CN102932275B - 一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法，在信源节点将报文进行优先级分类，在与转发节点间存在接触时将报文按优先级高低发送到转发节点；网络中的转发节点对收到的报文和本节点待发送的报文进行缓存区配置和报文转发，然后在与后续转发节点间存在接触时，发送相应优先级别的报文；信宿负责接收数据报文并按优先级高低进行相应的存储。本发明在信源节点按照业务的不同优先级别需求设置不同的发送缓存区，并在报文转发节点设置面向不同优先级报文的转发缓存区并进行报文转发，解决了容延时网络中非实时业务的区分QoS需求。

Description

一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法

技术领域

本发明属于深空通信技术领域，涉及一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法。

背景技术

容延时网络指的是具有间歇连接、频繁割裂、极高时延、非对称报文速率、较高误码率与丢包率以及异构互连等特点的网络。该类网络与传统网络对下层链路的基本假设，如，任意两个节点间的报文传送时间不会大于一定值、每条链路在工作状态下绝大多数时间是连通的、传送报文报的丢失率非常小等特点完全不同，因此设计合理的网络报文转发方法成为网络有效实施的关键。

近年来，研究人员相继提出多种针对容延时网络的报文转发方法。目前主流的容延时网络报文转发方法主要分为两类，即：通过对单个报文生成多个副本以增加副本被传输的机会的多副本报文转发策略；为解决多副本报文转发策略带来的节点自身存储空间增加以及可能导致网络拥塞而影响报文及时传输的、基于某些历史知识库的单副本报文转发策略。与传统网络一样，容时延网络需要为多种服务质量(QoS)需求的业务提供服务。对实时业务，一般在网络中为其预留一定的资源，对非实时业务则不预留资源，只提供单一的尽力而为的服务。但实际网络运行中，容时延网络业务的QoS需求不仅限于此，对于非实时业务，也会有多种优先级区分。但目前还未见有对应用于容延时网络的针对多优先级业务的报文转发方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法，解决了容延时网络中对非实时业务不进行区分而只提供单一的尽力而为服务的问题，从而进一步提高了容延时网络对多种业务QoS的支持能力。

本发明的技术解决方案是：

一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法，包括以下步骤：

(1)在所述容延时网络中的信源部分将待传输的信息进行优先级区分，设定各自的优先级；

(2)在信源部分，按照优先级的高低顺序，依次将所述待传输的信息发送到所述容延时网络中的转发节点；

(3)转发节点中的转发缓存区和发送缓存区的缓存均按照优先级划分，转发节点接收到步骤(2)中所述待传输信息之后，将所述待传输信息存入相应优先级的转发缓存区中，同时，转发节点自身的待发送信息设定优先级之后存入相应优先级的发送缓存区之中；

(4)若转发缓存区中为空，则发送缓存区中的业务按照优先级高低顺序发送；若发送缓存区为空，则转发缓存区中的业务按照优先级高低顺序发送；若转发缓存区和发送缓存区均不为空，则按照转发缓存区和发送缓存区中所有业务的优先级从高到的排序顺序发送数据，若有转发缓存区中的业务优先级和发送缓存区中的业务优先级相同，则优先发送转发缓存区中的该优先级的业务之后再发送发送缓存区中该优先级的业务；若优先级不同的业务共同存储于转发缓存区中划分的同一个缓存区域中，则业务优先级为该缓存区域中存储的最低优先级；

(5)在容延时网络信宿部分的缓存中按照优先级进行区域划分，将步骤(4)中所述转发节点发送过来的信息存储到相应优先级的缓存区域中。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、与传统容延时网络报文转发方法不同，本发明在信源节点按照业务的不同优先级别需求设置不同的发送缓存区，在报文转发节点设置面向不同优先级报文的转发缓存区并进行报文转发，并在信宿节点按照业务的不同优先级别需求设置不同的接收缓存区，从而解决了网络中非实时业务的区分QoS需求。

2、本发明提出的优先级数据转发方法无需任何信息反馈，即可在不增加缓存区容量需求的前提下实现优先级报文转发，即节约了网络的通信开销也降低了对节点缓存空间的需求。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为报文优先级设为三级时转发节点缓存区配置和报文转发图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

本发明将面向多优先级业务的缓存区管理和报文转发应用于容延时网络，用于解决非实时业务的多优先级报文转发问题，对容延时网络优先级报文转发方法设计有重要的参考和实用价值。

本发明方法如图1所示，步骤如下：

(1)在所述容延时网络中的信源部分将待传输的信息进行优先级区分，设定各自的优先级；

(2)在信源部分，按照优先级的高低顺序，依次将所述待传输的信息发送到所述容延时网络中的转发节点；

(3)转发节点中的转发缓存区和发送缓存区的缓存均按照优先级划分，转发节点接收到步骤(2)中所述待传输信息之后，将所述待传输信息存入相应优先级的转发缓存区中，同时，转发节点自身的待发送信息设定优先级之后存入相应优先级的发送缓存区之中；

(4)若转发缓存区中为空，则发送缓存区中的业务按照优先级高低顺序发送；若发送缓存区为空，则转发缓存区中的业务按照优先级高低顺序发送；若转发缓存区和发送缓存区均不为空，则按照转发缓存区和发送缓存区中所有业务的优先级从高到的排序顺序发送数据，若有转发缓存区中的业务优先级和发送缓存区中的业务优先级相同，则优先发送转发缓存区中的该优先级的业务之后再发送发送缓存区中该优先级的业务；若优先级不同的业务共同存储于转发缓存区中划分的同一个缓存区域中，则业务优先级为该缓存区域中存储的最低优先级；

(5)在容延时网络信宿部分的缓存中按照优先级进行区域划分，将步骤(4)中所述转发节点发送过来的信息存储到相应优先级的缓存区域中。

在本发明上述过程中，信源节点对报文的优先级别进行分类，在转发节点，对本节点待发送的报文和收到的本节点非信宿的不同优先的报文进行缓存区配置和报文转发，在不进行资源预留的前提下，实现了不同优先级报文的QoS需求，从而为容延时网络的优先级报文转发提供了有益的参考思路。

下面以报文优先级为高、中、低三级为例，说明本发明的具体实施方式。

图2给出了转发节点的缓存区配置和报文转发框图。即，发送缓存区对三个优先级分别设置缓存区，转发缓存区对高优先级报文设置专门的缓存区，对中、低优先级报文设置共用缓存区。并按照“转发高→发送高→发送中→转发中、低→发送低”的顺序进行报文发送。

下面分别针对报文端到端时延和缓存区容量需求对上述方法的优良性能进行分析。

(1)报文端到端平均时延对业务量强度的影响

不考虑节点的处理时延，任一报文端到端时延(t_total)包括在源节点的时延(排队时延t_q、接入时延t_a、信道处理时延t_s)、转发节点时延(排队时延t_tq、接入时延t_ta、信道处理时延t_ts)、接收节点时延(t_r)、报文在网络中的传播时延(t_p)。

因为t_s、t_ts与报文长度和与信道相对应的服务者的处理能力相关，t_p与信道和信号的传播速率相关，因此对确定网络配置情况下确定的报文流是固定的。另外，t_r只与报文长度和目的节点的处理方式有关，因此对报文端到端时延可用t_effect＝t_q+t_a+t_tq+t_ta来表征。

为简化分析，假设网络为“对称业务量”，即所有关于报文流的参数，都与源节点无关，而只与源节点和目的节点之间的距离有关。假设到达各源节点的发送缓存区的报文流为泊松(Poission)流，不同优先级报文的到达速率λi相同，各源节点发送相同优先级流量的报文长度的概率分布相同，且各源节点对相同优先级流量的报文的信道处理时延的概率分布Y相同。此外，设各缓存区容量不受限，则节点模型可看成是队首(HoL)拥塞非抢占优先级M/G/1排队。

优先级为k(k＝1，2，...K，K的优先级最高)的报文平均排队时延为：

$W_k=\frac{R}{(1-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_i})(1-\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_i})}$

其中，为处于服务中的报文引起的时延，为Y的二阶平均值，为发送或转发的业务量强度。

根据计算，得到网络转发不同优先级发送流量时，业务量强度(信道平均时间占用率)的上临界值如下所示：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{TX},\mathrm{HIGH},\mathrm{MAX}}}=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{HIGH}}+1}$

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{TX},\mathrm{MIDDLE},\mathrm{MAX}}}=\frac{1-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{TX},\mathrm{HIGH}}}({\mathrm{\α}}_{\mathrm{HIGH}}+1)-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{LOW}}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{TX},\mathrm{LOW}}}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{MIDDLE}}+1}$

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{TX},\mathrm{LOW},\mathrm{MAX}}}=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{LOW}}+1}-\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{TX},\mathrm{HIGH}}}({\mathrm{\α}}_{\mathrm{HIGH}}+1)}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{LOW}}+1}-\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{TX},\mathrm{MIDDLE}}}({\mathrm{\α}}_{\mathrm{MIDDLE}}+1)}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{LOW}}+1}$

其中，TX代表发送缓存区。α_i代不同等级报文经过转发缓存区的平均数。

分析可知，相对其它缓存区分配和报文转发方式，本发明在最少占用缓存区容量的前提下，在满足高等级和低等级两种报文的流量性能要求的同时，使中等级流量的业务量强度性能更高。

(2)节点缓存区平均队列长度

在本发明给出的两种报文转发方式下，“对称业务量”网络中节点各缓存区的平均队列长度一致，且如下所示：

L_TB，HIGH＝α_HIGHλ_HIGHW_TB，HIGH

L_{TB，MIDDLE/LOW}＝(α_MIDDLEλ_MIDDLE+α_LOWλ_LOW)W_{TB，MIDDLE/LOW}

L_TX，HIGH＝λ_HIGHW_TX，HIGH

L_TX，MIDDLE＝λ_MIDDLEW_TX，MIDDLE

L_TX，LOW＝λ_LOWW_TX，LOW

其中，TX代表发送缓存区，TB代表转发缓存区。

可见，在本发明提出的缓存区管理模式下，两种报文转发方式对节点缓存区总容量的需求只依赖于α_i、λ_i、与W_i，而W_i只与知有关，因此是一种普遍适用的方法。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在所述容延时网络中的信源部分将待传输的信息进行优先级区分，设定各自的优先级；

(2)在信源部分，按照优先级的高低顺序，依次将所述待传输的信息发送到所述容延时网络中的转发节点；

(3)转发节点中的转发缓存区和发送缓存区的缓存均按照优先级划分，转发节点接收到步骤(2)中所述待传输信息之后，将所述待传输信息存入相应优先级的转发缓存区中，同时，转发节点自身的待发送信息设定优先级之后存入相应优先级的发送缓存区之中；

(4)若转发缓存区中为空，则发送缓存区中的业务按照优先级高低顺序发送；若发送缓存区为空，则转发缓存区中的业务按照优先级高低顺序发送；若转发缓存区和发送缓存区均不为空，则按照转发缓存区和发送缓存区中所有业务的优先级从高到低的排序顺序发送数据，若有转发缓存区中的业务优先级和发送缓存区中的业务优先级相同，则优先发送转发缓存区中的该优先级的业务之后再发送发送缓存区中该优先级的业务；若优先级不同的业务共同存储于转发缓存区中划分的同一个缓存区域中，则业务优先级为该缓存区域中存储的最低优先级；

(5)在容延时网络信宿部分的缓存中按照优先级进行区域划分，将转发节点发送过来的信息存储到相应优先级的缓存区域中。