS、εnrtPS、εBE和缓存BUGS、BrtPS、BertPS、BnrtPS、BBE,其中下标UGS、rtPS、ertPS、nrtPS、BE分别表示:主动授权服务(Unsolicited Grant Service)、实时轮询服务(Real-time polling service)、扩展实时轮询服务(extended Real-time service)、非实时轮询业务(non-real-time Polling Service)、尽力而为服务(Best Effort service);初始化令牌桶参数(r,b)和数据缓存总量B,其中:r为令牌产生速率,b为令牌桶容量;

2)建立具有自相似特性的分形布朗运动作为网络流量模型;

3)将上游的低速率的网络业务进行流量聚合,以便提升整个网络的效率;

4)将数据包按照网络的标准进行分类;

5)针对不同的业务分类设置单独的令牌桶算法,考虑令牌桶输出流量模型与FBM自相似模型的特点,通过丢失率ε将令牌桶输出流量模型L(t)=rt+b与FBM自相似模型联系起来,计算出突发曲线b=b(r),其中L(t)为令牌桶输出流量,t为数据突发时间间隔,A(t)为令牌桶输入流量,m为到达数据流量的平均速率,a为到达数据流量的方差,ZH(t)是均值为“0”,方差为Var[ZH(t)]=|t|2H的高斯随机过程,H为Hurst参数;

6)利用欧拉-拉格朗日乘数法构造目标函数和代价函数来计算最佳令牌桶参数,将点(m,0)到突发曲线的最短距离作为代价函数,将突发曲线b=b(r)作为目标函数,通过计算求得最佳令牌桶参数(r*,b*);

7)根据融合网络中两域之间的QoS映射规则,将两域中的绝对优先级业务转化成整个融合网络的相对优先级业务;

8)建立业务的相对优先级中丢失率ε与数据缓存总量B的关系,根据当前业务丢失率,对不同业务所占缓存进行动态的调整,进而动态的调整当前时刻的最佳令牌桶参数(r*,b*),从而使得流量整形方法保证了业务在整个网络中的QoS。

2.根据权利要求1所述的一种适合融合网络的令牌桶流量整形方法,其特征在于:采用分形布朗运动模型Z(t),t∈(-∞,+∞), 来模拟融合网络的网络流量;

定义网络流量Ai(t),i=1,...,K的分布为: 其中K为正整

数,而A(t)是Ai(t)累加的过程 则写为: 其中A(t)

表示t时刻的令牌桶输入流量,m为到达数据流量的平均速率,a为到达数据流量的方差;ZH(t)是均值为“0”,方差Var[ZH(t)]=|t|2H的高斯随机过程;H为Hurst参数并且满足网络数据通过令牌桶的令牌桶输出流量模型定义为:L(t)=rt+b,其中L(t)为令牌桶输出流量,t为数据突发时间间隔,r为令牌产生速率,b为令牌桶容量,为了不让数据包被丢弃,则令牌桶输入流量A(t)小于等于令牌桶的输出流量L(t)即是:A(t)≤rt+b=L(t),将满足此限制条件的参数(r,b)所组成的曲线称为突发曲线b=b(r),根据FBM自相似模型的特点得到令牌桶输入的流量为 将超过令牌桶输出流量L(t)=rt+b的概率定义为ε: 其中m为到达数据流量的平均速

率,a为到达数据流量的方差;ZH(t)是均值为“0”,方差为Var[ZH(t)]=|t|2H的高斯随机过程,H为Hurst参数并且满足 r为令牌产生速率,b为令牌桶容量,t为突发时间间隔,进一步通过数学计算得到: 其中k(H)=HH(1-

H)1-H和 是一个标准的高斯分布函数,根据标准高斯过程的特性及未

来近似不等式,得出ε的近似值: 其中k(H)=HH(1-H)1-H,通过数学运算得到r的表达式:

3.根据权利要求2所述的一种适合融合网络的令牌桶流量整形方法,其特征在于:利用欧拉-拉格朗日乘数法求取当前丢失率下的最佳令牌桶参数(r*,b*),通过令牌桶参数(r,b)与丢失率ε的关系,给出具体的到达数据流量的平均速率m,到达流数据量的方差a,Hurst参数H,丢失概率ε,求出突发曲线b=b(r),将点(m,0)到突发曲线的最短距离作为代价函数;

根据b=b(r)是一个单调的递减函数,当r的设置为统计意义上的数据流量到达的平均速率,能使得数据流量的突发在一个很小的范围内,突发曲线上到点(m,0)距离最短的点(r,b),就为当前的丢失概率ε下的最佳令牌桶参数(r,b),定义点(m,0)到突发曲线上一点的最小距离函数为:最佳令牌桶参数的求解转换为求突发曲线上的点到点(m,0)的最

小值,根据拉格朗日乘数法的思想,将公式

作为目标条件,构造欧拉-拉格朗日乘数法方程组:F(r,b,λ)=Γ(r,b)+λΛ(r,b),通过计算解出最佳令牌桶参数(r*,b*): 其中 k(H)=HH(1-H)1-H。

4.根据权利要求3所述的一种适合融合网络的令牌桶流量整形方法,其特征在于:根据融合网络不同域之间的QoS映射规则,将业务的绝对优先级转换为相对优先级,然后依照相对优先级的QoS指标,控制共享缓存中的不同优先级业务的缓存进行动态变化,在数据包被流量分类后进入流量整形阶段时,所有业务流量都会缓存在公用的缓存中,根据令牌桶算法的工作原理,当令牌桶中数量不足时数据将会被缓存,建立令牌桶容量b与数据缓存总量B的关系:当b不为0时,B为0;当B不为0时,b一定为0,所以在有数据包丢失时,令牌桶容量b就为0,此外数据缓存总量B也影响着业务的丢失率ε,当到达的数据超过数据缓存总量B的大小时,数据将会被丢弃,定义 其中A(t)为令牌桶输入流量,r为令牌产生速率,B为数据缓存总量,t为数据突发时间间隔,增大数据缓存总量B能降低丢失率ε;

动态的缓存调整即是:当高优先业务出现过大的丢失率时,通过占用其他低优先级业务的缓存来增加自己的缓存,从而减少丢失率,高优先级业务首先会占用优先级最低的业务的缓存,直到最低优先级业务的缓存到达临界值,然后依次占用倒数第二优先级业务,直至第二优先级业务的缓存达到临界值,或者高优先级业务丢失率下降到满足业务QoS标准的丢失率时,停止此高优先级业务的缓存调整。

5.根据权利要求4所述的一种适合融合网络的令牌桶流量整形方法,其特征在于:针对光无线融合网络中无线侧为WiMAX的网络中的动态缓存调整,定义B为数据缓存总量,BUGS、BrtPS、BertPS、BnrtPS、BBE分别为各个业务所占缓存大小,得到:B=BUGS+BrtPS+BertPS+BnrtPS+BBE,以UGS业务为例,UGS业务的丢失率εUGS的计算公式如下: 其中AUGS(t)为UGS业务的令牌桶输入流量,rUGS为UGS业务的令牌产生速率,BUGS为UGS业务所占的缓存大小,t为数据突发时间间隔,利用丢失率εUGS的计算公式,将εUGS带入式子中计算出对应的最佳令牌桶参数值(r*,b*),进而能得到rUGS的值,然后经过数学变换以及等价替换求出BUGS的数学表达式为:其中mUGS为到达UGS业务流量的平

均速率,aUGS为到达UGS业务流量的方差, k(H)=HH

(1-H)1-H,定义业务的缓存临界值为业务QoS规定的丢失率达到最大值时的缓存值。