CN100376100C - 控制业务接入时间间隔降低业务到达突发度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属通信技术领域，其特征在于：本方法是一种主动整形方法。它首先用户(人)向网络发出业务申请，然后排队等候接入。网络边界路由器依据接入间隔，设定下一业务的接入时刻。当接入时刻到达时，网络接入一个业务。当有新的申请到达网络，根据最新的申请到达间隔和当前的接入间隔，对接入间隔进行更新。以更新后的接入间隔设置接入时刻，直到新的申请到达。本发明在业务接入网络前，通过设定业务的接入时刻，控制业务接入间隔，从而降低网络业务到达的突发度。本发明的处理对象是对传输延时要求高，但对申请过程的延时不敏感的业务的接入过程，如人在打电话、开视频会议时的申请等待时间，因此可以有较长的处理延时，且不占用网络资源。

Description

控制业务接入时间间隔降低业务到达突发度的方法

技术领域

本发明涉及一种降低业务到达突发度的方法，尤其是一种通过控制业务接入时间间隔降低业务到达突发度的方法，属通信技术领域。

背景技术

目前Internet的主要业务是数据业务。数据业务对网络的服务质量(Quality of Service，以下简称QoS)没有严格的要求。随着话音和实时多媒体业务的出现，用户业务对网络的QoS要求越来越高。QoS要求主要包括业务传输的可用带宽、延时、丢包率等。如何为各种接入业务提供QoS保证一直是网络研究的关键。

现有的QoS保证机制一般都由以下几部分组成：业务整形(traffic shaping)、接纳控制(calladmission control)、资源预留(resource reservation)、包调度(Packet Scheduling)、状态更新(stateupdating)、QoS路由(QoS routing)等。它们相互关联，相互制约，共同完成QoS保证的任务。

为了满足用户业务的QoS要求，QoS保证机制要不断了解当前网络资源的使用情况，在此基础上，结合一定的优化目标，为业务选择最优的或至少是可用的传输路径，并保证网络有较高的利用率。网络资源的使用情况是通过节点状态来表达的。常用的节点状态有路由节点的可用带宽、延时和延时抖动等。网络中节点状态是动态变化的。这给依据节点状态进行工作的QoS保证机制，如状态更新机制、接纳控制机制和QoS路由机制带来困难。

根据我们的研究成果，节点状态平稳是实现QoS保证的基本条件。节点状态平稳是指节点状态在时间上具有短时平稳性。也就是可以认为在两次状态更新期间，节点状态近似一个平稳的随机变量，它的统计特性，如均值、方差和概率分布近似不变。所有QoS保证机制(业务整形、接纳控制、资源预留、包调度、状态更新、QoS路由等)的设计都应围绕使节点状态平稳这一基本前提。

现有分组网中各节点状态是不平稳的，从而使网络利用率低，QoS实现困难。造成节点状态不平稳的因素很多，有业务的突发性，接纳控制、状态更新、QoS路由机制不完善等等，需要逐一进行研究。目前网络研究公认的结论是：网络业务的突发度越低，节点状态越平稳。因此必须在传输开始前，根据网络传输的要求，采用一定的控制和处理机制，改变业务的统计特征，使其有利于网络状态的稳定和业务的传输。这个过程称为网络业务处理。降低网络业务的突发度是网络业务处理的重要目标之一。

网络业务的突发性主要由两部分组成，业务到达的突发度和业务数据流的突发度。业务到达的突发度是指单位时间内到达网络的业务个数的突发程度；业务数据流的突发度是指单位时间内单个或聚合业务数据流流量的突发程度。网络业务处理不仅要降低业务数据流流量的突发度，还要降低业务到达的突发度，这样才能更好地降低网络业务的突发度。

目前网络业务处理的方法主要是在业务到达网络后，采用一些整形算法降低业务数据流的突发度，如(r，b)漏桶整形算法。(r，b)的定义为，在任意时间段t内，服从该种模型的业务流的流量不大于rt+b，其中，r为业务流的平均速率，b为桶的深度，也就是缓冲区的长度，它决定了整形后，业务的突发度。由于这类整形算法是业务进入网络后，为进行有效传输而采用的，我们将它们归类为被动整形算法。被动整形算法的整形对象是业务的流量特性，如业务数据流的突发度。它需要消耗缓冲区、带宽等网络资源。被动整形算法在网络理论研究中已取得了大量研究成果。但到目前为止，还没有人研究如何在业务接入网络之前，对业务的申请过程进行处理，降低业务到达的突发度。

对于IP电话、网络视频会议这样的业务，它的接入过程可分为业务申请过程和业务传输过程，如图1所示。业务申请过程由用户发起，包括拨号、建立连接、等待对方应答等操作。这个过程是用户(人)和网络的交涉过程，基本不消耗网络资源，而且能容忍一定的延时和延时抖动。如IP电话的拨号过程，至少可以容忍1-2秒的延时等待。申请过程结束后，业务才真正被接入网络，开始传输。业务传输过程对延时的要求较高，比如IP电话的延时要求是30～60ms，视频会议的延时要求是40～90ms。

在业务接入网络前，对业务的申请过程进行处理，称为到达业务前处理。在业务接入网络后，对业务的流量特性进行处理，称为到达业务处理。用户可容忍的申请延时为秒级延时，远远大于传输延时，这为到达业务前处理提供了较大的时间空间。我们可以有计划地调整用户的申请等待时间，比如让用户多等1-2秒再通话，利用这段时间调整接入网络的业务的时间间隔，从而降低网络业务到达的突发度。这个过程不会对传输过程的延时特性产生影响，也不会占用网络资源。

本发明提出一种可用于到达业务前处理的整形算法。通过对业务接入时间间隔进行控制，降低业务到达的突发度。由于这种算法是在业务接入网络前，主动对业务的接入时间间隔进行调整。因此，将其归类为主动整形算法。与被动整形算法不同，这类整形算法的整形对象是业务的到达特性，如业务到达网络的突发度。它属于到达业务前处理。本发明涉及的整形方法和业务处理方法的关系如图2所示。

发明内容    本发明的目的是提出一种可用于到达业务前处理的主动整形算法。它通过对业务申请过程进行处理，调整业务接入网络的时间间隔，降低业务到达网络的突发度。这种整形方法适合于lP电话、视频会议这样，对传输延时要求高，但对申请过程的延时不敏感的业务。本发明的处理过程不占用网络资源，而且不影响业务传输的延时特性，对降低网络业务的突发度具有一定的作用。

本发明的特征在于，所述方法依次含有以下步骤：

步骤1：用户(人)通过手工或自动拨号方式向网络发出业务申请，然后等候接入；

步骤2：网络边界路由器按下述步骤设定该用户业务的接入时刻；

步骤2.1初始化，设：

用户的业务申请到达的时刻分别为0，t_a1，…，t_an-1，t_an，n＝1，2，3…，其中t_an>t_an-1；

经过主动整形后，业务接入的时刻分别为t′_a0，t′_a1，…，t＇_an-1,t′_an，其中t′_an>t′_an-1；

T_a0为初始的接入时间间隔，T_a1，…，T_am-1，T_am，m＝1，2，3...为依次更新的接入时间间隔；

令：初始时刻为0；

步骤2.2边界路由器收到前H个业务申请后，计算这H个业务到达间隔的平均值，作为初始的接入时间间隔，即

$T_{a0}=\frac{t_{\mathrm{aH}}}{H},$ H为设定值；

步骤2.3在t_aH ⁺时刻，所述边界路由器将第一个申请的用户业务接入网络，并以T_a0为间隔，设置接入时刻，将正在等候的用户业务依次接入网络，直到下一业务申请到达，其中；

t′_a1＝t_aH ⁺；

步骤2.4下一业务申请到达以后，所述边界路由器按下述公式更新业务接入间隔：

T_am＝T_am-1+K(t_aH+m-t_aH+m-1-T_am-1)，其中K为设定值，在0<K<1间取值，即在

(t_aH+m-t_aH+m-1)>T_am-1时，T_am>T_am-1，

(t_aH+m-t_aH+m-1)<T_am-1时，T_am<T_am-1；

步骤2.5以新的接入间隔设置接入时刻，依次接入排队等候的用户业务；

步骤2.6重复步骤2.4，2.5，在每次业务申请到达的时刻更新接入间隔，使业务接入间隔的突发度小于申请到达间隔的突发度。

本发明提出的控制业务接入时间间隔降低业务到达突发度的方法，具有如下优点：

1、通过对业务的申请过程进行处理，降低业务到达网络的突发度。

2、在业务到达网络前，采用主动整形方法，主动调整业务的接入间隔。

3、在业务接入网络前，通过设定业务的接入时刻，控制业务的接入间隔。

3、本发明的处理对象是对传输延时要求高，但对申请过程的延时不敏感的业务，如电话、视频会议等的申请等待时间。

4、申请过程可以有较长的处理延时；

5、申请过程的处理不占用网络资源(带宽和存贮器)；

6、申请过程的处理延时不影响业务传输的延时特性；

附图说明

图1业务到达处理和业务到达前处理。

图2主动整形方法和被动整形方法。

图3.本发明的工作流程图。

图4.本发明业务接入时刻的确定方法流程图。

具体实施方式

本发明提出的控制业务接入时间间隔降低业务到达突发度的方法，可用于网络边界路由器对网络电话，网络会议等业务的接入。其工作流程如图3所示，首先用户(人)通过手工或自动拨号方式，向网络发出业务申请，然后排队等候业务接入。网络边界路由器依据一定的算法，为业务设定接入时刻。当接入时刻到达时，便接入一个业务。并确定下一业务的接入时刻。在接入时刻的控制下，用户业务按排队顺序依次接入网络。本发明通过对业务接入时刻的设置控制业务接入的时间间隔，从而降低业务到达的突发度。其中，接入时刻的设定方法如图4所示。

在最先开始时，将申请个数设置为0，初始时刻也设置为0。此后每收到一个用户业务申请，申请个数计数器加1。当申请个数等于H时(H可根据实际情况预先设置)，接入第一个业务并根据前H个业务的到达时间间隔计算接入间隔的初始值。根据这一值设定下一接入时刻。不断检测有无新业务申请到达，如果没有新的业务申请到达，就根据这一间隔不断设置接入时刻。如果有新业务申请到达，就采用一定的算法，更新接入间隔，并在上一接入时刻结束后，以新的接入间隔设置下一接入时刻。如此循环往复。

接入间隔的初始值的计算和更新可采用如下算法：

设业务申请到达的时刻为{0，t_a1，Λ，t_an-1，t_an}，n＝1，2，3Λ，t_an>t_an-1，经过主动整形后，业务接入的时刻为{t′_a0，t′_a1，Λ，t＇_an-1，t′_an}，t′_an>t＇_an-1，T_a0为初始的接入时间间隔。T_a1，Λ，T_am-1，T_am，m＝1，2，3K依次更新的接入时间时隔。以前H个业务的平均到达间隔，作为初始的接入时间间隔，即

$T_{a0}=\frac{t_{\mathrm{aH}}}{H},$

在t_aH ⁺时刻开始，将第一个申请的业务接入网络。同时，以T_a0为间隔，设定下一接入时刻。因此，第一个业务的接入时刻等于第H个业务的到达时刻，即：

t＇_a1＝t_aH ⁺，

在第H+1个业务申请到达以前，即t_aH+1时刻以前，以T_a0为间隔设置接入时刻。

第H+1个业务申请到达以后，按下述公式计算新的业务接入间隔：

T_a1＝T_a0+K(t_aH+1-t_aH-T_a0)，其中0<K<1。

从t_aH ⁺，以后，以T_a1为间隔接入业务，直到下一个申请，t_aH+2到达。

如此继续，当t_aH+m到达后，新的业务接入间隔为：

T_am＝T_am-1+K(t_aH+m-t_aH+m-1-T_am-1)

从t_aH+m到达以后，即t_aH+m ⁺以后，以T_am为间隔设置接入时刻，直到下一业务申请到达。

Claims (1)

1.一种通过控制业务接入时间间隔降低业务到达突发度的方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：

步骤1：用户通过手工或自动拨号方式向网络发出业务申请，然后等候接入；

步骤2：网络边界路由器按下述步骤设定该用户业务的接入时刻；

步骤2.1初始化，设：

用户的业务申请到达的时刻分别为0，t_a1，…，t_an-1，t_an，n＝1，2，3…，其中t_an＞t_an-1；经过主动整形后，业务接入的时刻分别为t_a0′，t_a1′，…，t_an-1′，t_an′，其中t_an′＞t_an-1′；T_a0为初始的接入时间间隔，T_a1，…，T_am-1，T_am，m＝1，2，3...为依次更新的接入时间间隔；令：初始时刻为0；

步骤2.2边界路由器收到前H个业务申请后，计算这H个业务到达间隔的平均值，作为初始的接入时间间隔，即

$T_{a0}=\frac{t_{\mathrm{aH}}}{H},$ H为设定值；

步骤2.3在t_aH ⁺时刻，所述边界路由器将第一个申请的用户业务接入网络，并以T_a0为间隔，设置接入时刻，将正在等候的用户业务依次接入网络，直到下一申请到达，其中：业务

t_a1′＝t_aH ⁺；

步骤2.4下一业务申请到达以后，所述边界路由器按下述公式更新业务接入间隔：

T_am＝T_am-1+K(t_aH+m-t_aH+m-1-T_am-1)，其中K为设定值，在0＜K＜1间取值，即在

(t_aH+m-t_aH+m-1)＞T_am-1时，T_am＞T_am-1，

(t_aH+m-t_aH+m-1)＜T_am-1时，T_am＜T_am-1；

步骤2.5  以新的接入间隔设置接入时刻，依次接入排队等候的用户业务；

步骤2.6重复步骤2.4，2.5，在每次业务申请到达的时刻更新接入间隔，使业务接入间隔的突发度小于申请到达间隔的突发度。

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