CN104301255B - 一种光网络多用户带宽公平分配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服现有共享网络带宽资源无法公平共享的缺点，提出了一种实现光联网中多用户带宽公平分配的方法。包含以下步骤：在网络中出现新的业务需求时，判断是否业务阻塞，在发现业务阻塞时，计算新业务所属的用户公平程度；判断资源分配的公平性。判断新业务所属用户是否为超公平用户，如果是，则拒绝该业务，否则公平程度值最大的用户为目标用户，对所述目标用户所占用的带宽进行调整，使所述目标用户的公平程度接近理想公平，产生空闲频谱资源；判断所述空闲频谱资源是否满足所述新增业务需求，如果满足则结束。否则改变目标用户。本发明方法由于采取了网络带宽公平性计算的技术措施，达到了多用户公平共享网络资源的效果。

Description

一种光网络多用户带宽公平分配的方法

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种光网络中数据中心多用户公平性的方法。

背景技术

随着云计算和多种云服务的发展，数据中心面临着多个用户共享计算资源(CPU和RAM)、存储资源和网络资源的情况。借助虚拟化产品，数据中心的多用户环境提供CPU频率和内存大小的选择，但无法提供带宽的保证和公平性的策略。在数据网络内部，公平性可以有很多种定义方式，比如交钱多的用户应该获得比交钱少的用户更大的带宽，交钱一样的用户应该有一样的业务阻塞率等等。在网络中，用户享受服务的资格用他们的“权重”来衡量。

在IP网络中，有很多关于网络带宽公平共享的研究(例如，Guo C,Lu G,Wang H J,et al.Secondnet:a data center network virtualization architecture withbandwidth guarantees[C].Proceedings of the 6th International Conference.ACM,2010:15.)。由于这些研究都是针对包交换技术，大多运用基于回退机制的源端速率调整方案(例如，Rodrigues H,Santos J R,Turner Y,et al.Gatekeeper:Supporting bandwidthguarantees for multi-tenant datacenter networks[J].USENIX WIOV,2011.)，这种方案针对不同的抽象流(例如把VM到VM的流量抽象成流)，通过类似于TCP窗口机制的方法，宿端周期性地把丢包统计值发给源端，由源端根据统计值和权重来决定下一周期的发送速率。

数据中心光联网的需求越来越迫切，尤其在针对大颗粒度业务进行交换和长距离传输的情况下，多用户在光网络中的公平问题应得到重视。但是，由于光网络中对光处理主要以电路交换为主，基于包的交换并不适用。尤其在解决数据中心互联时运用基于OFDM技术的灵活频谱光网络的情况下，传统的基于IP的解决方案不能很好地实现用户对光层带宽资源的公平共享。

电路交换的前提下，首先，带宽分配是固定的，背景技术中的回退机制不适用；其次，要在带宽利用率高的情况下保证公平性时，如果用户的权重与需求带宽成正比，那么权重大的用户应该获得更大的带宽。

数据中心网络中实现资源公平的困难是：如果用户的权重与需求带宽成正比，那么权重大的用户应该获得更大的带宽，这应该与业务数量无关，与虚拟机的数量无关。而现有方法中无法得到这种效果。而对于到来的业务请求，传统的光网络负责提供连接通道，并不关心业务的公平性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有共享网络带宽资源无法公平共享的缺点，提出了一种实现光联网中多用户带宽公平分配的方法。

本发明所述基于光联网的多用户共享网络资源的方法如下

第1步、在网络中出现新的业务需求时，判断是否业务阻塞，在发现业务阻塞时，计算新业务所属的用户公平程度；

第2步、判断资源分配的公平性。判断新业务所属用户是否为超公平用户，如果是，则拒绝该业务，否则转到第3步；

第3步、计算多个用户的公平程度，得到一用户集合；

第4步、取所述用户集合中公平程度值最高的用户为目标用户，对所述目标用户所占用的带宽进行调整，使所述目标用户的公平程度值接近理想公平，产生空闲频谱资源；

第5步、判断所述空闲频谱资源是否满足所述新增业务需求，如果满足则结束。否则将所述目标用户从所述用户集合中除去，返回第4步。

采用本发明所述方法，与现有技术相比，由于采取了网络带宽公平性计算的技术措施，取得了多用户间公平程度的提高，达到了多用户公平共享网络资源的效果。

附图说明

图1是技术方案流程图。

图2是多种调制光信号占用同一光纤链路时本方法的实施例。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式作进一步的详细描述。

光联网多用户共享网络带宽时首先定义在某段光纤链路发生拥塞(即没有足够的资源提供给新到来的业务)的情况下各用户所用带宽资源的公平程度(Fi)。

例如一种公平程度的定义为：

Fi＝某用户实际分得的带宽减去总链路带宽中按照该用户权重所应分得的带宽(定义1)

其中，总链路带宽中按照该用户的权重所应分得的带宽＝总链路带宽×权重比(权重比等于该用户权重除以该链路上所有用户权重之和)。所述用户权重为一个正值，是为用户预配置的值。

再例如，定义在某链路上，被定义为用户i占用的带宽，Wi是业务i的权重。在满足用户最小带宽要求的情况下，我们认为用户占用的带宽与权重成比例的时候是理想的。下面给出定义公平程度(Fi)的另一种方法：

再例如，将用户的业务阻塞率相等、且等于特定的值视为理想公平，定义公平程度：

Fi＝某链路中特定业务阻塞率–该链路中用户i的业务阻塞率 (定义3)

其中业务阻塞率的定义是：阻塞的业务数量除以总的业务数量。

如果公平程度等于0，那么称该用户为理想公平。如果大于0，称该用户为超公平用户；如果小于0，称为欠公平用户。最严重的超公平用户是指该用户实际分得的带宽超过按照权重应分得的带宽最多的用户，或者在阻塞条件下业务阻塞率最低的用户。

图1介绍了整个技术方案的流程，包含以下步骤。

第1步、发现业务阻塞：所谓业务阻塞就是网络中没有足够的频谱资源提供给新到来的业务，计算阻塞业务所属用户的公平性；

第2步、判断资源分配的公平性：判断阻塞业务所属用户的公平性，如果为超公平用户，则拒绝该业务，否则，转到第3步；

第3步、对用户进行公平性处理：计算所有用户的公平程度，得到用户集合，

第4步、取所述用户集合中公平程度值最高的用户(即超公平用户中程度最严重的用户)作为目标用户，对所述目标用户进行带宽压缩，使所述目标用户公平程度接近理想公平，产生空闲频谱资源；

第5步、如果所述空闲频谱资源满足所述新增业务需求则结束。否则将第4步所述目标用户从所述用户集合中除去，如果集合不为空，转到第4步。

图2是多种调制光信号占用同一光纤链路时本方法的频谱资源示意图。

在灵活频谱光网络中，一个标准频率槽(理解为子载波)的频谱宽度是12.5GHz，如图2所示x1～x2、y1～y8、z1～z2。假如用户1和用户2的权重比为1:1，则用户1和用户2的业务占用带宽比为1:1的时候是理想公平。假如网络中用户1有业务1带宽为25GHz，调制格式为OOK，用户2有业务2，调制格式是OOK，业务2占用100GHz。假设此时频谱已经被占满，没有多余带宽资源可以提供给新的业务。如图2(a)所示。

此时，按照本发明的方案，当用户1的业务3(例如业务3需要带宽25GHz)到来时的处理方法：

第1步、当用户1的业务3需要接入链路时，经统计空闲频率资源，发现没有足够的频谱资源可以使用；

第2步、计算业务3所属用户1的公平程度，为负值，即欠公平用户。

第3步、计算用户1和用户2的公平程度，用户集合即为用户1和用户2.

第4步、根据用户1和用户2的公平程度，选出用户2为公平程度值最大的用户(超公平用户)，通过改变信号调制方式实现带宽压缩，例如将业务2的调制格式由OOK调整为QPSK，则占用带宽减小为原带宽的1/2，出现空闲频隙(50GHz)。调整前的用户带宽比为1:4。

第5步、所述空闲频隙(50GHz)满足业务3的需求，取其中的25GHz部分提供给业务3。调整后的频谱占用情况如图2(b)所示，调整后的用户带宽比为1:1。

作为与上述方案相同构思的另一实施例，链路总带宽为预留带宽和自由分配带宽的总和，每一个用户所占据的带宽包括业务实际带宽和预留带宽两部分。通过减少预留带宽可以相应地增加自由分配带宽。若某个用户的业务请求到来，没有足够的自由分配带宽来提供给此业务，则基于用户的阻塞率对目标用户的带宽进行调整。

第1步、发现用户m的请求R_new在链路L上被阻塞，即没有足够自由分配带宽，按照定义3计算用户m的公平程度；

第2步、判断用户m的公平程度，如果业务所属用户为超公平用户，则拒绝R_new；否则转到第3步；

第3步、对用户进行公平性处理：计算所有用户的公平程度，得到用户集合，

第4步、取所述用户集合中公平程度值最高的用户，即最大的超公平用户作为目标用户，对所述目标用户减少预留带宽，使所述目标用户的公平程度接近理想公平，产生空闲频谱资源；

第5步、如果所述空闲频谱资源满足所述新增业务需求则结束；否则将第4步所述目标用户从所述用户集合中除去，如果集合不为空，转到第4步。

以上实施方式仅用于解释本发明的方法，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变形，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种光网络多用户带宽公平分配的方法，其特征在于，包括以下步骤

第1步、在网络中出现新的业务需求时，判断是否业务阻塞，在发现业务阻塞时，计算新业务所属的用户公平程度；

第2步、判断新业务所属用户是否为超公平用户，如果是，则拒绝该业务，否则转到第3步；

第3步、计算多个用户的公平程度，得到一用户集合；

第4步、取所述用户集合中公平程度值最高的用户为目标用户，对所述目标用户所占用的带宽进行调整，使所述目标用户的公平程度接近理想公平，产生空闲频谱资源；

第5步、判断所述空闲频谱资源是否满足所述业务需求，如果满足则结束；否则将所述目标用户从所述用户集合中除去，返回第3步；

所述第1～5步中，如果公平程度等于0，那么称该用户为理想公平；如果大于0，称该用户为超公平用户；

所述公平程度为：

Fi＝某用户实际分得的带宽减去总链路带宽中按照该用户权重所应分得的带宽；

其中，总链路带宽中按照该用户的权重所应分得的带宽＝总链路带宽×权重比；

权重比等于该用户权重除以该链路上所有用户权重之和；

或者，所述公平程度为：

其中，为某链路上用户i占用的带宽，Wi是业务i的权重；

或者，所述公平程度为：

Fi＝某链路中特定业务阻塞率–该链路中用户i的业务阻塞率

其中，业务阻塞率是：阻塞的业务数量除以总的业务数量。

2.如权利要求1所述光网络多用户带宽公平分配的方法，其特征在于，

所述对带宽进行调整的方法是：对所述目标用户进行带宽压缩，使所述目标用户公平程度接近理想公平。

3.如权利要求2所述光网络多用户带宽公平分配的方法，其特征在于，所述带宽压缩是通过改变信号调制方式实现。

4.如权利要求1所述光网络多用户带宽公平分配的方法，其特征在于，

所述对带宽进行调整的方法是：对所述目标用户减少预留带宽，使所述目标用户公平程度接近理想公平。