CN102088403A - 一种网络链路动态带宽的计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络链路动态带宽的计算方法及系统，包括：网络侧统计预设时段内网络链路带宽的变化情况，根据统计的网络链路带宽变化情况，设置滑动窗口大小的初始值；网络侧根据设置的滑动窗口大小的初始值和收到的业务带宽需求信息，设置滑动窗口的滑动距离值，通过每隔所述设置的滑动距离值的时间统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。应用本发明，根据用户需求适时的反映链路带宽的动态变化情况，克服了传统网络流量计算方法只能反映固定时间段之间流量变化情况的缺点，实现了窗口大小的自适应调整，计算网络流量更加智能化，计算的网络流量值最优的反映网络流量动态变化情况。

Description

一种网络链路动态带宽的计算方法及系统

技术领域

本发明涉及网络接入控制技术，特别地涉及一种网络链路动态带宽的计算方法及系统。

背景技术

随着网络业务的增长，网络拥塞现象越来越严重，对网络链路进行实时动态监测，获得网络流量，进而根据各个业务的流量进行网络带宽实时分配，这对于网络流量控制将起到非常大的作用。但首先需要准确有效的对网络流量进行计算，传统的网络流量的统计方法是每隔一段时间ΔT统计收到的数据，根据统计结果计算业务流量，但是这种方法只能反映每个固定时间段ΔT之间的变化，不能得到带宽的实时变化情况。

因此当前需要一种可以对网络链路动态带宽进行计算的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种网络链路动态带宽的计算方法及系统，解决了根据网络带宽的实时变化情况计算网络链路动态带宽的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种网络链路动态带宽的计算方法，包括：

网络侧统计预设时段内网络链路带宽的变化情况，根据统计的网络链路带宽变化情况，设置滑动窗口大小的初始值；

网络侧根据设置的滑动窗口大小的初始值和收到的业务带宽需求信息，设置滑动窗口的滑动距离值，通过每隔所述设置的滑动距离值的时间统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

进一步地，上述方法还可包括，所述网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，根据调整后的滑动窗口值统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

进一步地，上述方法还可包括，所述网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，包括：

所述网络侧将进行所述业务的时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差值大于零，则增大该滑动窗口的窗口大小。

进一步地，上述方法还可包括，所述网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，还包括：

所述网络侧将进行所述业务的时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差的收敛值趋近于零时，则判定该滑动窗口的滑动窗口值达到最优，不调整该滑动窗口的滑动窗口值

进一步地，上述方法还可包括，所述样本期望为计算该样本方差为

其中b(i)为每个滑动窗口内获取的网络链路的带宽，i为整数，且0＜i≤n。

本发明还提供了一种网络链路动态带宽的计算系统，包括：统计网络带宽单元、设置滑动窗口单元和计算网络链路带宽单元，其中，

所述统计网络带宽单元，用于统计预设时段内网络链路带宽的变化情况，并将统计后的包括网络链路带宽变化情况的信息发送给所述设置滑动窗口单元；

所述设置滑动窗口单元，用于接收所述统计后的包括网络链路带宽变化情况的信息，根据统计的网络链路带宽变化情况，设置滑动窗口大小的初始值；根据设置的滑动窗口大小的初始值和收到的业务带宽需求信息，设置滑动窗口的滑动距离值，将滑动窗口初始值和设置后的滑动窗口的滑动距离值发送给所述计算网络链路带宽单元；

所述计算网络链路带宽单元，用于接收所述设置滑动窗口单元发送的所述设置后的滑动窗口的滑动距离值和滑动窗口初始值，通过每隔所述设置的滑动距离值的时间统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

进一步地，上述系统还可包括，所述计算网络链路带宽单元，还用于将计算得到的网络链路的带宽发送给所述设置滑动窗口单元；接收所述设置滑动窗口单元发送的调整后的滑动窗口值，根据调整后的滑动窗口值统计网络的流量值，计算网络链路的带宽；

所述设置滑动窗口单元，还用于接收所述计算得到的网络链路的带宽，根据得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，并将调整后的滑动窗口值发送给所述计算网络链路带宽单元。

进一步地，上述系统还可包括，所述设置滑动窗口单元根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，是指：

所述设置滑动窗口单元将进行所述业务的时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差值大于零，则增大该滑动窗口的窗口大小；判断若计算该样本的方差的收敛值趋近于零时，则判定该滑动窗口的滑动窗口值达到最优，不调整该滑动窗口的滑动窗口值。

进一步地，上述系统还可包括，所述设置滑动窗口单元计算的所述样本期望为

所述设置滑动窗口单元计算的该样本方差为其中b(i)为每个滑动窗口内获取的网络链路的带宽，i为整数，且0＜i≤n。

与现有技术相比，应用本发明，在计算网络流量时引入滑动窗口的概念，根据用户需要设置滑动窗口的滑动距离，从而实现网络流量的动态计算，滑动窗口的长度可以根据流量的大小自适应的变化，最后达到最优的窗口尺寸。本发明的方法能根据用户需求适时的反映链路带宽的动态变化情况，克服了传统网络流量计算方法只能反映固定时间段之间流量变化情况的缺点，实现了窗口大小的自适应调整，计算网络流量更加智能化，计算的网络流量值最优的反映网络流量动态变化情况。

附图说明

图1是本发明的网络链路动态带宽的计算方法的流程图；

图2是本发明的滑动窗口的示意图；

图3是本发明的当Δt＝ΔT时滑动窗口的示意图；

图4是本发明的网络链路动态带宽的计算系统的结构示意图；

图5是本发明实例中滑动窗口的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

滑动窗口(sliding-windows)是计算机网络里重要的流控制协议。实际上计算机网络的节点在向另一个节点发送信息的时候并不是每次就发一个帧。为了提高信道的利用率，每次一般都发送一批帧。网络技术中用“窗口大小”代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送的帧个数。随着一组组的帧被成功发送出去，“窗口”不断往后滑动。此时，窗口后面的那些帧就是已经发送并且收到对方确认的的帧，窗口前面的那些帧是正在等待发送出去的帧，而落在窗口内的那些帧就是已发出或允许发送但还未得到对方确认的帧。

本发明在网络流量计算中引入了滑动窗口的思想，改变了传统网络流量计算方法只能反映固定时间段之间的变化情况，根据用户需求实时的反映网络流量的动态变化情况。同时滑动窗口的大小可以根据计算结果进行自适应调整，依据某段时间内n个窗口流量样本方差值的收敛情况，确定该段时间内滑动窗口尺寸的最优值。

如图1所示，本发明的网络链路动态带宽的计算方法，包括以下步骤：

步骤110、网络侧统计预设时段内网络链路带宽的变化情况，根据统计的网络链路带宽变化情况，设置滑动窗口大小的初始值；

网络中链路的带宽是不断变化的，但是其变化存在一定的规律性，例如某段时间内，每天网络的使用情况可以大概分为网络繁忙期、正常期和空闲期三个时段，每周又能用工作日和周末两个时段来简单的表示网络流量的变化情况，因此窗口的最优大小也根据网络流量的变化而不断变化。这样可以根据历史数据简单表示每天、每周的最优窗口的分布情况，当网络侧启动网络流量计算时可以根据当前时段的统计情况设置窗口的初始值。

步骤120、网络侧根据设置的滑动窗口大小的初始值和收到的业务带宽需求信息，设置滑动窗口的滑动距离值，每隔所述设置的滑动距离值的时间统计网络的流量值，计算网络链路的带宽，可以反映网络带宽的动态变化情况；

在步骤120中采用滑动窗口的思想对网络流量实时进行计算。其中将滑动窗口大小设置为ΔT，每次滑动距离根据业务带宽需求信息中用户进行业务对带宽计算频率的需求进行设置，如图2所示，假设为Δt(0＜Δt≤ΔT)，这样就可以每隔Δt时间计算一次网络流量，更能根据上层业务需要反映网络带宽的动态变化情况；

假设某个ΔT时段内传输ΔBbyte的数据，这样就能得到ΔT时间段内网络的平均流量b(t)＝8*ΔB/ΔT(bit/s)，如果ΔT的大小设定的足够小，这样可以从工程上近似计算出某一时间的瞬时流量。当Δt＝ΔT时，就简化为图3所示的情况，这样就等价于传统的计算方法，即每隔固定时间段ΔT统计一次数据。

步骤130、网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，根据调整后的滑动窗口值统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

所述网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，包括：所述网络侧将进行所述业务的某个时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差值大于零(即该样本的方差值的收敛趋势远大于零)，则适当增大该滑动窗口的窗口大小；判断若计算该样本的方差的收敛值趋近于零时，则判定该滑动窗口的滑动窗口值达到最优，无需调整。

值得注意的是：在本发明中，所述网络侧将进行所述业务的某个时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差值大于零(本发明优选的方式“该样本的方差值大于零”)，则适当增大该滑动窗口的窗口大小；判断若计算该样本的方差值等于零(本发明优选的方式“该样本的方差值等于零”，该情况为最理想的情况)时，则判定该滑动窗口的滑动窗口值达到最优，无需调整。

根据计算流量值调整滑动窗口的大小，使滑动窗口大小达到最优。网络流量在一段时间内是相对稳定的，例如某用户进行5分钟的视频传输业务，在5分钟内，取n个相等的时间段，当每段时间足够长时，每个时段流量大小应该是相对稳定的。将每段的时间设置为滑动窗口的尺寸，n个时间段的网络流量值作为样本，如果该样本的方差值大于零，证明滑动窗口设置稍小，需要适当增大滑动窗口的大小；当方差收敛时，滑动窗口尺寸达到最优。

如图4所示，一种网络链路动态带宽的计算系统，包括：统计网络带宽单元、设置滑动窗口单元和计算网络链路带宽单元，其中，

所述统计网络带宽单元，用于统计预设时段内网络链路带宽的变化情况，并将统计后的包括网络链路带宽变化情况的信息发送给所述设置滑动窗口单元；

所述设置滑动窗口单元，用于接收所述统计后的包括网络链路带宽变化情况的信息，根据统计的网络链路带宽变化情况，设置滑动窗口大小的初始值；根据设置的滑动窗口大小的初始值和收到的业务带宽需求信息，设置滑动窗口的滑动距离值，将滑动窗口初始值和设置后的滑动窗口的滑动距离值发送给所述计算网络链路带宽单元；

所述计算网络链路带宽单元，用于接收所述设置滑动窗口单元发送的所述设置后的滑动窗口的滑动距离值和滑动窗口初始值，通过每隔所述设置的滑动距离值的时间统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

所述计算网络链路带宽单元，还用于将计算得到的网络链路的带宽发送给所述设置滑动窗口单元；接收所述设置滑动窗口单元发送的调整后的滑动窗口值，根据调整后的滑动窗口值统计网络的流量值，计算网络链路的带宽；

所述设置滑动窗口单元，还用于接收所述计算得到的网络链路的带宽，根据得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，并将调整后的滑动窗口值发送给所述计算网络链路带宽单元。

所述设置滑动窗口单元根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，是指：

所述设置滑动窗口单元将进行所述业务的某一时间段分割成n个小时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差值大于零，则增大该滑动窗口的大小；判断若计算该样本的方差的收敛值趋近于零时，则判定该滑动窗口的滑动窗口值达到最优，不调整该滑动窗口的窗口大小。

所述设置滑动窗口单元计算的所述样本期望为

所述设置滑动窗口单元计算的该样本方差为

其中b(i)为每个滑动窗口内获取的网络链路的带宽，i为整数，且0＜i≤n。

下面结合具体实例对本发明作进一步说明。

本实例的网络中，网络参数设置为：链路总带宽B＝10Mb/s，窗口尺寸用ΔT表示，窗口滑动大小用Δt表示，每个滑动窗口内收到的字节数用ΔB表示，网络流量用b(t)表示，假设根据用户业务需求每次滑动距离设置为Δt＝10ms。

第一步、计算最优窗口平均值

可以在每天的网络繁忙期、正常期和空闲期三个时段各自均匀取出100个滑动窗口尺寸作为样本，求出每个样本的期望值，这样就能简单的得到一天内滑动窗口尺寸分布情况，接着可以用同样的方法计算出每周的滑动窗口尺寸分布情况。实例中选择正常网络流量时段为例，假设根据统计值得出该段时间内最优滑动窗口大小为ΔT＝1S。

第二步、链路流量的计算

根据第一步的统计结果，将滑动窗口的初值设置为1秒，即ΔT₀＝1S，如图5所示，假设某一个滑动窗口内收到的数据为ΔB＝o.5Mbyte，Δt＝10ms则该滑动窗口内的平均流量b(t)＝8*ΔB/ΔT＝4Mbit/s。

第三步、滑动窗口尺寸自适应调整

假设某5分钟内网络进行视频业务，取出该时段内n个滑动窗口作为样本，每个滑动窗口计算的带宽为b(i)(i为整数，且0＜i≤n)，计算的样本期望为

方差为若Db＞0，则增大滑动窗口的大小，当方差Db收敛值趋近于0时，证明滑动窗口大小到达了最优值。

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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种网络链路动态带宽的计算方法，其特征在于，包括：

网络侧统计预设时段内网络链路带宽的变化情况，根据统计的网络链路带宽变化情况，设置滑动窗口大小的初始值；

网络侧根据设置的滑动窗口大小的初始值和收到的业务带宽需求信息，设置滑动窗口的滑动距离值，通过每隔所述设置的滑动距离值的时间统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，

还包括：所述网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，根据调整后的滑动窗口值统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

3.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，

所述网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，包括：

所述网络侧将进行所述业务的时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差值大于零，则增大该滑动窗口的窗口大小。

4.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，

所述网络侧根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，还包括：

所述网络侧将进行所述业务的时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差的收敛值趋近于零时，则判定该滑动窗口的滑动窗口值达到最优，不调整该滑动窗口的滑动窗口值。

5.如权利要求3或4所述的计算方法，其特征在于，

所述样本期望为

计算该样本方差为

其中b(i)为每个滑动窗口内获取的网络链路的带宽，i为整数，且0＜i≤n。

6.一种网络链路动态带宽的计算系统，其特征在于，

包括：统计网络带宽单元、设置滑动窗口单元和计算网络链路带宽单元，其中，

所述统计网络带宽单元，用于统计预设时段内网络链路带宽的变化情况，并将统计后的包括网络链路带宽变化情况的信息发送给所述设置滑动窗口单元；

所述设置滑动窗口单元，用于接收所述统计后的包括网络链路带宽变化情况的信息，根据统计的网络链路带宽变化情况，设置滑动窗口大小的初始值；根据设置的滑动窗口大小的初始值和收到的业务带宽需求信息，设置滑动窗口的滑动距离值，将滑动窗口初始值和设置后的滑动窗口的滑动距离值发送给所述计算网络链路带宽单元；

所述计算网络链路带宽单元，用于接收所述设置滑动窗口单元发送的所述设置后的滑动窗口的滑动距离值和滑动窗口初始值，通过每隔所述设置的滑动距离值的时间统计网络的流量值，计算网络链路的带宽。

7.如权利要求6所述的计算系统，其特征在于，

所述计算网络链路带宽单元，还用于将计算得到的网络链路的带宽发送给所述设置滑动窗口单元；接收所述设置滑动窗口单元发送的调整后的滑动窗口值，根据调整后的滑动窗口值统计网络的流量值，计算网络链路的带宽；

所述设置滑动窗口单元，还用于接收所述计算得到的网络链路的带宽，根据得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，并将调整后的滑动窗口值发送给所述计算网络链路带宽单元。

8.如权利要求7所述的计算系统，其特征在于，

所述设置滑动窗口单元根据计算得到的网络链路的带宽和所述业务带宽需求信息调整所述滑动窗口值，是指：

所述设置滑动窗口单元将进行所述业务的时间段分割成n个时间段，设置分割后的每个时间段为所述滑动窗口的滑动窗口值，将获取的n个时间段的网络链路的带宽作为样本，判断若计算该样本的方差值大于零，则增大该滑动窗口的窗口大小；判断若计算该样本的方差的收敛值趋近于零时，则判定该滑动窗口的滑动窗口值达到最优，不调整该滑动窗口的滑动窗口值。

9.如权利要求8所述的计算系统，其特征在于，

所述设置滑动窗口单元计算的所述样本期望为

所述设置滑动窗口单元计算的该样本方差为

其中b(i)为每个滑动窗口内获取的网络链路的带宽，i为整数，且0＜i≤n。

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