CN101212389B - 一种突发汇聚控制方法及相应的装置、通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种突发汇聚控制方法及相应的装置和通信设备。本发明公开的方法和装置的核心均在于：通过将汇聚时间和预先设定的时间门限比较，判断缓存队列中负载的变化趋势；若负载突发性变大或者变小，则直接增大或缩小长度门限；若负载处于增加趋势，则根据一定的概率来随机增大长度门限，若负载处于减少的趋势，则根据一定的概率来随机缩小长度门限；若负载正常，则不调整长度门限，因此长度门限可以随负载的变化实现动态调整。采用本发明提供的方法及相应的装置能够保证业务端到端的时延，优化网络性能。

Description

一种突发汇聚控制方法及相应的装置、通信设备

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种突发汇聚控制方法及相应的装置、通信设备。

背景技术

互联网业务的迅猛发展和新兴业务(网页浏览、多媒体业务、资源下载、网络会议等)的多样性和多变性使传统的核心交换网络已经不适应其不断发展的需要。在这种情势下，为了适应因特网流量的爆炸式增长、对带宽需求的日益增长以及业务的多样性和突发性，研究者们深入投入到波分复用甚至密集波分复用传输。目前，密集波分复用技术已经可以使传输带宽达到10Tbit/s左右，能够在较长时期内满足对传送网带宽的需求。由于网络交换节点需要对传送的数据进行从光域到电域再到光域的转换，集成电路技术成为了限制光网络中节点处理能力的瓶颈。虽然网络带宽足够大，但是网络传输速度仍然受到限制。因此，光交换技术应运而生，即完全在光域中完成交换。

目前光网络采用的是OCS(Optical Circuit Switching光电路交换)，其协议相对简单，技术成熟，易于实现。OCS类似于电路交换，具有面向连接的特性，为端到端的业务流建立光路以进行传输。然而因特网的业务变化无常，具有突发性，因此光路的建立和拆除将会非常频繁，考虑到建立、维护光路的开销，与光路连接的持续时间(通常较短)之间的巨大反差，其带宽利用率偏低。

OPS(Optical Packet Switching光分组交换)则是一种细粒度的交换机制。与传统的分组交换网络类似，都采用存储转发技术。由于它允许统计复用网络通道带宽资源，因此特别适合突发的因特网数据业务。从长远来看，OPS是一种很有前途的技术，但目前面临了一些难以解决的问题：首先，近期内能有效支持OPS的光开关技术不成熟，同时光交换矩阵的交换速度目前难以达到要求；其次，在交换机入口进行分组的同步也相当困难，不能有效降低分组间的冲突；最后，在光域上真正意义上的随机存储机制还不存在，目前的光域缓存只能依靠FDL(Fibre Delay Lines光纤延迟线)来实现，而FDL的使用也受到信号质量和物理空间的限制，无法提供足够灵活和充足的缓存。综上所述，OPS必然还要经过多年的研究才能得以应用。

光突发交换OBS(Optical Burst Switching光突发交换)作为OCS和OPS之间的一种折中方案被提出。到达OBS网络边缘节点的分组按照其目的地址和QoS(Quality of Service服务质量)被组装成突发包再进行传输和交换，因此处理粒度得以提高。每个突发包均对应了一个BHP(Burst Header Packet控制分组)，BHP先于突发包进入核心交换网络，并在突发包要经过的所有中间节点上逐跳预约资源。只要突发包和BHP之间的Offset Time(偏移时间)设置恰当，就可以保证相应突发包在到达每个中间节点前，BHP的处理以及相应交换通道的配置工作都已完成，实现突发包的端到端的全光透明传输。相对于OCS来说，OBS交换粒度适中，并且可以实现统计复用，提高了资源利用率，又比OPS易于实现，对器件的要求较低。因此，尽管OBS在标准和协议方面仍不成熟，但随着其不断被研究和完善，有可能成为下一代光传输和交换网络的核心技术。

突发汇聚是OBS网络设计中的关键问题之一，极大地影响到OBS网络的性能。图1为现有技术中OBS网络的边缘节点对IP包汇聚成突发包的示意图。如图1所示，多个IP包到达OBS网络边缘节点后，按照其目的地也址和IP包的优先级进行分类后，被发送到相应的汇聚队列中。在汇聚的触发条件满足时，则将队列中的IP包汇聚成一个突发包，经过调度后发送到OBS核心网络进行传输。

OBS网络的边缘节点所采用的突发汇聚方法决定了汇聚的触发条件，同时决定了输出突发包的特性，直接影响到突发包的长度、突发包在传输过程中的丢包率、IP数据包的端到端时延以及网络信道的利用率等。所以好的突发汇聚方法，可以有效地控制分组的端到端时延，满足业务的时延要求，提高OBS网络中资源的利用率，降低丢包率。

目前，现有技术公开的突发汇聚方法以下三种：基于固定时间门限的汇聚方法、基于固定长度门限的汇聚方法以及门限自适应的汇聚方法。下面分别进行介绍。

现有技术中公开了一种基于固定时间门限的突发汇聚方法。该方法的基本思想是：为每个缓存队列设置一个最大等待时间T，在时间T内到达的IP数据包将被缓存在相应的汇聚队列中。从第一个IP包进入缓存队列时开始计时，当计时器到达T时，则将相应队列中的所有数据分组汇聚成一个突发包。考虑到OBS网络中控制信道的阻塞、信道的利用率以及核心节点的处理速度等方面的问题，突发包的长度应该有一个下限，因此该方法进一步对突发包的最短长度做出了限制。如果汇聚时间到达最大等待时间T而突发包长度不够，则要填充至最短长度，再进行传送。该方法的优点在于可以准确控制IP数据包的端到端时延。

可以看出，基于固定时间门限的突发汇聚方法存在以下缺点：

首先，当某个汇聚队列处于低负载的情况下会导致大量的数据填充，以至于突发包的利用率降低；而当负载较大时，在汇聚时间内将会到达大量的数据包，造成汇聚队列需要大量的缓存。突发包长度过长也会导致丢包率的上升。因为一旦发生冲突，一个突发包的丢失意味着大量IP包的丢失。随着负载的动态变化，突发包的长度变化会比较大，对网络性能不利。

其次，当各个边缘节点采用相同时间门限，各个汇聚队列会周期性的产生突发包。请参阅图2，图2为边缘节点因汇聚同步引发连续冲突的示意图。如图2所示，由于边缘节点的各个汇聚队列周期性产生突发包引起突发包之间的汇聚同步，从而造成在边缘节点和核心节点交换结构的出端口处连续的资源竞争。在边缘节点处，可以利用缓存防止丢包，但会引起额外的缓存时延；而在核心节点处，由于光缓存的缺乏，则可能造成连续性的大量丢包，信道资源却得不到充分利用。

现有技术中公开了一种基于固定长度门限的突发汇聚方法。该方法的基本思想是：为每个汇聚队列设置固定的长度门限，数据包到达后仍被送往相应的汇聚队列中缓存。当缓存队列中数据包的总长度达到长度门限时，则将相应队列中的所有数据包汇聚成一个突发包。该方法的优势在于突发包长度相对固定，一定程度上有利于提高网络性能、优化调度、能够避免汇聚同步。相比与基于固定时间门限的突发汇聚方法，这种基于固定长度门限的突发汇聚方法在改善丢包率性能方面有一定的优势。

但是，这种基于固定长度门限的突发汇聚方法仍然存在以下缺点：

首先，当业务负载较低的时，该方法会造成很大的汇聚时延，因此并不适合应用于实时业务的传输。虽然现有技术还公开了改进的技术方案，即加上一个时间门限来限制时延，当两个门限有一个达到时便完成汇聚，相当于在轻负载时采用基于固定时间门限的汇聚，在重负载时采用基于固定长度门限的汇聚。这种改进方法结合了两种门限，但它对业务量的变化适应仍然很有限，低负载时的汇聚同步引发的突发包阻塞问题仍然存在。

其次，当负载较高时，突发包的产生周期很短。如果长度门限设置偏小，则可能会造成大量的BHP在短时间内涌入控制信道，造成控制信道的阻塞。另一方面，由于网络负载的动态变化，实际上很难预先确定一个最优的长度门限值，因此该方法导致的时延问题十分明显。

为了使得汇聚门限能够随业务负载的动态变化而改变，现有技术还公开了一种门限自适应的突发汇聚方法。该方法的基本思想是：采用了变长的长度门限以及固定的时间门限；固定的时间门限目的是为了保证低负载情况下的最大可容忍时延，而变长的长度门限则根据当前的负载情况进行调整；而且为了减轻突发包长度的连续过度的变化，该方案引入了一种迟滞变化特性，即：在每次汇聚完成时通过比较本次汇聚的突发包长度来获取近期负载情况。经过多次比较确认业务量确实变化，则调整长度门限。

由该方法的技术方案可以看出，这种门限自适应的突发汇聚方法存在以下缺点：

第一，该方法中，如果长度门限导致了汇聚触发，则表明负载有变大趋势，则加大长度门限。这种不恰当的负载衡量方法会导致长度门限一直增大，直到在当前负载下汇聚完成所需要的时间达到固定的时间门限，或者长度门限达到预先设定的所允许的最大值为止。这会导致汇聚时延的不必要增大。而且判断负载是否有变化趋势实际上取决于最后一个进入队列触发汇聚的IP包的长度。该方法采用的判断负载的方式都不能很好的适应负载的变化。

第二，该方法虽然提出了让汇聚长度门限随负载的变化而变化，但并没有明确指出二者应该符合什么样的关系来达到互相匹配，也就是说自适应的目的性并不明确。

第三，虽然该方法引入了迟滞变化特性后，可以经过多次比较确定负载的变化后，再改变汇聚门限，在一定程度上能够减轻长度门限的连续过度变化，但也减缓了长度门限对突发的跟踪能力，也就是降低了方法的自适应能力。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例公开了一种突发汇聚方法及相应的装置、通信设备，能够保证业务端到端的时延，优化网络性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种突发汇聚控制方法，包括：

A、判断缓存队列中数据包缓存的时间是否达到预先设定的最大汇聚时延，是则执行步骤C，否则执行步骤B；

B、判断所述缓存队列中数据包的总长度是否达到当前的长度门限，是则执行步骤C，否则返回步骤A；

C、将所述缓存队列中的所有数据包汇聚成突发包发送；

D、将汇聚时间和预先设定的时间门限比较，判断所述缓存队列中负载的变化趋势；

E、若负载处于增加趋势，判断负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数是否大于或等于预先设定的数值，是则加大长度门限；

若负载处于减少趋势，判断负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数是否大于或等于预先设定的数值，是则缩小长度门限。

另一方面，本发明的实施例还公开了一种突发汇聚控制装置，包括：

计时器，用于对缓存队列中数据包的缓存时间进行计时，并判断所述缓存时间是否达到预设的最大汇聚时延，是则向所述缓存队列发送触发汇聚信号，指示所述缓存队列将所有的数据包汇聚成突发包发送；

长度门限设置模块，用于设置并存储当前的长度门限，以及当缓存队列上报的队列长度达到所述当前的长度门限时，向所述缓存队列发送触发汇聚信号，指示所述缓存队列将所有的数据包汇聚成突发包发送；

长度门限调整模块，用于将所述计时器上报的汇聚时间和预设的时间门限进行比较，判断所述缓存队列中负载变换的趋势；

若负载处于增加趋势，且负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述长度门限调整模块加大长度门限并指示所述长度门限设置模块更新所述当前的长度门限；

若负载处于减少趋势，且负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数和大于或等于预先设定的数值时，所述长度门限调整模块缩小长度门限并指示所述长度门限设置模块更新所述当前长度门限。

相应地，本发明的实施例还公开了一种通信设备，用作光突发网络的边缘节点，包括：数据包分类器、多个缓存队列、多个汇聚控制装置和调度模块；

所述数据包分类器根据数据包的目的地址和/或优先级进行分类，发送到相应的缓存队列中；

所述缓存队列接收到数据包后，更新当前的队列长度，并将当前的队列长度发送给对应的所述汇聚控制装置；

所述汇聚控制装置根据预设的最大汇聚时延和当前的长度门限控制缓存队列中的数据包是否汇聚成突发包发送，以及将汇聚时间和预先设定的时间门限比较，判断所述缓存队列中负载的变化趋势；

若负载处于增加趋势，且负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述汇聚控制装置加大长度门限并更新当前的长度门限；

若负载处于减少趋势，且负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述汇聚控制装置缩小长度门限并更新当前长度门限；

所述调度模块采用一定的调度策略将所述缓存队列送来的所述突发包调度到合适的信道上进行传输。

从对本发明实施例技术方案的描述可以看出，本发明的实施例以完成汇聚所用的时间作为依据判断负载变化，并根据负载变化的趋势分别采用的门限调整机制。在负载变化不大时，以累积概率的方式随机决定长度门限是否调整，避免长度门限的连续过度变化；另一方面，在负载突发的情况下，迅速做出反应，使长度门限得到及时的调整。

本发明实施例的技术方案与固定时间门限的汇聚方法相比，能够更好地保证端到端时延，同时能够降低在低负载情况下的数据填充率，提高了突发包的利用率。另一方面，本发明实施例的技术方案采用了长度门限的随机调整机制，有效地限制在高负载下的缓存使用量和突发包长度，进一步减少汇聚同步的出现，从而改善丢包率。

本发明实施例的技术方案与固定长度门限的汇聚方法相比，当负载变化不大时，根据未调整的连续次数对应的概率来随机调整长度门限表现出的迟滞调整特性也能有效地稳定突发包长度，减少因频繁调整长度门限导致的时延抖动。同时能在低负载下有效控制汇聚时延，在高负载下增大长度门限，从而在一定程度上避免突发包生成速度过快而导致控制信道阻塞。

附图说明

图1为现有技术中OBS网络的边缘节点对IP包汇聚成突发包的示意图；

图2为现有技术中OBS网络边缘节点因汇聚同步引发连续冲突的示意图；

图3所示为本发明实施例中预先设定的时间门限示意图；

图4为本发明实施例公开的一种突发汇聚控制方去的流程示意图；

图5为本实施例中负载处于增加或减小趋势时，未调整长度门限的连续次数和调整概率之间关系示意图；

图6为网络仿真拓扑示意图；

图7为突发包长度对比示意图；

图8为填充率对比示意图；

图9为端到端时延对比示意图；

图10为IP包丢包率对比示意图；以及

图11为本发明实施例公开的一种汇聚控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和本发明的实施例作进一步详细描述。

现有技术公开的几种常用的突发汇聚方法虽然有各自的优势，但是都存在明显缺陷，在改善网络性能上显得顾此失彼。而现有的自适应的突发汇聚方法也存在比较明显的不足，对业务量负载变化估计的策略以及相应的长度门限调整方案实际上限制了其自适应的能力。

本发明实施例提供的突发汇聚控制方法实际上是一种基于动态长度门限的自适应汇聚机制，可以具体实施到每个汇聚队列上。本发明主要是通过将汇聚时间和预先确定的时间门限值进行比较，判断缓存队列中业务负载的变化趋势，根据业务负载的变化趋势调整长度门限，实现稳定时延，优化网络性能的目的。在详细介绍本发明的突发汇聚方法之前，首先对本发明实施例中的时间门限进行必要的说明。

本发明实施例中预先设定的时间门限可以包括四个时间点，这四个时间点可以是：

1、MAX_TA：表示最大汇聚时延；该时间点为网络中可能出现的最大汇聚时延；也可以作为判断负载突发减小的时间门限；

2、MIN_TA：表示最小汇聚时延；仅作为判断负载突发增大的时间门限，实际中某些汇聚过程中的时延可能小于该值；

3、LOW_TA：表示可接受最小汇聚时延，该数值根据业务对端到端时延的要求来确定，不同的业务可以确定不同的数值；

4、UP_TA：表示可接收最大汇聚时延，该数值同样根据业务对端到端时延的要求来确定，不同的业务可以确定不同的数值。

请参阅图3，图3所示为本发明实施例中预先设定的时间门限示意图。如图3所示，汇聚时间轴被上述四个时间点划分成四个区间。当汇聚时间落入不同的区间时，则可以判断缓存队列中业务负载的变化趋势，进一步根据不同的变化趋势对长度门限进行相应的调整。

请参看图4，图4为本发明实施例公开的一种突发汇聚控制方法的流程示意图。如图4所示，该方法包括：

步骤S401、在一次突发汇聚完成后开始计时，并判断缓存队列中IP包缓存的时间是否达到预先设定的最大汇聚时延MAX_TA，是则执行步骤S403；否则执行步骤S402；

步骤S402、计算当前队列长度，即：缓存队列中所有IP包的总长度，并判断队列长度是否达到当前的长度门限，是则执行步骤S405，否则返回步骤S401；

步骤S403、判断队列长度是否达到预先设定的最小队列长度，是则执行步骤S405；否则执行步骤S404；

步骤S404、在缓存队列中填充字节，使所有IP包的总长度达到预先设定的最小长度；

步骤S405、将缓存队列中所有IP包汇聚成突发包发送出去；继续执行步骤S406；

步骤S406、判断汇聚时间是否在可以接受的汇聚时延范围内，即：本次汇聚时间是否落在(LOW_TA，UP_TA)区间内，是则执行步骤S407；否则执行步骤408；

步骤S407、保持当前的长度门限值，不对长度门限做任何调整；

该步骤中，如果本次汇聚时间在可以接受的汇聚时延范围内，则认为目前缓存队列中的负载量没有太大变化，当前长度门限能够满足业务对网络性能的要求，无需作出任何调整。

步骤S408、判断本次汇聚时间是否落在区间(0，MIN_TA)之内，或者汇聚时间等于MAX_TA，是则执行步骤S409，否则执行步骤S410；

步骤S409、若本次汇聚时间小于MIN_TA，则按照预先设定的单位长度增大长度门限；若本次汇聚时间等于MAX_TA，则按照预先设定的单位长度减少长度门限；然后执行步骤S411；

本步骤中，汇聚时间落在区间(0，MIN_TA)之间，或者汇聚时间达到MAX_TA，则表明汇聚时间变化剧烈，可以认为负载突发出现，应当立刻按照预先设定的单位长度增大或者减小长度门限，使长度门限能够和负载变化相适应，稳定汇聚造成的时延。

步骤S410、判定汇聚时间落在区间(MIN_TA，MAX_TA)之内，但是落在区间(LOW_TA，UP_TA)之外，根据负载变化的趋势，按照一定的概率随机对长度门限增加或减少一个单位长度；

汇聚时间落在区间(MIN_TA，MAX_TA)之内，但是落在区间(LOW_TA，UP_TA)之外，可以判定负载有增加或减少的趋势，但负载变化的突发性仍不高，则可以按照一定的概率随机调整门限长度。

下面分两种情况分别进行示例性说明，具体过程如下：

当汇聚时间落在区间(MIN_TA，LOW_TA)之内时，表明此时负载处于变大的趋势，可以按照一定的概率随机对长度门限增加一个单位长度；这里概率值的大小由汇聚时间落在区间(MIN_TA，LOW_TA)之内且没有增加长度门限的连续次数决定。可以预先设定汇聚时间落在区间(MIN_TA，LOW_TA)之内，但没有增加长度门限的连续次数等于一定数值时，则随机增大长度门限的概率值为1。随着此连续次数从0增大到预定数值，长度门限增加一个单位长度的概率也相应的从0增加到1。

当汇聚时间落在区间(UP_TA，MAX_TA)之内时，表明此时负载处于变小的趋势，可以按照一定的概率随机对长度门限减少一个单位长度；这里概率的大小由汇聚时间落在区间(UP_TA，MAX_TA)之内，但没有减少长度门限的连续次数决定。可以预先设定汇聚时间落在区间(MIN_TA，LOW_TA)之内，但没有减少长度门限的连续次数等于一定数值时，则随机减少长度门限的概率值为1。随着此连续次数从0增大到预定数值，长度门限减少一个单位长度的概率也相应的从0增加到1。

下面结合附图进行更直观地说明。请参看图5，图5为本实施例中负载处于增加或减小趋势时，未调整长度门限的连续次数和随机调整概率之间关系示意图。如图5所示，图中横轴COUNTER表示负载处于增加或减少趋势时，长度门限连续未调整的次数；正向表示汇聚时间落在区间(MIN_TA，LOW_TA)之内，但没有增加长度门限的连续次数；负向表示汇聚时间落在区间(UP_TA，MAX_TA)之内，但没有减少长度门限的连续次数；纵轴表示概率的具体数值，该数值随COUNTER绝对值的增大呈现阶梯状的增大。需要说明的是，本实施例中概率的数值也可以取其它数值，只要调整长度门限的概率数值随COUNTER的绝对值的增大而增大即可。这里预定COUNTER的绝对值为5时，调整长度门限的概率为1。这表明：当汇聚时间落在区间(MIN_TA，LOW_TA)或(MIN_TA，LOW_TA)之内时，没有相应地增加或减少长度门限的连续次数达到5次时，可以判断缓存队列中负载处于稳定增加或减少的趋势，需要立即增加或减少长度门限，也就是说，这时调整长度门限的概率值为1。

进一步地，对长度门限地调整不能超过预先设定的数值范围内。若长度门限已经达到预先设定的上限或下限，即使负载仍然处于增加或减少的趋势，则不能相应地增大或减小长度门限。

步骤S411、根据对长度门限调整的结果更新当前长度门限的数值，作为下一次突发汇聚的当前长度门限。

从对本发明实施例技术方案的描述可以看出，本实施例以完成汇聚所用的时间作为依据判断负载变化，并根据负载变化的趋势分别采用的门限调整机制。在负载变化不大时，以累积概率的方式随机决定长度门限是否调整，避免长度门限的连续过度变化；另一方面，在负载突发的情况下，迅速做出反应，使长度门限得到及时的调整。

本发明实施例的技术方案与固定时间门限的汇聚方法相比，能够更好地保证端到端时延，同时能够降低在低负载情况下的数据填充率，提高了突发包的利用率。另一方面，本发明实施例的技术方案采用了长度门限的随机调整机制，有效地限制在高负载下的缓存使用量和突发包长度，进一步减少汇聚同步的出现，从而改善丢包率。

本发明实施例的技术方案与固定长度门限的汇聚方法相比，当负载变化不大时，根据未调整的连续次数对应的概率来随机调整长度门限表现出的迟滞调整特性也能稳定突发包长度，减少调整抖动。同时能在低负载下有效控制汇聚时延，在高负载下增大长度门限，从而在一定程度上避免突发包生成速度过快而导致控制信道阻塞。

以下就使用不同方法OBS网络性能的仿真结果进行比较，进一步说明本发明的效果：

为验证本发明提供的突发汇聚方法，进行了相关仿真和比较。图6为网络仿真拓扑示意图。如图6所示，301a～301f为OBS网络边缘节点，302a和302b为核心节点。进入301a～301f的业务量采用自相似模型产生即可以比较准确的模拟因特网上实际的业务状况，文献[9]提出了一种合成自相似业务源的模型方法：大量的ON-OFF业务源可以近似合成自相似业务源。每个独立的ON-OFF源，在ON期内以恒定的速率产生业务量，而在OFF期则不产生业务量，ON期和OFF期交替出现，其时间长度为独立同分布的Pareto重尾分布。大量的ON-OFF源进行合成则得到近似的自相似业务源，如果Pareto分布的形状参数为a，则合成流的Hurst参数H＝(3-a)/2。H参数越大则自相似性越强。我们用40路的ON-OFF源合成所需自相似业务源，送入301a～301f中，且可以通过改变ON时期内的数据速率来实现对平均负载的控制。

假设边缘节点和核心节点的每个出端口连接的光纤(图六中的e1～e7)均具有四个波长通道，且每个波长通道的速率为1Gbps/s。每个自相似源产生的数据包为定长1250字节，且目的地址服从均匀分布，暂不考虑QoS。通过改变每路ON-OFF源产生IP包的时间间隔调整平均负载，当302a去往302b的出端口处数据的平均到达率为3.6Gbps/s时作为负载1，其他情况的负载以其进行归一化；ON期和OFF期长度服从Pareto分布，形状参数a＝1.2，因此合成流的H参数近似等于0.9。在边缘节点以及核心节点的调度模块处，对BHP的调度均采用LAUC-VF(latest available unscheduled channelwith void filling)方法[3]，因此核心节点支持全波长变换。

这里将基于固定时间门限的汇聚方法简称为FT，基于固定长度的汇聚方法简称为FL，自适应汇聚方法称为ADA，本发明的突发汇聚方法称为IAAM-SED。

仿真过程中，各汇聚方法的参数设置如下：IAAM-SED中，长度门限的上限限分布为1600kbits和400kbits，调整步长24kbits，MAX_TA和MIN_TA分别为10ms和2ms，调整概率为1时，COUNTER值定为10，UP_TA和LOW_TA分别取4.5ms和5.5ms。ADA中，BSmin和BSmax同样取1600kbits和400kbits，Lstep取24kbits，Tth取10ms，Num的比较门限同样取10，Ltol取12kbits。FT中，最短突发包长度为400kbits，固定汇聚时间门限取为5ms。FL中，固定长度门限取1000kbits，是IAAM-SED和ADA中门限调整的中间值，而在0.5的平均负载下完成这个长度的突发包汇聚需要时间恰好是5ms。因此，在仿真比较的参数设置中兼顾了各种方法之间的公平性。

请参阅图7，图7为突发包长度对比示意图。如图7所示，ADA由于其调整机制本身对门限调整过程缺乏有效控制，使得固定的较长的时间门限和长度门限的上限成为其调整过程的中止条件，所以过早的达到长度门限的上限；而IAAM-SED则通过稳定汇聚时延使门限长度随负载变化及时变化，可以看出其突发包长度变化和FT几乎一致，但长度上限的设定又限制了对汇聚缓存的过高要求。

请参阅图8，图8为填充率对比示意图。如图8所示，在低负载下，FT在固定的时间门限内仅仅有很少数据包进入汇聚队列，因此需要填充大量空白数据以使突发包长度达到最短要求，从而降低了资源的利用率。而IAAM-SED和ADA均不仅仅将长度门限调至最短，而且在可接受范围之内给予其较长的汇聚时间，有效的降低了填充率，使得资源利用率提高。

IP包在进入汇聚队列后要经历汇聚时延，偏移时间，传输排队时延，传输时延及传播时延，由于传播时延与节点间的物理距离相关，与我们的比较结果关系不大，因此忽略。传输排队时延是指在边缘节点对BHP进行调度时，如果调度失败则需要将相应突发包进行缓存而延迟一段时间再进行调度。偏移时间大小与源节点和目的节点之间的跳数相关，偏移时间＝跳数×单位偏移时间，单位偏移时间则与核心节点的对BHP的处理速度相关，在仿真中统一设置为0.5ms。

请参阅图9，图9为端到端时延对比示意图。如图9所示，FL在低负载时将遭受很大的时延，主要原因是要花费很大的汇聚时延来等待长度门限的触发。ADA在时延方面性能也不佳，主要原因是其过度增大长度门限，使得汇聚时延不必要的增大。IAAM-SED的时延控制能力几乎与FT一致，整体非常平滑，被控制在最佳汇聚时延附近；甚至在高负载下比FT的时延性能更好，这是因为高负载下FT的汇聚同步使得边缘节点处的突发包调度成功率降低，大量突发包需要经历额外的传输排队时延而导致整体E2E时延增加。值得一提的是在负载为0.1时，IAAM-SED的时延较FT大，这是由于负载过低而导致固定的相对较大的时间门限成为汇聚的触发条件，虽然时延有所增大，但另一方面也降低了数据填充率。

请参阅图10，图10为IP包丢包率对比示意图。如图10所示，FT虽然在时延控制方面较好，但是其丢包率性能最差，无论负载的高低，汇聚同步总会造成丢包；并且在负载很大时，较长的突发包一旦丢失，会造成更多的IP包丢失。IAAM-SED，ADA和FL均是基于长度门限的汇聚方法，均能够打破各个队列的汇聚同步，因此丢包率较小。

综上所述，本发明的技术方案避免了现有汇聚方法的弊端，能够灵活的适应负载变化，以最佳的门限进行汇聚，在各个性能指标上均能取得满意的效果。

基于与上述突发汇聚控制方法同一构思，本发明还公开了一种汇聚控制装置及相应的通信设备。需要说明的是，由于装置实施例和方法实施例属于同一发明构思，因此有很多相同或相应的技术特征，对于这些相同或相应的技术特征，只简而言之，不再赘述。

请参看图11，图11为本发明实施例公开的一种汇聚控制装置的结构示意图。如图11所示，该装置包括计时器、长度门限设置模块、长度门限调整模块。

其中，计时器用于对相应的缓存队列中IP包当前等待时间计时。当缓存队列中IP包等待时间大于事先设定的最大汇聚时延时，向缓存队列发送触发汇聚信号，通知缓存队列将缓存的数据包组成突发包发送，然后重置。

长度门限设置模块，用于设置并存储当前的长度门限值，以及将接收到缓存队列中IP包的总长度的当前数值和当前的长度门限值进行比较。若该数值大于当前长度门限值时，则发送汇聚触发信号给缓存队列，通知其将存储的IP包组成突发包。

长度门限调整模块，用于根据负载的变化情况，动态调整长度门限。该长度门限调整模块具体包括：负载变化判决模块、门限调整执行模块和计数器。下面进一步描述各个模块如何根据负载的变化情况，动态调整长度门限。

当一个IP包进入缓存队列时，缓存队列更新队列长度并将更新后的队列长度值发送给长度门限设置模块。当队列长度达到当前长度门限时，长度门限设置模块向缓存队列发送触发汇聚信号，缓存队列收到该信号后，将所有IP包组成突发包发送，然后将IP包的总长度归零并通知计时器重置。计时器在重置前，将本次汇聚时间发送给负载变化判决模块。负载变化判决模块对当前缓存队列负载变化情况做出判决，并将判决结果发送给门限调整执行模块。负载变化判决模块判定负载变化的依据在方法流程中已经详细描述，在此不再赘述。负载变化的趋势包括以下几种情况：

当汇聚时间处于可接收的汇聚时延范围内，即负载变化不大时，则不调整当前长度门限。

当汇聚时间落在区间(0，MIN_TA)或达到MAX_TA，则表明负载突发出现，门限调整执行模块通知门限设置模块将长度门限增加或减小一个预先设定的单位长度，然后指示计数器重置为零。

当汇聚时间落在区间(MIN_TA，LOW_TA)之内，则负载有增大的趋势，门限调整执行模块则指示计数器将COUNTER值加1。计数器在执行完门限调整模块的指令后，将COUNTER的值反馈给门限调整执行模块。

当汇聚时间落在区间(UP_TA，MAX_TA)之内，则负载有减小的趋势，门限调整门限执行模块则指示计数器将COUNTER值减1。计数器在执行完门限调整模块的指令后，将COUNTER的值反馈给门限调整执行模块。

门限调整执行模块根据COUNTER值决定的概率随机决定是否将长度门限值增加或减少一个预先设定的单位长度。当门限调整执行模块对长度门限作出调整决定后，其通知计数器重置为零，并指令长度门限设置模块根据调整结果更新并存储当前长度门限。长度门限设置模块更新并存储当前长度门限值后，调整后的长度门限值就作为下一次突发汇聚的长度门限。

相应地，本发明的实施例还公开了一种通信设备，用作OBS网络的边缘节点。该设备包括：数据包分类器、多个缓存队列、多个汇聚控制装置和调度模块；

所述数据包分类器根据数据包的目的地址和/或优先级进行分类，发送到相应的缓存队列中；

所述缓存队列接收到数据包后，更新当前的队列长度，并将当前的队列长度发送给对应的所述汇聚控制装置；

所述汇聚控制装置根据预设的最大汇聚时延和当前的长度门限控制缓存队列中的数据包是否汇聚成突发包发送，以及将汇聚时间和预先设定的时间门限比较，判断所述缓存队列中负载的变化趋势；

若负载处于增加趋势，且负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述汇聚控制装置加大长度门限并更新当前的长度门限；

若负载处于减少趋势，且负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述汇聚控制装置缩小长度门限并更新当前长度门限；

所述调度模块采用一定的调度策略将所述缓存队列送来的所述突发包调度到合适的信道上进行传输。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种突发汇聚控制方法，其特征在于，包括：

A、判断缓存队列中数据包缓存的时间是否达到预先设定的最大汇聚时延，是则执行步骤C，否则执行步骤B；

B、判断所述缓存队列中数据包的总长度是否达到当前的长度门限，是则执行步骤C，否则返回步骤A；

C、将所述缓存队列中的所有数据包汇聚成突发包发送；

D、将汇聚时间和预先设定的时间门限比较，判断所述缓存队列中负载的变化趋势；

E、若负载处于增加趋势，判断负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数是否大于或等于预先设定的数值，是则加大长度门限；

若负载处于减少趋势，判断负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数是否大于或等于预先设定的数值，是则缩小长度门限。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：

判断所述汇聚时间是否大于预设的最小汇聚时延但小于可接受最小汇聚时延，是则所述缓存队列中负载处于增加的趋势；

判断所述汇聚时间是否大于预先设定的可接受最大汇聚时延但小于最大汇聚时延，是则所述缓存队列中负载处于减少的趋势。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤E进一步包括：

若负载处于增加趋势，且负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数小于预先设定的数值时，根据该连续次数对应的概率随机决定是否加大所述长度门限，所述概率随所述负载处于增加趋势但未加大长度门限的连续次数的增大而增大；

若负载处于减少趋势，且负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数小于预先设定的数值时，根据该连续次数对应的概率随机决定是否缩小所述长度门限，所述概率随所述负载处于减少趋势但未缩小长度门限的连续次数的增大而增大。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括：

若所述汇聚时间小于所述最小汇聚时延或等于最大汇聚时延，则所述缓存队列中负载突发地增大或减少；并且

所述步骤E进一步包括：忽略未改变长度门限的连续次数与预先设定数值之间的关系，相应地直接增加或减少所述长度门限。

5.如权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括：

判断所述汇聚时间是否大于可接受最小汇聚时延且小于可接受最大汇聚时延，是则所述缓存队列中负载正常，所述可接受最大、最小汇聚时延根据业务需求预先设定；并且

所述步骤E进一步包括：保持所述当前的长度门限不变。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A之后，步骤C之前还包括：

判断所述缓存队列中数据包的总长度是否小于预先设定的最小队列长度，是则在所述缓存队列中填充字节至所述最小队列长度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述长度门限的调整结果大于预设的最小长度门限，同时小于预设的最大长度门限。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：根据所述调整结果更新当前长度门限，作为下一次突发汇聚的当前长度门限。

9.一种汇聚控制装置，其特征在于，包括：

计时器，用于对缓存队列中数据包的缓存时间进行计时，并判断所述缓存时间是否达到预设的最大汇聚时延，是则向所述缓存队列发送触发汇聚信号，指示所述缓存队列将所有的数据包汇聚成突发包发送；

长度门限设置模块，用于设置并存储当前的长度门限，以及当缓存队列上报的队列长度达到所述当前的长度门限时，向所述缓存队列发送触发汇聚信号，指示所述缓存队列将所有的数据包汇聚成突发包发送；

长度门限调整模块，用于将所述计时器上报的汇聚时间和预设的时间门限进行比较，判断所述缓存队列中负载变换的趋势；

若负载处于增加趋势，且负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述长度门限调整模块加大长度门限并指示所述长度门限设置模块更新所述当前的长度门限；

若负载处于减少趋势，且负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述长度门限调整模块缩小长度门限并指示所述长度门限设置模块更新所述当前长度门限。

10.如权利要求9所述的汇聚控制装置，其特征在于：所述长度门限调整模块具体包括：负载变化判决模块、长度门限调整执行模块、计数器；

所述负载变化判决模块将所述计时器上报的汇聚时间和预设的时间门限进行比较，判断所述缓存队列中负载变化的趋势，并将判断结果发送给所述长度门限调整执行模块；

当所述结果为负载处于增加趋势时，所述长度门限调整执行模块指示所述计数器加1；

当所述计数器反馈的当前计数值为正，并且大于或等于预设的数值时，所述长度门限调整执行模块增大所述当前长度门限，并指示所述长度门限设置模块更新所述当前的长度门限；

当所述结果为负载处于减少趋势时，所述长度门限调整执行模块指示所述计数器减1；

当所述计数器反馈的当前计数值为负，并且绝对值大于或等于预设的数值时，所述长度门限调整执行模块缩小所述当前的长度门限，并指示所述长度门限设置模块更新所述当前的长度门限。

11.如权利要求10所述的汇聚控制装置，其特征在于，所述长度门限调整执行模块进一步用于：

当负载处于增加趋势时，且所述计数器反馈的当前计数值为正，并且小于预设的数值时，所述长度门限调整执行模块根据所述计数值对应的概率随机决定是否增大所述当前长度门限；

当为负载处于减少趋势时，且所述计数器反馈的当前计数值为负，并且绝对值小于预设的数值时，所述长度门限调整执行模块根据所述计数值对应的概率随机决定是否缩小所述当前长度门限。

12.如权利要求10或11所述的汇聚控制装置，所述长度门限调整执行模块进一步用于：

对所述当前的长度门限进行调整后，指示所述计数器归零重置。

13.一种通信设备，用作光突发网络的边缘节点，其特征在于，包括：数据包分类器、多个缓存队列、多个汇聚控制装置和调度模块；

所述数据包分类器根据数据包的目的地址和/或优先级进行分类，发送到相应的缓存队列中；

所述缓存队列接收到数据包后，更新当前的队列长度，并将当前的队列长度发送给对应的所述汇聚控制装置；

所述汇聚控制装置根据预设的最大汇聚时延和当前的长度门限控制缓存队列中的数据包是否汇聚成突发包发送，以及将汇聚时间和预先设定的时间门限比较，判断所述缓存队列中负载的变化趋势；

若负载处于增加趋势，且负载处于增加趋势时未加大长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述汇聚控制装置加大长度门限并更新当前的长度门限；

若负载处于减少趋势，且负载处于减少趋势时未缩小长度门限的连续次数大于或等于预先设定的数值时，所述汇聚控制装置缩小长度门限并更新当前长度门限；

所述调度模块采用一定的调度策略将所述缓存队列送来的所述突发包调度到合适的信道上进行传输。

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