CN100370787C - 一种分组业务中的数据包调度方法 - Google Patents

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Abstract

一种分组业务中的数据包调度方法，包括以下步骤：将用户分成高优先级用户和普通用户；确定高优先级用户的最小带宽，设置其流量度量速率；对数据包进行分类，即对高优先级用户的数据包进行流量度量，将没有超出流量度量速率的数据包划分为高优先级数据包，而将超出所述流量度量速率的数据包划分为普通数据包；并且将普通用户的数据包划分为普通数据包；将高优先级数据包放到出口的发送队列中发送出去；对普通数据包，则检查出口的拥塞情况；如果出口拥塞则丢弃超额的普通数据包，如果出口畅通则发送普通数据包。本发明的调度方法保证了高优先级用户流量的最小带宽要求，同时所有用户共享剩余带宽，可以完全满足UBR+业务的带宽要求。

Description

一种分组业务中的数据包调度方法
技术领域
本发明涉及调度方法，特别涉及可应用于分组业务系统中UBR+(增强UBR，其中UBR是Unspecified Bit Rate即“未指定比特率”缩写)业务中的一种调度方法。
背景技术
在分组(packet)业务系统中，业务的质量保证(QoS，Quality of Service)的参数包括分组时延(delay)、时延抖动(delayjitter)、丢失率(loss rate)、吞吐率(throughput)等，不同的业务要求网络提供不同的QoS参数，而不同的QoS参数是需要相应的调度方法来保证的。所谓调度(scheduling)，又称流控(flow control)，就是对连接的服务顺序进行控制，以达到下列几个目标：1)保证每条连接享用其预约的带宽；2)在系统有剩余带宽的情况下，根据各连接的QoS要求分配剩余带宽；3)保证满足各条连接的时延要求。
而现有的UBR+业务的QoS要求所需要达到的服务目标为：1)保证有最小带宽要求的连接带宽，其余无要求连接尽力而为；2)对于系统剩余带宽，则所有连接共享，包括有最小带宽要求的连接；3)时延方面尽力而为。
目前，针对该业务比较常用的调度算法主要有以下两种：第一种为轮询和公平调度算法，第二种为流量监管加绝对优先级(Strict-Priority Queue，缩写为PQ)的调度算法。在对这两种方法进行详细说明之前，先做以下定义：对于有最小带宽保证的连接称为高优先级连接，对于没有带宽要求的连接称之为普通连接；对应的用户称为高优先级用户以及普通用户。
轮询和公平调度是最为常用调度算法，主要包括有轮询算法(RR)、加权轮询(Weighted Round Robin，缩写为WRR)、DRR(Deficit Round-Robin的缩写)等。虽然这些算法可以很好地保证带宽在各个用户之间分配的公平性，或者可以保证各个用户按比例分享出口带宽；但是存在着以下的缺陷：难以做到保证某个或某些高优先级用户的最小带宽的同时，剩余带宽由所有用户共享的业务要求。为了在保证高优先级用户带宽的情况下，让所有用户共享剩余带宽，就必须要根据用户的连接数来动态修改各用户的调度权重。例如，假设出口带宽为N，当有一个高优先级用户时，为了达到UBR+的带宽要求，即保证该用户的要求的最小带宽为M，同时做到该用户和其他L个普通用户(假定权重为1)能够共享剩余带宽(N-M)，则该用户的权重需要设置为M*(L+1)/(N-M)。然而在实际应用情况下，高优先级用户数和普通用户数可能随机发布，因而计算和设置各个用户的权重比较繁琐。更重要的是，由于实际情况下，用户连接数随时可变，这将使得准确设置出各用户的权重值变得相当困难，甚至是不可实现。
另一种较为常用的调度办法是通过使用流量监管和PQ调度，来实现UBR+业务的带宽保证和共享。所谓流量监管(CommitAccess Rate，缩写为CAR)，即设置一个允许通过速率，在此速率范围内的流量可以通过，对于超出该速率的流量做丢弃处理。并且，为了保证每个高优先级用户可以得到所要求的最小带宽，在使用流量监管时所有高优先级用户所要求最小带宽之和不能超过出口总带宽。同时在本调度方法中使用PQ调度，从而保证所有通过流量监管的高优先级用户流量总是优先于普通用户流量通过。其工作原理如图1所示，在图1中，高优先级用户的数据包1通过流量监管2，允许在速率范围内的流量通过并进入到高优先级流量队列3中；而普通用户的数据包4则进入到普通流量队列5中；然后通过PQ调度6，保证高优先级用户流量优先于普通用户流量通过。从图中可以看到，虽然高优先级用户流量的最小带宽是得到了保证，但是只有普通用户分享剩余带宽，那些高优先级用户流量中超出最小带宽的部分是直接被丢弃了，并没有和普通用户流量共享剩余带宽。因此，上述方案也没有达到UBR+业务的带宽要求。
综上所述，无论轮询和公平调度算法，还是流量监管加绝对优先级的调度算法，都只能够保证高优先级用户的最小带宽要求，而很难或无法实现高优先级用户与普通用户分享剩余带宽，无法满足UBR+业务的带宽要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种简单的调度方法，可以在解决某个或某些高优先级用户的最小带宽的同时，还能够做到剩余带宽由包括较高优先级用户的所有用户共享的问题，从而可以完全满足UBR+业务的带宽要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种分组业务中的数据包调度方法，包括以下步骤：
S1：用户分类，将所有用户分成高优先级用户和普通用户；
S2：确定每个高优先级用户的最小带宽，设置其流量度量速率；
S3：对数据包进行分类，即对高优先级用户的数据包进行流量度量，将没有超出步骤S2设置的流量度量速率的数据包划分为高优先级数据包，而将超出所述流量度量速率的数据包划分为普通数据包；将普通用户的数据包划分为普通数据包；
S4：出口对经步骤S3分类的数据包进行处理：将高优先级数据包放到出口的发送队列中发送出去；对普通数据包则检查出口的拥塞状况，如果出口拥塞则丢弃超额的普通数据包，如果出口畅通则将普通数据包放到出口的发送队列中发送出去。
上述分组业务中的数据包调度方法所述的步骤S4中所述发送队列包括高优先级流量队列和普通流量队列，所述高优先级数据包放到所述高优先级流量队列中，所有所述普通数据包放到普通流量队列中。所述步骤S4中还采用绝对优先级调度，使高优先级流量队列总是优先于普通流量队列。
或者，上述分组业务中的数据包调度方法所述的步骤S4中所述的发送队列使用FIFO队列实现，所述FIFO队列设有高门限和低门限；所述高优先级数据包根据高门限阈值进行判断入队，不能入队时作丢弃处理；所述普通数据包根据低门限阈值进行判断入队，不能入队时作丢弃处理。所述高门限和低门限的阈值之差不小于所述所有高优先级用户的突发度之和。
或者，上述分组业务中的数据包调度方法所述的步骤S4中所述发送队列包括高优先级流量队列和普通流量队列；所述高优先级数据包放到所述高优先级流量队列中；所述普通流量队列设有丢弃门限；检测丢弃门限的阈值，如果达到所述阈值，则丢弃高优先级用户划分出的所述普通数据包，如果没有达到所述阈值，则将所述高优先级用户划分出的所述普通数据包放到普通流量队列中。所述步骤S4中还采用绝对优先级调度，包括使高优先级流量队列总是优先于普通流量队列的步骤。
实施本发明的分组业务中的数据包调度方法，对高优先级用户的数据包进行流量度量，将没有超出流量度量速率的数据包划分为高优先级数据包，而将超出流量度量速率的数据包划分为普通数据包；并且对普通用户数据包划分为普通数据包；对高优先级数据包入队发送，而在出口阻塞时控制普通数据包的入队，从而保证了高优先级用户流量的最小带宽要求，同时所有用户共享剩余带宽，可以完全满足UBR+业务的带宽要求。
附图说明
图1是现有使用流量监管和PQ进行调度的工作原理图。
图2是本发明分组业务中的数据包调度方法的流程图。
图3是本发明分组业务中的数据包调度方法的工作原理图。
图4是本发明分组业务中的数据包调度方法的第一实施例的示意图。
图5是本发明分组业务中的数据包调度方法的第二实施例的示意图。
图6是本发明分组业务中的数据包调度方法的第三实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一种分组业务中的数据包调度方法作进一步详细的描述。
如图2和图3所示，本发明分组业务中的数据包调度方法首先在步骤S1进行用户分类，即将所有用户分成高优先级用户和普通用户两类；接着，在步骤S2确定每个高优先级用户的最小带宽，从而设置流量度量速率；然后，在步骤S3，对用户端发出的数据包进行分类，即根据步骤S2设置的流量度量速率，对高优先级用户的数据包10进行流量度量，可以采用漏桶算法或令牌桶算法检查是否属于超额流量，将没有超出流量度量速率的数据包划分为高优先级数据包101，将超出流量度量速率的数据包划分为普通数据包102；并且对普通用户数据包20划分为普通数据包202。最后，在步骤S4出口对数据包进行处理，将高优先级数据包101放到出口的发送队列中，发送出去；对普通数据包102、202则检查出口的拥塞状况，如果出口拥塞则丢弃超额的普通数据包102、202，如果出口畅通则将普通数据包102、202放到出口的发送队列中，发送出去。从而保证了高优先级用户流量的最小带宽要求，同时实现了所有用户可以完全共享剩余带宽。
参见图4，在本发明分组业务中的数据包调度方法的第一实施例中，首先将所有用户划分为高优先级用户和普通用户；然后确定每个高优先级用户的最小带宽，从而设置流量度量速率；然后进行流量度量，数据包分类。在本实施例中，流量度量只做速率的度量，而不进行丢弃，即把高优先级用户的数据包10进行分类，在速率要求范围内的数据包划分为高优先级数据包101，进入到高优先级流量队列中；把原来超速率要求的数据包划分为普通数据包102，同时和其他普通用户的普通数据包20采用相同的入队控制，进入普通流量队列。并且在出口处采用PQ调度模块进行调度，保证所有高优先级数据包总是优先于普通数据包。
参见图5，在本发明分组业务中的数据包调度方法的第二实施例中，首先将所有用户划分为高优先级用户和普通用户；然后确定每个高优先级用户的最小带宽，从而设置流量度量速率；然后进行流量度量，数据包分类，将高优先级用户的在速率范围内的数据包10划分为高优先级数据包101，超出速率范围的数据包10与普通用户的数据包20共同划分为普通数据包102、202。然后在出口处使用FIFO(先入先出)队列实现数据包的处理。所述FIFO队列设有高门限和低门限；所述高优先级数据包101根据高门限阈值进行判断入队，不能入队时作丢弃处理；所述普通数据包102、202根据低门限阈值进行判断入队，不能入队时作丢弃处理。由于高门限的阈值大于低门限的阈值，使得高优先级数据包优先于普通数据包入队，保证了高优先级用户的最小带宽；并且，由于超出速率范围的数据包与普通用户的数据包共同组成普通数据包，使得高优先级用户与普通用户能够共享剩余带宽。在出口发生拥塞时，为了保证所有高优先级用户的带宽要求能够得到保证，所述高门限和低门限的阈值之差不小于所述所有高优先级用户的突发度之和，即所有高优先级用户的突发数据都可以进入队列中，从而保证了高优先级用户的带宽要求。
参见图6，在本发明分组业务中的数据包调度方法的第三实施例中，首先将所有用户划分为高优先级用户和普通用户；然后确定每个高优先级用户的最小带宽，从而设置流量度量速率；然后进行流量度量，数据包分类，将高优先级用户的在速率范围内的数据包10划分为高优先级数据包101，超出速率范围的数据包10划分为普通数据包102。在出口处设有高优先级流量队列和普通流量队列。高优先级数据包101放到高优先级流量队列中，普通用户的数据包则放到普通流量队列中。所述普通流量队列还设有丢弃门限，而高优先级用户的普通数据包102则根据所述丢弃门限的阈值来决定是否进入普通流量队列，即如果达到所述阈值，则丢弃高优先级用户划分出的所述普通数据包102，如果没有达到所述阈值，则将所述高优先级用户划分出的所述普通数据包放到普通流量队列中。并且在出口处采用PQ调度模块进行调度，保证所有高优先级数据包总是优先于普通数据包。从而保证了高优先级用户流量的最小带宽要求，同时所有用户共享剩余带宽，可以完全满足UBR+业务的带宽要求。

Claims (7)

1.一种分组业务中的数据包调度方法，包括以下步骤：
S1：用户分类，将所有用户分成高优先级用户和普通用户；
S2：确定每个高优先级用户的最小带宽，设置其流量度量速率；
其特征在于，还包括以下步骤：
S3：对数据包进行分类，即对高优先级用户的数据包进行流量度量，将没有超出步骤S2设置的流量度量速率的数据包划分为高优先级数据包，而将超出所述流量度量速率的数据包划分为普通数据包；将普通用户的数据包划分为普通数据包；
S4：出口对经步骤S3分类的数据包进行处理：将高优先级数据包放到出口的发送队列中发送出去；对普通数据包则检查出口的拥塞状况，如果出口拥塞则丢弃超额的普通数据包，如果出口畅通则将普通数据包放到出口的发送队列中，发送出去。
2.根据权利要求1所述的分组业务中的数据包调度方法，其特征在于，步骤S4中所述发送队列包括高优先级流量队列和普通流量队列，所述高优先级数据包放到所述高优先级流量队列中，所有所述普通数据包放到普通流量队列中。
3.根据权利要求2所述的分组业务中的数据包调度方法，其特征在于，所述步骤S4中采用绝对优先级调度，使高优先级流量队列总是优先于普通流量队列。
4.根据权利要求1所述的分组业务中的数据包调度方法，其特征在于，所述步骤S4中所述的发送队列使用FIFO队列实现，所述FIFO队列设有高门限和低门限；所述高优先级数据包根据高门限阈值进行判断入队，不能入队时作丢弃处理；所述普通数据包根据低门限阈值进行判断入队，不能入队时作丢弃处理。
5.根据权利要求4所述的分组业务中的数据包调度方法，其特征在于，所述高门限和低门限的阈值之差不小于所述所有高优先级用户的突发度之和。
6.根据权利要求1所述的分组业务中的数据包调度方法，其特征在于，步骤S4中所述发送队列包括高优先级流量队列和普通流量队列；所述高优先级数据包放到所述高优先级流量队列中；所述普通流量队列设有丢弃门限；检测丢弃门限的阈值，如果达到所述阈值，则丢弃高优先级用户划分出的所述普通数据包，如果没有达到所述阈值，则将所述高优先级用户划分出的所述普通数据包放到普通流量队列中。
7.根据权利要求6所述的分组业务中的数据包调度方法，其特征在于，所述步骤S4中采用绝对优先级调度，包括使高优先级流量队列总是优先于普通流量队列的步骤。
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