CN100370771C

CN100370771C - 在通信系统中进行流量控制的方法

Info

Publication number: CN100370771C
Application number: CNB2004100370306A
Authority: CN
Inventors: 黄贤禄
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: CN1691617A

Abstract

本发明公开了一种在通信系统中进行流量控制的方法，该方法为：根据系统负荷设置系统允许接入的业务请求数和设置是否允许接入的呼叫接通标识，并启动定时器进行循环定时；在每个定时周期内，当所述通信系统的业务入口处产生业务请求时，判断所述呼叫接通标识是否标记为允许接入；如果为不允许接入，则拒绝所述业务请求；否则接入该业务请求，累计当前定时周期内已接入的业务请求数并在该已接入的业务请求数大于系统允许接入的业务请求数时将所述呼叫接通标识标记为不允许接入；以及定时将系统的实际负荷与要进行流控的目标负荷进行比较，适时修正允许接入业务请求数和呼叫接通标识，把系统的负荷控制在允许的范围内。

Description

在通信系统中进行流量控制的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种在通信系统中进行流量控制的方法。

背景技术

流量控制(简称流控)技术是通信系统中的一项关键技术。采用流量控制的目的是为了防止系统在收到大量的业务接入请求时不至于崩溃，以此来提高系统抵抗恶意攻击的能力，最大限度的保持通信设备的正常业务处理能力。

目前大部分通信设备都采用分级流控的方式。这种分级流控的原理是：当系统的CPU占有率达到启动阀值时开启流控，当CPU占有率下降到恢复阀值时停止流控。对系统的CPU占有分好几级，在不同级别下限制不同比例的用户接入。比如启动阀值设置为80％、85％、90％、95％四级，为了防止CPU占有的剧烈波动，其相应的恢复阀值要设置得小一些，比如其相应的恢复阀值设置可为75％、80％、85％、90％。当系统的CPU占有达到一级时限制25％的业务请求，达到二级流控时限制50％的业务，当达到三级流控时限制75％的业务请求，当达到四级流控时限制所有的业务请求。系统启动一级流控后只有等CPU占有下降到其恢复阀值75％时才能取消流控。

进行流控判断的指标不一定是系统的CPU占有率，也可以是系统的某种资源，比如消息包资源，队列数量，话单池占有情况等，但其设计原理都是类似的。

虽然上述分级流控方式可以在产生大量的业务接入请求时限制部分或全部接入请求，能够在一定程度上保持系统的处理能力，但是存在以下不足：

1、由于是分级流控，流控判断标识范围需要设置得比较大。如通过CPU占有率来进行流控，当CPU占有率为80％时就要开始流控。如果缩小流控判断标识范围，流控效果就不明显，或者导致流控失效。

2、当系统收到的新业务请求正好在流控级别范围内时，分级流控就会启动，导致部分业务请求被拒绝，但此时系统的实际处理能力完全能够处理所有这些业务请求，导致系统处理能力没有得到充分的利用。

3、当新增加的业务请求正好使系统处于两个级别交界处时，不可避免的会导致系统负荷的波动，最大波动幅度为设置的两个级别。

4、为了避免系统的剧烈波动，判断流控是否流控的指标都要经过平滑处理，取前几秒流控的平均值作为是否流控的标记，这样就不可避免导致判断的延时。当新增加的业务请求是设计容量的好几倍时，系统不可避免的会达到95％以上甚至100％。比如新增加的业务请求是设计的5倍，达到三级流控后也还有5×25％＝1.25倍的业务请求被接入处理，因为判断的时延就会导致系统的负荷继续上升，这样就可能导致系统崩溃。

5、如果判断是否流控的标记不进行平滑处理，当产生短暂的突发业务量时，系统也会进行流控，但实际上这种短暂的突发业务量系统是能够正常处理的。

6、为了达到精确控制系统负荷的目的，虽然可以对流控级别进行细分，如分为10级或者20级，但这样就增加了系统的复杂性，同时前述的缺点也不能够完全避免。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在通信系统中进行流量控制的方法，以解决现有流控技术中存在系统波动和不能充分利用系统处理能力的问题。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种在通信系统中进行流量控制的方法，所述通信系统定时将系统的实际负荷值与目标负荷阈值比较，并在实际负荷值达到目标负荷阈值时启动或恢复流量控制；该方法为：

在系统中设置是否允许接入业务请求的接通标识，并根据目标负荷设置系统允许接入的业务请求数；

采用定时器进行循环定时，并在每个定时周期内根据所述接通标识判断是否接入新的业务请求；以及

在接入新的业务请求后累计当前定时周期内已接入的业务请求数，并在已接入的业务请求数大于系统允许接入的业务请求数时将所述接通标识标记为不允许接入。

根据上述方法：

在所述系统启动时触发所述定时器开始定时；或者在系统处于流量控制状态时触发所述定时器开始定时。

如果在一定时周期内所述接通标识被标记为不允许接入，则在该定时周期内不再接入新的业务请求。

在定时器的每个定时周期开始时，将呼叫接通标识设置为允许接入并将已接入的业务请求数清零。

预先根据系统中的业务模块和系统的设计容量计算出理论值作为系统允许接入的业务请求数的初始值；或者通过测试得出一个合理值作为系统允许接入的业务请求数的初始值；或者采用系统默认值作为系统允许接入的业务请求数的初始值。

所述系统允许接入的业务请求数采用固定值，或者采用动态值。

系统允许接入的业务请求数采用动态值时，在每个定时周期，将上一周期内系统实际负荷与所述目标负荷进行比较来修正系统允许接入的业务请求数。

本发明具有以下有益效果：

1、由于通过业务请求接入数来确定是否允许新的请求接入，因而流控效果很明显，几乎没有时延，而且可以把流控判断标识的范围缩得很小。

如CPU占有的分级流控从80％就要开始，本发明则的流控可以在90％开始，充分发挥系统处理业务的能力。

2、当系统在流控时候不会有剧烈的波动，不管新来的业务流量多大，系统实际负荷都能够很好的控制在容许范围内，可以避免系统负荷大幅的波动。

3、因为本发明对每个定时周期的业务请求数据进行精确控制，因此，当新增业务请求是设计容量的好几倍时，系统也不会崩溃，并能够最大可以能的进行业务处理，使系统的抗冲击能力有了很大的提高。

4、通过对系统允许接入的业务请求数进行平滑处理后，能够正常处理短暂的突发大量业务请求。

附图说明

图1为通信系统的组网图；

图2为允许业务请求接入的示意图；

图3为不允许部分业务请求接入的示意图。

具体实施方式

参阅图1所示，在移动网络中移动业务交换中心(MSC)为业务处理设备，基站控制器(BSC)和公共电话网(PSTN)为接入设备。由于移动业务的突发性。比如中秋节或者春节时话务量是平时的2～10倍。在这种情况下业务处理设备MSC的负荷可能会超出系统设计容量的好几倍，这就要求业务处理设备具有很好的流控功能，能够抵抗大话务量的冲击。在进行流控的同时，又要尽最大可能地来处理业务，尽量满足客户的需求。

本发明在系统入口处进行流控实现(如图1中的MSC的流控在MSC和BSC以及PSTN的入口处)，设置一个定时周期为预定时长的定时器进行循环定时，即一个定时周期的定时到达后立即复位进行下一个定时周期的定时。在每一个定时周期内对业务接入请求数量进行精确控制，对于多余的其它业务请求，都在系统入口处直接拒绝。这种方法类似于漏斗原理，参阅图2所示，出口是大小是一定的，当新来的业务请求小于出口的业务请求时，所有业务都能够正常处理；参阅图3所示，当新来的业务请求大于出口的业务请求时，多余的业务请求就直接拒绝，但还使一定的业务请求能够正常接入。

为了实现本发明，在系统中设置呼叫接通标识FLAG、系统允许接入业务请求数M和已接入业务请求数N。系统允许接入业务请求数M是指在系统负荷允许情况下，能够处理的业务请求数量。而已接入业务请求数N则是一个定时周期内已接入业务请求数。

系统允许接入业务请求数M的值可以是固定的，也可以是动态变化的，对不同的业务模型或者运行环境可通过手工配置或者动态配置。如果系统处理的业务单一而且稳定，系统允许接入业务请求数M值可以是固定值；如果系统处理的业务类型复杂业务负荷多变，则系统允许接入业务请求数M值该根据实际负荷和流控目标负荷进行适时的修正。

当系统刚上电，允许接入的业务请求数M必须有一个初始值。这个初始值的获得可以有多种途径。系统初始化时，可以预先根据系统中的业务模块和系统的设计容量计算出理论值作为系统允许接入的业务请求数的初始值；或者通过测试得出一个合理值作为系统允许接入的业务请求数的初始值；或者采用系统默认值作为系统允许接入的业务请求数的初始值，让系统在运行中自己来确定。调整方法如下：

当系统判断实际处理负荷已经达到流控目标负荷时，就直接把当前已接入业务请求数N作为系统允许接入业务请求数M，也可用把前几秒已接入业务请求数的最大值或者平均值作为系统允许业务接入请求数M。当系统过载恢复后，系统允许接入业务请求数M值可不用变换，即采用过载时获得的值。

可能还会出现另一种情况，即当前系统允许接入业务请求数M值过小(如系统刚运行起来时设置的M缺省值过小)，就会出现系统实际负荷没有达到流控目标负荷，但呼叫接入标识为拒绝接入，这样就可以利用系统实际负荷和流控目标负荷的值计算出一个更加合理的M值，因为系统负荷和接入的业务数量是线性关系。如附图4所示：上一秒(假设预定时长为1秒)接入呼叫为10个，上一秒的M值也为10，上一秒的CPU占有为20％，由于上一秒接入业务请求数达到当时M值，所以启动了呼叫接通标识FLAG为拒绝呼叫，即上一秒多余的呼叫都被拒绝了，当下一个判断周期到来时，发现FLAG为拒绝接入，但上一秒的CPU没有过载，因此可以判断出M值偏低，假设没有业务接入时CPU为0，则下一秒的M应该为40。

当然由于业务种类的不同，也可能会出现M偏大的情况。当系统过载以后，发现上一秒的系统负荷比前一秒的系统负荷大时(也可以是通过前几秒系统负荷来综合判断)，说明当前的M值在新的业务模型下偏大，可以通过系统负荷的变换把M值修正为一个稍小的值。

当定时器超时则将呼叫接通标识FLAG标记为允许接入，同时将已接入业务请求数N清零，让新的一个预定时长的定时周期够接入新呼叫。这是因为上一周期接入业务系统已经处理，如果系统下一周期没有呼叫接入，系统负荷就会降下来，把FLAG设为允许接入就是为了下一周期系统能够进行业务处理。

在定时过程中，底层操作系统还要判断系统负荷情况，如果系统负荷达到相应的流控目标负荷或者流控恢复负荷，就启动或恢复流控，并对允许接入业务数M进行相应的修正。

在定时周期内，通信系统的业务入口处产生业务请求时，判断呼叫接通标识FLAG是否标记为允许接入；如果为不允许接入，则拒绝所述业务请求。如果为允许接入，则接入该业务请求并累计当前的定时周期内已接入的业务请求数N，然后将累计后的数N与系统允许接入的业务请求数M进行比较，当已接入的业务请求数N大于系统允许接入的业务请求数M时将呼叫接通标识标记为不允许接入，并将呼叫接通标识标记为不允许接入。

触发定时器开始定时的时间可以分为两种情况：

1、对于每周期业务请求数量变化幅度很大的系统，即系统的业务接入请求数在很短的时间内可能突增到设计容量的几倍时，就要在每个判断周期都触发定时器，控制接入业务请求数量。其目的就是精确控每个定时周期接入的业务请求数，以制防止业务请求突然成倍增加时系统突然过载。

2、对于每周期业务请求数量变换幅度不是很大的系统，即业务接入请求数不会在短时间内剧烈变化时，可以在系统没有流控的时候，所有的请求都允许接入，只有当系统达到流控状态时才触发定时器，控制每秒接入的业务请求数量，这样可以降低系统的处理负荷。

参阅图5所示，某一个定时周期内的处理如下：

步骤5：系统上电启动，对允许接入业务请求数M设定一个初始值，准备进行业务处理。

步骤10：判断系统实际负荷和流控目标负荷的关系，修正M值。

在每个定时周期，根据上一定时周期的实际负荷和目标负荷进行比较，如果系统没有达到流控目标负荷，但呼叫接通标识为拒绝接入，说明M值偏小，可以通过上一周期的负荷和目标负荷计算出一个新的M。如果系统已经流控，但前几周期负荷还在增加，说明M值偏大，可以重新把M值修正得小一些。

步骤20：将已接入的业务请求数N置0，将接通标识FLAG设置为允许接入并启动定时器。

步骤30：系统入口处接收到一个业务请求。

步骤40：判断接通标识FLAG是否标记为允许接入，如果是则进行步骤50；否则拒绝接入业务请求(步骤401)。

步骤50：接入业务请求，并将已接入的业务请求数N加1。

由于开始时已将接通标识FLAG设置为允许接入标识，因此，对于第一次接收到的业务请求，系统将其接入。

步骤60：判断累计后的已接入的业务请求数N是否大于该周期内系统允许接入业务请求数M；如果是则将接通标识FLAG设置为不允许接入(步骤601)；否则继续步骤70。

在系统启动流控后，如果当前定时周期内已接入的业务请求数N等于系统允许接入的业务请求数M，则将呼叫接通标识标记为不允许接入。

系统资源的使用率可以是CPU的使用率，消息包资源、队列数量、话单池等的占有情况，可根据具体的需要来确定。

步骤70：定时是否到，如果是则转到步骤10进行下一周期定时；否则转到步骤30继续处理下一个业务请求(图中转到步骤30仅为一个示意，表示收到另外一个业务请求)。

图5仅为一个实例，并不用以限定本发明的处理顺序，对于何时进行流程判断，根据系统的设置而定。对实时性要求较高的系统，可在一个定时周期内进行多次负荷判断，而对实时性要求不高的系统，可在多个定时周期内才判断一次。

如步骤401处理完后，也可能是接着处理下一个业务请求，也可能是进行系统负荷判断修正M值，也可能是进行其他处理。

本发明的流控设计可以在不同的业务入口处进行单独控制，也可以在不同业务类型的入口处统一控制，还可以和其它类型的流控结合使用。当系统有多个不同的业务入口时，在每个业务入口设置独立的定时器进行循环定时，并在不同的入口单独设置和计算系统允许接入的业务请求数M的值，但系统实际负荷和流控目标负荷是所有业务共同导致的负荷。

对于定时器的定时周期，可以为1秒，也可以为100毫秒等，时间可以根据系统对实时性的要求来决定用秒还是其它时间。如果适时性要求很高的系统可以用100毫秒或者更小的时间，即可在一个周期内进行多次负荷判断，也可在多个周期内判断一次实际负荷和流控目标负荷。因此对于定时周期(即预定时长)和系统实际负荷的判断时间可能根据具体的情况来灵活设置。

Claims

1.一种在通信系统中进行流量控制的方法，所述通信系统定时将系统的实际负荷值与目标负荷阈值比较，并在实际负荷值达到目标负荷阈值时启动或恢复流量控制；其特征在于：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述系统启动时触发所述定时器开始定时；或者在系统处于流量控制状态时触发所述定时器开始定时。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果在一定时周期内所述接通标识被标记为不允许接入，则在该定时周期内不再接入新的业务请求。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在定时器的每个定时周期开始时，将呼叫接通标识设置为允许接入并将已接入的业务请求数清零。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预先根据系统中的业务模块和系统的设计容量计算出理论值作为系统允许接入的业务请求数的初始值；或者通过测试得出一个合理值作为系统允许接入的业务请求数的初始值；或者采用系统默认值作为系统允许接入的业务请求数的初始值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统允许接入的业务请求数采用固定值，或者采用动态值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，系统允许接入的业务请求数采用动态值时，在每个定时周期，将上一周期内系统实际负荷与所述目标负荷进行比较来修正系统允许接入的业务请求数。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，启动或恢复流量控制的判断可在一个定时周期内进行一次或多次，也可在多个定时周期进行一次。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当系统有多个不同的业务入口时，在每个业务入口单独设置所述定时器进行循环定时，并在不同的入口单独设置和计算系统允许接入的业务请求数。