CN101729941A - 用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统 - Google Patents

Abstract

一种用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，包括一条包含N个节点的单向光总线，N≥3，且N为自然数，所述单向光总线包括一个召集节点，N-2个中间节点和一个终止节点；光总线上节点业务类型包括面向连接的信息；常规数据信息息；以及具有突发特性的数据信息；还包括：光总线上容量资源分配模块、光总线上剩余容量资源的抢占模块和服务周期总时隙分配模块。本发明提供一种能改善光总线网络中容量资源和接入时延分配的公平性的策略，让位于一条光总线上的所有节点(用户)公平分享其容量资源，并同时满足各自接入时延要求。

Description

用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统

技术领域

本发明属于光纤通信网络领域中的网络资源共享系统，适用于对光总线网络中的容量资源进行公平性分配的场合。

背景技术

近年来，随着数据类通信业务量的爆炸式增长，底层光通信网络支持的业务类型也发生了很大变化，从原来主要支持面向连接的声音信息、到目前以支持数据信息和突发类数据信息为主。而近年来光纤传输技术、交换技术以及光电子器件技术的长足进展，使得单个光纤通信信道传输的容量越来越大、速率越来越高，由原来的单信道2.5Gb/s、到目前的单信道10Gb/s，预计单信道40Gb/s亦可在不久的将来获得商用。在这样的情况下，如果再延用波长路由光通信网络中光路(lightpath)建立和释放方式(即根据用户的请求，为该用户建立一条专有光路，当该用户信息传输完毕后，即刻释放该光路)，可能会浪费大量的容量资源，因为在大部分情况下传输一个用户信息所需要的容量要比一条光路的容量小得多。鉴于此，2003年提出了可由多个用户共享一条光路容量的单向光总线网络。

一条单向传输的光总线，由于损耗的限制一般只能支持有限数目的节点。光总线的第一个节点称为召集节点，最后一个节点称为终止节点。其结构特点是上游节点的优先级高于下游节点，即上游节点具有使用该光总线容量的优先权。其优点是一旦一条光总线建立，该光总线上的所有节点都可以接入它并传送信息，接入方式不同于光路(Lightpath)的建立和释放，光总线上的各个节点以时分复用方式接入，一个时隙(slot)只能有一个节点传输信息。因此当光总线上的一个节点向另一个节点传送信息时，节点硬件(比如光开关)无需重置。其缺点是一旦上游节点有大量信息(特别是突发类信息)需要传输，会出现下游节点无机会使用该光总线的情况(称“下游饿死”)。因此在光总线网中容量资源分配的公平性策略是非常重要的，与此相关地，满足光总线网中各节点的最大接入时延要求也非常重要。

由于单向光总线网是近年来提出的新型光通信网络结构，目前该领域研究主要集中在其网络结构，光总线的建立、取消、扩展、压缩，控制协议等方面，涉及光总线网资源分配公平性策略的研究非常少。与本发明最接近的现有技术是一种单向光总线网的技术方案(A.Gumaste and I.Chlamtac，Journal of Optical Networking，vol.3，No.5，pp261-281，2004)。主要涉及一种单向光总线网的结构、控制协议、光学特性、网络性能分析和评估，并不针对资源分配公平性策略。因此并不能解决对于单向光总线网络而言至关重要的技术问题，即位于光总线上的所有节点(用户)公平分享其容量资源并同时满足各自接入时延要求的问题。

发明内容

为了克服已有技术的单向光总线网络控制策略的不能很好地解决位于光总线上的所有节点公平分享其容量资源、无法满足各自接入时延要求的不足，本发明提出一种能改善光总线网络中容量资源和接入时延分配的公平性的策略，以达到让位于一条光总线上的所有节点(用户)公平分享其容量资源，并同时满足各自接入时延要求的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，包括一条包含N个节点的单向光总线，N≥3，且N为自然数，所述单向光总线包括一个召集节点，N-2个中间节点和一个终止节点；光总线上节点业务类型包括面向连接的信息，即F类型信息；常规数据信息，即D类型信息；以及具有突发特性的数据信息，即B类型信息；所述新型公平性资源分配系统还包括：

光总线上容量资源分配模块，用于设定光总线能提供的总容量为C，计算第1至第(N-1)节点的总的容量需求

和剩余容量 $R=C-\underset{i}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_i+D_i),$ 其中i为节点序号，F_i为第i个节点发送F类型信息所需求的容量，D_i为第i个节点发送D类型信息所需求的容量；所述剩余容量R按照平均分配的原则分配到各个节点，各节点在一个服务周期内被允许使用的额定容量为A_i＝F_i+D_i+R/(N-1)，一个节点实际使用的容量小于其额定容量时，视为正常使用该光总线的容量；一个节点实际使用的容量大于其额定容量时，视为抢占该光总线的剩余容量；

光总线上剩余容量资源的抢占模块，用于当剩余容量R为正值时，允许光总线上各个节点抢占剩余容量资源，初始状态的抢占优先级按照节点的顺序指定，节点1优先级最高为1，依次降低，节点2优先级为2，直至节点(N-1)优先级为(M-1)，M为自然数，当上游节点抢占之后再实施抢占的优先级降低(M-2)；

服务周期总时隙分配模块，用于定义S_i是针对第1至第(N-1)节点中每个节点而言计算得出的一个服务周期的总时隙数，其中i为节点号，为了保证第1至第(N-1)节点中每个节点的最大接入时延要求，S_i计算公式如下：

节点1：S₁-F₁*S₁≤S_Max，1

节点(N-1)： $\left[\underset{j=1}{\overset{N-2}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_{N-1}+R*S_{N-1}+D_{N-1}*S_{N-1}\≤S_{\mathrm{Max},(N-1)}$

节点2至节点(N-2)： $S_i-\left(\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j\right)*S_i+\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_i+R*S_i\≤S_{\mathrm{Max},i}$

所述服务周期总时隙S取上述计算所得的S_i中的最小值，即S＝min(S_i)。

进一步，在一个服务周期内，信息传送的执行过程为：

步骤1：召集节点向除终止节点外的所有节点广播容量分配方案，以及剩余容量的分配原则；

步骤2：节点1开始传送信息，首先发送F类型信息。

步骤3：F类信息发送完毕后，节点1检查自己的缓存器(buffer)中是否有B类型信息，如果没有B类型信息，跳过步骤4至6，直接执行步骤7；如果有B类信息，执行步骤4。

步骤4：首先进行条件判断，当(D_i+B_i)＜(A_i-F_i)，执行步骤5；当(A_i-F_i)＜(D_i+B_i)≤(D_i+R)，跳过步骤5，直接执行步骤6；当(D_i+B_i)＞(D_i+R)，跳过步骤5和步骤6，直接执行步骤7。

步骤5：发送D类型信息和B类型信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息(message)，信息格式如下：

节点号(i)

Ai

R′＝Fi+Di+R-节点i实际使用的容量

p＝p

其中R′为新的剩余容量，是留给节点2的可用剩余容量，只能为正值或者为零，p为优先级标识符。然后跳过步骤6和步骤7，直接执行步骤8。

步骤6：发送D类型信息和B类型信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息，

节点号(i)

Ai

R′＝Fi+Di+R-节点i实际使用的容量

p＝p+M-2

然后跳过步骤7，直接执行步骤8。

步骤7：发送D类型信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息。

节点号(i)

Ai

R′＝Fi+Di+R-节点i实际使用的容量

p＝p

步骤8：节点2执行过程与节点1相同，直至节点(N-1)，完成一个服务周期，然后开始新一轮的需求申请。

再进一步，所述新型公平性资源分配系统还包括：

容量使用公平性评价模块，用于评价单个节点的容量使用公平性，其表达式为：

$f\left(i\right)=(F_i^a+D_i^a+B_i^a)/(F_i+D_i),$

其中，F_i ^a、D_i ^a和B_i ^a分别代表节点i发送F类型信息、D类型信息和B类信息所占用的容量。

或者是：所述新型公平性资源分配系统还包括：

容量使用公平性评价模块，用于评价单个节点的容量使用公平性，其表达式为：

$f\left(i\right)=(F_i^a+D_i^a+B_i^a)/\underset{j=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)$

其中，F_i ^a、D_i ^a和B_i ^a分别代表节点i发送F类型信息、D类型信息和B类信息所占用的容量。

更进一步，所述新型公平性资源分配系统还包括：

接入时延公平性评价模块，用于评价接入时延的公平性，其表达式为：

ΔT＝T_r-T_a，其中T_r是节点申请的最大接入时延、T_a是该节点的实际时延，节点i的实际时延T_a，i为：

$T_{a,i}=S_k-S_k*{\left[\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{K-\mathrm{cycle}}+S_{k+1}*{\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{(K+1)-\mathrm{cycle}},$

表示一个节点离开该光总线的时刻与紧接着的服务周期再次进入该光总线的时刻的差值，其中K-cycle表示第K个服务周期，S_k是第K个服务周期的总时隙。

在所述光总线上剩余容量资源的抢占模块中，所述抢占发生在节点有B类型信息、且该B类型信息突发包尺寸大并对时延敏感的情况。

当一个节点连续两个服务周期都有B类型信息，所述一个节点在(M-2)服务周期内能抢占一次，通过在接下去一轮服务周期中申请增加其服务需求继续抢占。

本发明的技术构思为：提出了一种用于光总线网络的新型公平性资源分配策略，所述新型公平性资源分配策略包括由一个召集节点，(N-2)个中间节点，一个终止节点构成的一条包含N个节点的单向光总线；光总线上节点业务类型的定义和分类方案；光总线上容量资源的分配方案，光总线上剩余容量资源的抢占方案，一个服务周期总时隙的分配方案；一个服务周期内信息传送的执行过程；光总线容量资源和时延分配公平性的评价方案共同组成。

本发明的有益效果主要表现在：1、能改善光总线网络中容量资源在各个节点之间分配的公平性；2、并能同时满足光总线上各个节点的最大接入时延的要求；以达到让位于一条光总线上的所有节点(用户)公平分享其容量资源并同时满足各自接入时延要求的目的，推进光总线网络的实际应用。

附图说明

图1是本发明4个节点光总线单个节点的容量使用公平性模拟计算结果示意图，其中，横坐标Node表示节点，纵坐标Fairness表示公平性。

图2是本发明4个节点光总线绝对容量使用公平性模拟计算结果示意图，其中，横坐标Node表示节点，纵坐标Fairness表示公平性。

图3是本发明4个节点光总线当F类信息容量固定，B类信息比重B_i在区间[0，0.02]取值时，D类信息的取值范围计算结果示意图，其中，横坐标D class info表示D类信息，纵坐标Fairness表示公平性。

图4是本发明4个节点光总线当F类信息容量固定，B类信息比重B_i在区间[0，0.1]取值时，D类信息的取值范围计算结果示意图，其中，横坐标D class info表示D类信息，纵坐标Fairness表示公平性。

图5是本发明6个节点光总线单个节点的容量使用公平性模拟计算结果示意图，其中，横坐标Node表示节点，纵坐标Fairness表示公平性。

图6是本发明6个节点光总线绝对容量使用公平性模拟计算结果示意图，其中，横坐标Node表示节点，纵坐标Fairness表示公平性。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

参照图1和图2，一种用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，包括一条包含N个节点的单向光总线，N≥3，且N为自然数，所述单向光总线包括一个召集节点，N-2个中间节点和一个终止节点；光总线上节点业务类型包括面向连接的信息，即F类型信息；常规数据信息，即D类型信息；以及具有突发特性的数据信息，即B类型信息；所述新型公平性资源分配系统还包括：

光总线上容量资源分配模块，用于设定光总线能提供的总容量为C，计算第1至第(N-1)节点的总的容量需求

和剩余容量 $R=C-\underset{i}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_i+D_i),$ 其中i为节点序号，F_i为第i个节点发送F类型信息所需求的容量，D_i为第i个节点发送D类型信息所需求的容量；所述剩余容量R按照平均分配的原则分配到各个节点，各节点在一个服务周期内被允许使用的额定容量为A_i＝F_i+D_i+R/(N-1)，一个节点实际使用的容量小于其额定容量时，视为正常使用该光总线的容量；一个节点实际使用的容量大于其额定容量时，视为抢占该光总线的剩余容量；

光总线上剩余容量资源的抢占模块，用于当剩余容量R为正值时，允许光总线上各个节点抢占剩余容量资源，初始状态的抢占优先级按照节点的顺序指定，节点1优先级最高为1，依次降低，节点2优先级为2，直至节点(N-1)优先级为(M-1)，M为自然数，当上游节点抢占之后再实施抢占的优先级降低(M-2)；

服务周期总时隙分配模块，用于定义S_i是针对第1至第(N-1)节点中每个节点而言计算得出的一个服务周期的总时隙数，其中i为节点号，为了保证第1至第(N-1)节点中每个节点的最大接入时延要求，S_i计算公式如下：

节点1：S₁-F₁*S₁≤S_Max，1

节点(N-1)： $\left[\underset{j=1}{\overset{N-2}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_{N-1}+R*S_{N-1}+D_{N-1}*S_{N-1}\≤S_{\mathrm{Max},(N-1)}$

节点2至节点(N-2)： $S_i-\left(\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j\right)*S_i+\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_i+R*S_i\≤S_{\mathrm{Max},i}$

所述服务周期总时隙S取上述计算所得的S_i中的最小值，即S＝min(S_i)。

本实施例的一种用于新型光总线网络的公平性资源分配策略，包括由一个召集节点，(N-2)个中间节点，一个终止节点构成的一条包含N个节点的单向光总线；光总线上节点业务类型的定义和分类方案；光总线上容量资源的分配方案，光总线上剩余容量资源的抢占方案，一个服务周期总时隙的分配方案；以及一个服务周期内信息传送的执行过程；光总线容量资源和时延分配公平性的评价方案共同组成。

所述一条单向光总线上的终止节点是该光总线上的最后一个节点，终止节点并无用户信息需要发送，因此设定其为该光总线的控制节点，负责收集前(N-1)个节点发来的需求信息，并执行容量分配方案的计算，以及对前(N-1)个节点行为的监控。通过单独的控制信道向召集节点发送控制信息。

所述一条单向光总线上的召集节点是该光总线上的第一个节点，每一个服务周期开始时，先确定本节点的需求容量和需求最大接入时延并将其发送给终止节点；通过单独的控制信道接收终止节点发来的控制信息，并通过广播的方式向其下游发送给(N-2)个中间节点。

所述一条单向光总线上的(N-2)个中间节点在每一个服务周期开始时，先确定各自节点的需求容量和需求最大接入时延并将其发送给终止节点；接收召集节点以广播方式发来的控制信息。

所述光总线上节点业务类型包括面向连接的信息(F类型)，常规数据信息(D类型)和具有突发特性的数据信息(B类型)。

所述面向连接的信息(F类型)可以看作静态信息，占用容量很小，一般节点(用户)申请多少就会使用多少。

所述常规数据信息(D类型)可以看成半动态信息，指节点基本可以预测到的需求，节点根据以往的经验为其申请容量，但实际使用的容量可能比申请的容量小、也可能比申请的容量大。

所述具有突发特性的数据信息(B类型)可以看成是动态信息，是指那些不固定的、突然到达节点的需求，节点不为其申请容量，只能使用光总线每一个服务周期的剩余容量。

所述光总线上容量资源按照下列分配方案分配到第1至第(N-1)节点：假设光总线能提供的总容量为C，计算第1至第(N-1)节点的总的容量需求

和剩余容量 $R=C-\underset{i}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_i+D_i),$ 其中i为节点序号，F_i为第i个节点发送F类型信息所需求的容量，D_i为第i个节点发送D类型信息所需求的容量。

所述光总线上各个节点申请的需求容量按申请容量多少付费；所述光总线上的剩余容量视为各个节点的共有资源，无需付费。

所述剩余容量R可正可负，正值说明需求小于该光总线所能提供的容量、负值说明需求大于该光总线所能提供的容量。出现连续两个服务周期需求容量大于该光总线所能提供的容量时，则需考虑建立新的光总线。

所述剩余容量R按照平均分配的原则分配到各个节点，因此各节点在一个服务周期内被允许使用的额定容量为A_i＝F_i+D_i+R/(N-1)，一个节点实际使用的容量小于其额定容量时，视为正常使用该光总线的容量；一个节点实际使用的容量大于其额定容量时，视为抢占该光总线的剩余容量。

所述光总线上剩余容量资源的抢占方案如下：当R为正值时，允许光总线上各个节点抢占剩余容量资源R。初始状态的抢占优先级按照节点的顺序指定，节点1优先级最高为1，依次降低，节点2优先级为2，直至节点(N-1)优先级为(M-1)，因此上游节点有实施抢占的优势，但抢占之后实施抢占的节点的优先级降低(M-2)，也就是说在接下去的(M-2)个服务周期内，该节点不再被允许实施抢占。

所述抢占一般发生在节点有B类信息、且该B类信息突发包尺寸大并对时延敏感的情况。如果一个节点连续两个服务周期都有这样的突发信息，而它在(M-2)服务周期内只能抢占一次，则它可以通过在接下去一轮服务周期中申请增加其服务需求(即增加付费)的方式解决该问题，这也体现了容量分配的公平性。

所述一个服务周期总时隙的分配方案，是指一个服务周期内第1至第(N-1)节点各自被分配的服务时隙数，对于以时分复用方式接入的光总线网来说，光总线的总容量可以用时隙来表征，因此一个服务周期的总时隙S与该光总线的总容量C是相关的。定义S_i是针对第1至第(N-1)节点中每个节点而言计算得出的一个服务周期的总时隙数，其中i为节点号，为了保证第1至第(N-1)节点中每个节点的最大接入时延要求，S_i计算公式如下：

节点1：S₁-F₁*S₁≤S_Max，1

节点(N-1)： $\left[\underset{j=1}{\overset{N-2}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_{N-1}+R*S_{N-1}+D_{N-1}*S_{N-1}\≤S_{\mathrm{Max},(N-1)}$

节点2至节点(N-2)： $S_i-\left(\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j\right)*S_i+\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_i+R*S_i\≤S_{\mathrm{Max},i}$

为了保证所有节点的最大接入时延要求都能得到满足，所述服务周期总时隙S取上述计算所得的S_i中的最小值，即S＝min(S_i)

所述最大时延是针对节点而言的，指一个节点两次接入该光总线的时间差不能大于该节点申请的需求最大时延。

所述一个服务周期内信息传送的执行过程步骤如下：

步骤1：召集节点向除终止节点外的所有节点广播容量分配方案，以及剩余容量的分配原则；

步骤2：节点1开始传送信息，首先发送F类信息。

步骤3：F类信息发送完毕后，节点1检查自己的缓存器(buffer)中是否有B类信息，如果没有B类信息，跳过步骤4至6，直接执行步骤7；如果有B类信息，执行步骤4。

步骤4：首先进行条件判断，当(D_i+B_i)＜(A_i-F_i)，执行步骤5；当(A_i-F_i)＜(D_i+B_i)≤(D_i+R)，跳过步骤5，直接执行步骤6；当(D_i+B_i)＞(D_i+R)，跳过步骤5和步骤6，直接执行步骤7。

步骤5：发送D类和B类信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息(message)，信息格式如下：

节点号(i)

Ai

R′＝Fi+Di+R-节点i实际使用的容量

p＝p

其中R′为新的剩余容量，是留给节点2的可用剩余容量，只能为正值或者为零，p为优先级标识符。然后跳过步骤6和步骤7，直接执行步骤8。

步骤6：发送D类和B类信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息，

节点号(i)

Ai

R′＝Fi+Di+R-节点i实际使用的容量

p＝p+M-2

然后跳过步骤7，直接执行步骤8。

步骤7：发送D类信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息。

节点号(i)

Ai

R′＝Fi+Di+R-节点i实际使用的容量

p＝p

步骤8：节点2执行过程与节点1相同，直至节点(N-1)，完成一个服务周期，然后开始新一轮的需求申请。

所述光总线容量资源和时延分配公平性的评价方案包括容量使用公平性评价准则和接入时延公平性评价准则。所述公平性具体定义为只要一个节点申请的容量得到保证、申请的最大接入时延得到保证、并具有与其他节点等同的机会使用剩余容量，则该节点就认为网络提供服务是公平的。

所述容量使用公平性评价准则一种情况表述为 $f\left(i\right)=(F_i^a+D_i^a+B_i^a)/(F_i+D_i),$ 用来评价单个节点的容量使用公平性，其中F_i ^a、D_i ^a和B_i ^a分别代表节点i发送F类、D类和B类信息所占用的容量；另一种情况表述为 $f\left(i\right)=(F_i^a+D_i^a+B_i^a)/\underset{j=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j),$ 表示在一个服务周期内，每个节点接入F类、D类和B类业务信息占用容量之和与所有节点接入F类、D类和B类业务信息所占用容量之和的比值，表示的是该光总线绝对容量使用公平性。

所述接入时延公平性评价准则表述为ΔT＝T_r-T_a，其中T_r是节点申请的最大接入时延、T_a是该节点的实际时延。节点i的实际时延T_a，i为 $T_{a,i}=S_k-S_k*{\left[\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{K-\mathrm{cycle}}+S_{k+1}*{\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{(K+1)-\mathrm{cycle}},$ 表示一个节点离开该光总线的时刻与紧接着的服务周期再次进入该光总线的时刻的差值，其中K-cycle表示第K个服务周期，S_k是第K个服务周期的总时隙。

本实施例中光总线节点数目N＝4，光总线总容量C＝1，F_i＝0.05，D_i＝0.1，B_i在[0，0.1]，[0.1，0.15]，[0.15，0.2]之间取随机值，评价其单个节点的容量使用公平性，得到附图1所示的结果，评价该光总线绝对容量使用公平性，得到附图2所示的结果，可见当F类和D类信息占总容量比重固定为F_i＝0.05，D_i＝0.1时，B类信息比重超过0.15，则4个节点的光轨只能正常传输前2个节点的突发容量需求，因此B_i要在0.15以内。

实施例2：

参照图3和图4，本实施例中D_i在区间[0.1，0.3]之间线性变化，B_i取不同值，其他参数与实施例1相同，评价其单个节点的容量使用公平性，当B_i＝0.02时得到附图3所示的结果，当B_i＝0.1时得到附图4所示的结果，可见当F类信息占总容量比重固定为F_i＝0.05，B类信息比重B_i在区间[0，0.1]取值时，为保证所有节点的B类信息都能顺利发出，D_i应在0.2以内取值。

本实施例的其他结构和工作过程均与实施例1相同。

实施例3：

参照图5和图6，本实施例中光总线节点数目N＝6，D_i＝0.1，B_i在[0，0.05]、[0.05，0.1]、[0.1，0.15]、[0.15，0.2]之间取随机值，其他参数与实施例1相同，评价其单个节点的容量使用公平性，得到附图5所示的结果，评价该光总线绝对容量使用公平性，得到附图6所示的结果，可见当F类和D类信息占总容量比重固定为F_i＝0.05，D_i＝0.1时，B类信息比重在0.05以内时，6个节点的光轨能正常传输所有节点的突发容量需求。

本实施例的其他结构和工作过程均与实施例1相同。

Claims (8)

1.一种用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，包括一条包含N个节点的单向光总线，N≥3，且N为自然数，所述单向光总线包括一个召集节点，N-2个中间节点和一个终止节点；光总线上节点业务类型包括面向连接的信息，即F类型信息；常规数据信息，即D类型信息；以及具有突发特性的数据信息，即B类型信息；其特征在于：所述新型公平性资源分配系统还包括：

光总线上容量资源分配模块，用于设定光总线能提供的总容量为C，计算第1至第N-1节点的总的容量需求和剩余容量 $R=C-\underset{i}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_i+D_i),$ 其中i为节点序号，F_i为第i个节点发送F类型信息所需求的容量，D_i为第i个节点发送D类型信息所需求的容量；所述剩余容量R按照平均分配的原则分配到各个节点，各节点在一个服务周期内被允许使用的额定容量为A_i＝F_i+D_i+R/(N-1)，一个节点实际使用的容量小于其额定容量时，视为正常使用该光总线的容量；一个节点实际使用的容量大于其额定容量时，视为抢占该光总线的剩余容量；

光总线上剩余容量资源的抢占模块，用于当剩余容量R为正值时，允许光总线上各个节点抢占剩余容量资源，初始状态的抢占优先级按照节点的顺序指定，节点1优先级最高为1，依次降低，节点2优先级为2，直至节点N-1优先级为M-1，M为自然数，当上游节点抢占之后再实施抢占的优先级降低M-2；

服务周期总时隙分配模块，用于定义S_i是针对第1至第N-1节点中每个节点而言计算得出的一个服务周期的总时隙数，其中i为节点号，为了保证第1至第N-1节点中每个节点的最大接入时延要求，S_i计算公式如下：

节点1：S₁-F₁*S₁≤S_Max,1

节点N-1： $\left[\underset{j=1}{\overset{N-2}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_{N-1}+R*S_{N-1}+D_{N-1}*S_{N-1}\≤S_{\mathrm{Max},(N-1)}$

节点2至节点N-2： $S_i-\left(\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j\right)*S_i+\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j)\right]*S_i+R*S_i\≤S_{\mathrm{Max},i}$

所述服务周期总时隙S取上述计算所得的S_i中的最小值，即S＝min(S_i)。

2.如权利要求1所述的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，其特征在于：在一个服务周期内，信息传送的执行过程为：

步骤1：召集节点向除终止节点外的所有节点广播容量分配方案，以及剩余容量的分配原则；

步骤2：节点1开始传送信息，首先发送F类型信息。

步骤3：F类信息发送完毕后，节点1检查自己的缓存器中是否有B类型信息，如果没有B类型信息，跳过步骤4至6，直接执行步骤7；如果有B类信息，执行步骤4。

步骤4：首先进行条件判断，当(D_i+B_i)＜(A_i-F_i)，执行步骤5；当(A_i-F_i)＜(D_i+B_i)≤(D_i+R)，跳过步骤5，直接执行步骤6；当(D_i+B_i)＞(D_i+R)，跳过步骤5和步骤6，直接执行步骤7。

步骤5：发送D类型信息和B类型信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息，信息格式如下：

  节点号i   A_i   R′＝F_i+D_i+R-节点i实际使用的容量 p＝p

其中R′为新的剩余容量，是留给节点2的可用剩余容量，只能为正值或者为零，p为优先级标识符。然后跳过步骤6和步骤7，直接执行步骤8。

步骤6：发送D类型信息和B类型信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息，

 节点号i   A_i   R′＝F_i+D_i+R-节点i实际使用的容量   p＝p+M-2

然后跳过步骤7，直接执行步骤8。

步骤7：发送D类型信息直到缓存器为空，并向节点2发送信息。

 节点号i   A_i   R′＝F_i+D_i+R-节点i实际使用的容量   p＝p

步骤8：节点2执行过程与节点1相同，直至节点N-1，完成一个服务周期，然后开始新一轮的需求申请。

3.如权利要求1或2所述的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，其特征在于：所述新型公平性资源分配系统还包括：

容量使用公平性评价模块，用于评价单个节点的容量使用公平性，其表达式为：

$f\left(i\right)=(F_i^a+D_i^a+B_i^a)/(F_i+D_i),$

其中，F_i ^a、D_i ^a和B_i ^a分别代表节点i发送F类型信息、D类型信息和B类信息所占用的容量。

4.如权利要求1或2所述的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，其特征在于：所述新型公平性资源分配系统还包括：

容量使用公平性评价模块，用于评价单个节点的容量使用公平性，其表达式为：

$f\left(i\right)=(F_i^a+D_i^a+B_i^a)/\underset{j=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)$

其中，F_i ^a、D_i ^a和B_i ^a分别代表节点i发送F类型信息、D类型信息和B类信息所占用的容量。

5.如权利要求1或2所述的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，其特征在于：所述新型公平性资源分配系统还包括：

接入时延公平性评价模块，用于评价接入时延的公平性，其表达式为：

ΔT＝T_r-T_a，其中T_r是节点申请的最大接入时延、T_a是该节点的实际时延，节点i的实际时延T_a，i为：

$T_{a,i}=S_k-S_k*{\left[\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{K-\mathrm{cycle}}+S_{k+1}*{\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{(K+1)-\mathrm{cycle}}$

表示一个节点离开该光总线的时刻与紧接着的服务周期再次进入该光总线的时刻的差值，其中K-cycle表示第K个服务周期，S_k是第K个服务周期的总时隙。

6.如权利要求4所述的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，其特征在于：所述新型公平性资源分配系统还包括：

接入时延公平性评价模块，用于评价接入时延的公平性，其表达式为：

ΔT＝T_r-T_a，其中T_r是节点申请的最大接入时延、T_a是该节点的实际时延，节点i的实际时延T_a，i为：

$T_{a,i}=S_k-S_k*{\left[\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{K-\mathrm{cycle}}+S_{k+1}*{\left[\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(F_j+D_j+B_j)\right]}_{(K+1)-\mathrm{cycle}},$

表示一个节点离开该光总线的时刻与紧接着的服务周期再次进入该光总线的时刻的差值，其中K-cycle表示第K个服务周期，S_k是第K个服务周期的总时隙。

7.如权利要求1或2所述的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，其特征在于：在所述光总线上剩余容量资源的抢占模块中，所述抢占发生在节点有B类型信息、且该B类型信息突发包尺寸大并对时延敏感的情况。

8.如权利要求7所述的用于单向光总线网络的新型公平性资源分配系统，其特征在于：当一个节点连续两个服务周期都有B类型信息，所述一个节点在M-2服务周期内能抢占一次，通过在接下去一轮服务周期中申请增加其服务需求继续抢占。

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