CN101599905B - 一种实现流量整形令牌添加的方法、装置及系统 - Google Patents

一种实现流量整形令牌添加的方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现流量整形令牌添加的方法，该方法包括：A、为每个数据流配置整形速率并转换为整形权重，根据所述数据流的整形权重将各个数据流添加到加权公平排队(WFQ)令牌分发模块中；在步骤A进行的同时，计算得到最新的空余流权重；B、根据所述空余流权重，将空余流添加到WFQ令牌分发模块；C、WFQ令牌分发模块根据所设置的间隔为各个数据流或空余流添加令牌。本发明还公开了相应的装置及系统，本发明通过为不同的数据流配置相应的整形速率及整形权重的方式，为各数据流及空余流添加令牌，实现了对多个数据流进行整形，且获得了良好的效果。

Description

一种实现流量整形令牌添加的方法、装置及系统
技术领域
本发明属于数据通信领域，具体涉及一种实现流量整形令牌添加的方法、装置及系统。 
背景技术
随着网络的发展，共享介质的传输方式成为网络的主流。由于其统计复用特性，共享介质的网络技术成本较低。然而，当希望这些共享介质的传输方式能够提供与老式的时分复用(TDM，Time Division Multiplex andMultiplexer)网络相同的服务等级的时候，将会面临着诸多的困难。一个连接的服务等级可以从连接的有效性、连接的时延、连接的带宽这三个方面进行定义；这三个方面决定了一个服务的质量如何。通常，由于连接的有效性依赖于网络的物理连接，所以路由和交换在连接的有效性上扮演着更重要的角色。而流量管理系统则在控制连接的时延和带宽方面扮演着重要的角色，从而影响了一个连接的服务质量(QoS)。 
确保服务质量却要从多个方面着手才能够实现。一个流量管理系统应该具有的功能主要包括：分类、流量监管、调度、流量整形、统计。 
流量管理系统的第一个任务就是对到达的数据包进行分类。对于流量管理来说，这项任务的目的是确定应用到数据包上的行为。分类器在数据包的起始处添加标签(或者称为描述符)，流量管理系统使用这个标签来识别数据流。 
流量监管用来确保包速率在与客户所签订的服务等级约定所设定的范围之内。 
当流量管理系统接受了一个流量后，需要对数据包或信元进行流量整形以确保它们满足下游网络的要求并且不会引起拥塞。 
当包或信元进入流量管理系统的时候，需要将它们按某种规则保留在一个大的缓冲区内，然后在转发的时候由调度器进行调度。调度器应确保数据包以最优化的顺序进行转发。 
流量管理系统还可以为接收和发送的数据包维护一个统计信息，这些统计信息既可以用于计费，也可以用于故障诊断。 
流量整形是指数据包在一个协商的速率上转发以遵守与下游设备的约定，平滑流量的输出，降低下游的拥塞。对于数据包业务，流量管理系统通常使用令牌桶。令牌以常量速率注入到桶当中，每一个转发的数据包分段都会消耗一个令牌。这种机制能够控制平均速率，又允许存在短期的突发流量。 
在流量整形中，如何为大量的不同的数据流实现令牌的添加是影响到流量整形效果的关键因素，而现有技术中缺乏相应的解决机制。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何实现不同速率的具有流量整形功能的流量管理系统中令牌的添加。 
为了解决上述问题，本发明提供了一种实现流量整形令牌添加的方法，该方法包括： 
A、为每个数据流配置整形速率并转换为整形权重，根据所述数据流的整形权重将各个数据流添加到加权公平排队WFQ令牌分发模块中； 
在步骤A进行的同时，计算得到最新的空余流权重； 
B、根据所述空余流权重，将空余流添加到WFQ令牌分发模块； 
C、WFQ令牌分发模块根据所设置的间隔为各个数据流或空余流添加令牌； 
所述计算得到最新的空余流整形权重是：将所述数据流的整形速率转换为所述数据流的整形权重，使用空余流权重减去所述数据流的整形权重得到新的空余流整形权重。 
步骤A之前还包括，将空余流整形速率设置为流量管理系统最大速率， 将空余流对应的整形速率转换为权重，此时空余流具有最大的整形权重。 
步骤C中，各个数据流或者空余流得到的令牌个数由其整形权重决定。 
步骤C之后还包括：当某个数据流得到一个整形令牌后，根据该整形令牌所对应的整形字节数，得到该数据流相应的整形字节数。 
本发明还提供了一种实现流量整形令牌添加的装置，该装置包括配置模块、空余流模块、WFQ令牌分发模块及数据流信息存储模块，其中， 
配置模块，用于为每个数据流配置整形速率并转换为整形权重，根据所述数据流的整形权重将各个数据流添加到加权公平排队WFQ令牌分发模块中； 
空余流模块，当接收到配置模块所配置的数据流整形权重时，将当前的空余流整形权重减去数据流整形权重得到新的空余流整形权重； 
WFQ令牌分发模块，根据各个数据流或者空余流的权重，为各个数据流或空余流分发令牌； 
数据流信息存储模块，用于存储各数据流的权重信息与链表信息，存储各个数据流所接收到的令牌个数。 
该装置还包括令牌产生模块，用于根据流量管理系统的处理能力，按照预先设置的间隔周期性产生一个令牌，将令牌传递给WFQ令牌分发模块。 
所述空余流模块还用于在系统上电后将空余流的整形权重配置为最大值。 
本发明还提供了一种实现流量整形令牌添加的流量管理系统，该系统包括：入队管理模块、队列调度模块、流量整形模块、出队管理模块与缓存模块，其中， 
入队管理模块用于将入队数据的状态信息传递给队列调度模块； 
流量整形模块用于向各个数据流分发整形令牌； 
队列调度模块每调度一个队列，则将该数据包长信息传递给流量整形模块进行整形令牌的计算； 
出队管理模块将队列调度模块调度的数据包从缓存模块中读出。 
所述整形令牌的计算是将已有整形令牌减去所述数据包长。 
本发明通过为不同的数据流配置相应的整形速率及整形权重的方式，为各数据流及空余流添加令牌，实现了对多个数据流进行整形，且获得了良好的效果。 
附图说明
图1为本发明中实现对各个数据流分发整形令牌的方法的流程图； 
图2本发明令牌分发的一个具体应用示例； 
图3为本发明中实现对各个数据流分发整形令牌的装置的结构框图； 
图4为本发明中空余模块中的空余流信息的存储内容及格式； 
图5为本发明中数据流信息存储模块中的数据流信息的存储内容及格式； 
图6为本发明中WFQ令牌分发模块的令牌分发流程图； 
图7为本发明在流量管理系统中的应用框图。 
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。 
图为本发明中实现对各个数据流分发整形令牌的方法的流程图，其中主要实现过程为： 
步骤S100，将空余流整形速率设置为最大值，将空余流的整形速率转换为权重； 
步骤S101，判断系统中的所有数据流是否已经全部配置完成，若全部配置完成则执行步骤S105，否则执行步骤S102； 
步骤S102，配置一个数据流的整形速率，并且将整形速率其转换为整形权重； 
步骤S103，根据数据流的权重将数据流添加到加权公平排队(WFQ， Weighted Fair Queuing)令牌分发模块中； 
步骤S104，将空余流整形权重减去新配置的数据流整形权重，得到新的空余流整形权重，执行步骤S101； 
步骤S105，判断空余流的整形权重是否等于零，若空余流整形权重等于零执行步骤S107，否则执行步骤S106； 
步骤S106，根据最终的空余流权重将空余流添加到WFQ令牌分发模块中； 
步骤S107，使能WFQ令牌分发模块，为数据流或者空余流分发整形令牌，若接收整形令牌的为空余流执行步骤S108，若接收整形令牌的为数据流执行步骤S109 
步骤S108，根据空余流的权重计算空余流在WFQ令牌分发模块中的下一次服务时刻； 
步骤S109，接收到整形令牌的数据流的令牌数加1； 
步骤S110，根据数据流的权重计算数据流在WFQ令牌分发模块中的下一次服务时刻，执行步骤S107，继续为数据流或者空余流分发整形令牌。 
图2为本发明令牌分发的一个具体应用示例，该例子中，系统的带宽为10Gbps，包括有3个数据流(A、B、C)以及空余流(IDLE)，数据流A、B、C的整形带宽都为3Gbps。令牌产生器以间隔T周期产生一个令牌，令牌分发过程为： 
在1T时刻，将令牌分发给数据流A； 
在2T时刻，将令牌分发给数据流B； 
在3T时刻，将令牌分发给数据流C； 
在4T时刻，将令牌分发给空余流IDLE； 
在5T时刻，将令牌分发给数据流A； 
在6T时刻，将令牌分发给数据流B； 
在7T时刻，将令牌分发给数据流C； 
在8T时刻，将令牌分发给数据流A； 
在9T时刻，将令牌分发给数据流B； 
在10T时刻，将令牌分发给数据流C； 
以10T作为一个周期，按照上述步骤，重复令牌的分发，这样数据流A 得到十分之三的令牌，数据流A得到的整形令牌即为3Gbps，同样数据流B、C得到的整形令牌都为3Gbps，空余流消耗了1Gbps的整形令牌。 
令牌产生周期间隔T可根据流量管理系统的带宽与时钟频率进行调整，相同的流量管理系统带宽与时钟频率，不同的间隔T则每个整形令牌可代表不同的令牌字节数。 
相应于上述方法，本发明进而提出了一种实现流量整形令牌的装置，如图3所示，该装置包括配置模块301、空余流模块302、令牌产生模块303、WFQ令牌分发模块304及数据流信息存储模块305，其中， 
配置模块301，用于实现将新添加的数据流的整形速率转换为整形权重，各个数据流的整形权重存储于数据流信息存储模块305，将新增加的数据流根据其权重计算其服务时刻，然后将新增的数据流添加到WFQ令牌分发模块304，同时配置模块301将新增加的数据流的整形权重通知空余流模块302； 
空余流模块302，在系统上电后将空余流的整形权重配置为最大值，当接收到配置模块301所配置的数据流整形权重时，将当前的空余流整形权重减去数据流整形权重得到新的空余流整形权重，同时该模块还存储空余流的WFQ调度链表中的下指针信息。 
令牌产生模块303，根据流量管理系统的处理能力，按照预先设置的间隔周期性产生一个令牌，将令牌传递给WFQ令牌分发模块304以实现令牌的进一步分发； 
WFQ令牌分发模块304，根据各个数据流或者空余流的权重，为各个数据流或空余流分发令牌，该模块以链表的方式管理各个数据流、空余流； 
数据流信息存储模块305，用于存储各个数据流的权重信息与链表信息，以使WFQ令牌分发模块304能够根据链表逐一对各个数据流进行服务与根据权重，同时存储各个数据流所接收到的令牌个数。 
在令牌分发的过程中，数据流与空余流是通过链表相互连接的。 
图4为空余流模块302中的空余流信息的存储内容及格式，空余流的信息包括下指针(NextPtr)，下指针存储的是数据流的序列号，用于指示WFQ令牌分发中，紧接着空余流后应接收令牌的数据流编号；空余流的信息还包 括空余流整形权重(IDLE Weight)，空余流整形权重用于WFQ令牌分发模块计算空余流下一次得到服务的时刻。 
图5为数据流信息存储模块305中的数据流信息的存储内容及格式，数据流的信息包括空余流标记(IDLE Flag)，空余流标记为1的时候表示紧接着此数据流后应接收令牌的为空余流；数据流信息中的下指针(NextPtr)，该参数存储的是数据流的序列号，用于指示WFQ令牌分发中，紧接着此数据流后应接收令牌的数据流编号；数据流信息还包括数据流整形权重(FlowWeight)，该参数用于WFQ令牌分发模块计算空余流下一次得到服务的时刻；数据流信息还包括数据流整形令牌(Flow Token)，用于存储此数据流接收到的令牌个数。 
图6为本发明中WFQ令牌分发模块的令牌分发流程图，令牌分发过程包括以下操作步骤： 
步骤600，使能开始进行令牌分发； 
步骤601，判断WFQ令牌分发模块是否接收到令牌产生模块所产生的模块，若是则执行步骤602，否则继续等待令牌； 
步骤602，取WFQ令牌分发模块的当前指针； 
步骤603，判断当前指针是否指向空余流，若是则执行步骤604，否则执行步骤607； 
步骤604，取空余流整形权重； 
步骤605，根据空余流权重计算其下一个服务时刻； 
步骤606，根据空余流的下一个服务时刻将其连接到某个数据流的下指针，执行步骤611； 
步骤607，为当前指针指向的数据流分发令牌； 
步骤608，取当前对应的数据流整形权重； 
步骤609，根据数据流权重计算其下一个服务时刻； 
步骤610，根据数据流的下一个服务时刻将其连接到某个数据流或者空余流的下指针，执行步骤611； 
步骤611，更新WFQ的当前指针，执行步骤601，继续下一个整形令牌的分发。 
图7为采用本发明实现的流量整形在流量管理系统中的应用框图，该流量管理系统包括模块为：入队管理模块701、队列调度模块702、采用本发明实现的流量整形模块703、出队管理模块704与缓存模块705，各个队列的数据包经过入队管理模块701处理后存储在缓冲模块705中， 
入队管理模块701将入队数据的状态信息传递给队列调度模块702； 
流量整形模块703为各个数据流分发整形令牌，当某个队列在缓存中有数据包且整形令牌为正就能够参与队列调度模块702的调度； 
队列调度模块702每调度一个队列，则将该数据包长信息传递给流量整形模块703进行整形令牌的计算，同时队列调度模块702将调度出来的数据包信息传递给出队管理模块704；所述整形令牌的计算是将已有整形令牌减去所述数据包长； 
出队管理模块704将队列调度模块702调度的数据包从缓存模块705中读出。 
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (9)

1.一种实现流量整形令牌添加的方法，其特征在于，该方法包括：
A、为每个数据流配置整形速率并转换为整形权重，根据所述数据流的整形权重将各个数据流添加到加权公平排队WFQ令牌分发模块中；
在步骤A进行的同时，计算得到最新的空余流权重；
B、根据所述空余流权重，将空余流添加到WFQ令牌分发模块；
C、WFQ令牌分发模块根据所设置的间隔为各个数据流或空余流添加令牌；
所述计算得到最新的空余流整形权重是：将所述数据流的整形速率转换为所述数据流的整形权重，使用空余流权重减去所述数据流的整形权重得到新的空余流整形权重。
2.如权利要求1所述的实现流量整形令牌添加的方法，其特征在于：步骤A之前还包括，将空余流整形速率设置为流量管理系统最大速率，将空余流对应的整形速率转换为权重，此时空余流具有最大的整形权重。
3.如权利要求1所述的实现流量整形令牌添加的方法，其特征在于：步骤C中，各个数据流或者空余流得到的令牌个数由其整形权重决定。
4.如权利要求1所述的实现流量整形令牌添加的方法，其特征在于：步骤C之后还包括：当某个数据流得到一个整形令牌后，根据该整形令牌所对应的整形字节数，得到该数据流相应的整形字节数。
5.一种实现流量整形令牌添加的装置，其特征在于，该装置包括配置模块、空余流模块、WFQ令牌分发模块及数据流信息存储模块，其中，
配置模块，用于为每个数据流配置整形速率并转换为整形权重，根据所述数据流的整形权重将各个数据流添加到加权公平排队WFQ令牌分发模块中；
空余流模块，当接收到配置模块所配置的数据流整形权重时，将当前的空余流整形权重减去数据流整形权重得到新的空余流整形权重；
WFQ令牌分发模块，根据各个数据流或者空余流的权重，为各个数据流或空余流分发令牌；
数据流信息存储模块，用于存储各数据流的权重信息与链表信息，存储各个数据流所接收到的令牌个数。
6.如权利要求5所述的实现流量整形令牌添加的装置，其特征在于，该装置还包括令牌产生模块，用于根据流量管理系统的处理能力，按照预先设置的间隔周期性产生一个令牌，将令牌传递给WFQ令牌分发模块。
7.如权利要求5所述的实现流量整形令牌添加的装置，其特征在于，所述空余流模块还用于在系统上电后将空余流的整形权重配置为最大值。
8.一种实现流量整形令牌添加的流量管理系统，其特征在于，该系统包括：入队管理模块、队列调度模块、流量整形模块、出队管理模块与缓存模块，其中，
入队管理模块用于将入队数据的状态信息传递给队列调度模块；
流量整形模块用于向各个数据流分发整形令牌；
队列调度模块每调度一个队列，则将该数据包长信息传递给流量整形模块进行整形令牌的计算；
出队管理模块将队列调度模块调度的数据包从缓存模块中读出。
9.如权利要求8所述的实现流量整形令牌添加的流量管理系统，其特征在于，所述整形令牌的计算是将已有整形令牌减去所述数据包长。
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