CN104601481B

CN104601481B - 一种多通道接入网络中的流量分配方法

Info

Publication number: CN104601481B
Application number: CN201310525376.XA
Authority: CN
Inventors: 刘磊; 刘孝圣; 郑艳伟; 彭飞
Original assignee: Beijing Hiliway Digital Systems Co ltd; Institute of Acoustics CAS
Current assignee: Beijing Hiliway Digital Systems Co ltd; Institute of Acoustics CAS
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2018-02-16
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: CN104601481A

Abstract

本发明涉及一种多通道接入网络中的流量分配方法，所述多通道至少包含IP通道和QAM通道，该方法包括：对新接收到的数据流进行初始流量分配，比较其所需带宽和IP通道剩余带宽，如果所需带宽小于IP通道剩余带宽，则将该路数据流分配至IP通道；否则，将该路数据流分配至QAM通道；在数据流的传输过程中，检测数据流的丢包率，当丢包率出现异常时切换传输通道；该步骤包括：当IP通道的丢包率大于IP通道丢包率阈值时，将IP通道上占用带宽最大的流切换至QAM通道；或当QAM通道上某频点的丢包率大于QAM通道频点丢包率阈值时，将带宽大于超额带宽的端口集合中带宽最小的端口所承载的所有数据流切换至其它频点。

Description

一种多通道接入网络中的流量分配方法

技术领域

本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种多通道接入网络中的流量分配方法。

背景技术

基于双向有线电视网的互动电视业务不断发展，用户在电视平台上对于互联网的依赖性有所增加，因而终端平台对于数据下行速率的需求也越来越高。如今，接入下行速率不足已经成为数字电视业务发展所需解决的问题，也是影响用户体验的主要因素之一。

对于数字电视终端平台，如果采用IP网接入方式，对于4M ADSL宽带，下行速率只有4Mbps。然而高清互动电视的直播业务通常采用MPEG-2编码格式，码率大约在20-25Mbps。采用H.264编码，码率也在7Mbps左右。

面对互动电视业务日新月异的发展，以及用户对海量高速下载业务的潜在需求，采用现有单通道技术的下行速率仍然难以满足高清影片的快速下载需求。利用多通道方式进行下行带宽的提升越来越被人们重视，但是对于多个通道，如何根据数据流的特征为数据流分配一个合适的通道，是一个关键问题。

目前的流量分配主要有如下两种分配方案：

（1）、简单轮询（或者针对异构通道实施加权轮询）所有通道，找到一条非阻塞通道进行发送。这种方式的主要目的是保证每个通道的公平性。但这种方式的不足之处在于，由于在不同通道中可能产生的乱序，需要在多个通道上给每个报文维护一个序号值，用于接收方对报文重新排序。一方面，发送方和接收方都需要额外处理序号，另一方面在系统负载很重的情况下，将会导致报文重组的时间过长。另外在实际应用中，所有通道都必须工作，导致通道资源浪费。

（2）、查看通道拥挤程度，如果第一通道拥挤程度不高，则将报文从第一通道传输，否则将其从第二通道传输。这种方案虽提高了通道利用率，但不足之处与方法（1）是一致的。

因此，现有技术中的上述方案均是以数据包为单位进行流量分配，而不是以流作为分配单位，不可避免地引入了乱序问题，处理乱序问题所耗费的时间过大，甚至会出现严重丢包，降低QoS。一种合理的多通道接入网络的流量分配方法应该在保证用户带宽需求的前提下，提升通道的利用率，避免资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的流量分配方法耗费时间大、丢包现象严重等缺陷，从而提供一种能有效提升通道利用率的多通道接入网络中的流量分配方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多通道接入网络中的流量分配方法，所述多通道至少包含IP通道和QAM通道，该方法包括：

步骤1）、对新接收到的数据流进行初始流量分配，比较其所需带宽和IP通道剩余带宽，如果所需带宽小于IP通道剩余带宽，则将该路数据流分配至IP通道；否则，将该路数据流分配至QAM通道；

步骤2）、在数据流的传输过程中，检测数据流的丢包率，当丢包率出现异常时切换传输通道；该步骤包括：

a）、当IP通道的丢包率大于IP通道丢包率阈值时，将IP通道上占用带宽最大的流切换至QAM通道；或

b）、当QAM通道上某频点的丢包率大于QAM通道频点丢包率阈值时，将带宽大于超额带宽的端口集合中带宽最小的端口所承载的所有数据流切换至其它频点。

上述技术方案中，所述步骤1）包括：

步骤1-1）、对新接收到的数据流，在流量分配表中查找是否存在对应的表项，若存在，转入步骤1-7）；否则转入步骤1-2）；其中，所述流量分配表记录了数据流的流标识和传输通道的通道标识的对应关系；

步骤1-2）、将所接收数据流的带宽信息与IP通道的当前剩余带宽进行比较，如果该路数据流的带宽大于IP通道的当前剩余带宽，转入步骤1-5）；否则转入步骤1-3）；

步骤1-3）、在所述流量分配表里新增表项，表项的流标识为此路新数据流的标识，对应通道标识设置为IP通道标识，然后转入步骤1-4）；

步骤1-4）、将该数据流中的数据包通过IP通道发送，结束；

步骤1-5）、在流量分配表里新增表项，新增表项的流标识为此路新数据流的标识，对应通道标识设置为QAM通道标识，转入步骤1-6）；

步骤1-6）、将该数据流中的数据包通过QAM通道发送，结束；

步骤1-7）、对于已存在流量分配表中的数据流，直接将该数据流通过流量分配表中对应的通道发送，结束。

上述技术方案中，在所述的步骤2）中，步骤a）包括：

步骤a-1）、检测到IP通道丢包率超过IP通道丢包率阈值；

步骤a-2）、选取IP通道中带宽最大数据流；

步骤a-3）、将流量分配表中对应表项的通道标识由IP通道修改为对应QAM通道标识，结束。

上述技术方案中，在所述的步骤2）中，步骤b）包括：

步骤b-1）、检测到QAM通道的丢包率超过QAM通道频点丢包率阈值；

步骤b-2）、从切换前的QAM通道的当前频点下的所有端口中，选择带宽大于超额带宽的，并且带宽最接近超额带宽的端口；

步骤b-3）、选择一个频点，此频点需有足够的剩余带宽能容纳待切换端口所承载的所有数据流；

步骤b-4）、从步骤b-3）所选择的频点中选择一端口，然后修改流量分配表对应表项，将待切换端口下的数据流的通道标识更改为切换后端口的通道标识，所述通道标识包括切换后的频点与端口，最后结束。

上述技术方案中，在所述步骤2）中，通道的丢包率通过计算重传报文占所有该通道下的报文的比率获得，或通过计算由于通道限速机制而被丢弃的报文占所有该通道下的报文的比率获得。

上述技术方案中，所述超额带宽为一频点所承载的所有数据流的所需带宽与频点容量的差值。

本发明的优点在于：

本发明在满足用户带宽需求的前提下，提升通道的利用率，减少通道资源的浪费。

附图说明

图1是多通道接入网络的示意图；

图2是本发明的在多通道接入网络中对数据流进行流量分配的方法的流程图；

图3是将数据流从IP通道切换到QAM通道的流程示意图；

图4是数据流在QAM通道之间切换的流程示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

在对本发明做详细说明之前，首先对本发明所涉及的多通道接入网络这一应用场景进行说明。图1为多通道接入网络的示意图，为了提高终端用户的下行带宽，在原有IP通道（即图1中的OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）和ONU（Optical Network Unit，光网络单元）所在的通道）的基础上增加QAM通道（即图1中IPQAM设备所在的通道），一般来说，QAM通道的带宽大于IP通道的带宽。通道管理设备同时连接到IP通道与QAM通道。

本申请中，利用通道管理设备对数据流如何在IP通道与QAM通道间加以分配进行管理。具体的说，通道管理设备负责数据流的分发和切换工作，以及IP通道、QAM通道的剩余带宽、丢包率和各路数据流的带宽的统计工作。通道管理设备也对QAM通道和IP通道提供了通道限速机制，即当通道中数据流的带宽大于通道容量时，丢弃应发送至该通道的报文。该限速机制使用令牌桶实现，由定时器触发周期地向令牌桶内加入和通道容量成正比的令牌数，数据包等待转发时，先与当前令牌数进行比较，如果令牌数量足够，则减去与数据包大小成正比的令牌数量，转发该报文，否则丢弃该报文。通道管理设备也据此获得丢包率大小。

下面对本发明如何在多通道接入网络这一环境下对数据流实现流量分配进行说明。

参考图2，本发明的在多通道接入网络中对数据流进行流量分配的方法包括：

步骤S201，通道管理设备维护流量分配表，该表记录流标识和通道标识的对应关系；通道管理设备对于新接收到的每路流，首先在流量分配表中查找是否存在对应的表项，如果存在，转入步骤S207；否则转入步骤S202；

步骤S202，通道管理设备将该路流的带宽信息与IP通道的当前剩余带宽进行比较，如果该路流的带宽大于IP通道的当前剩余带宽，此路流需要通过QAM通道传输，转入步骤S205；否则IP通道可以承载此路新数据流，转入步骤S203；

步骤S203，对于此路新数据流，通道管理设备在流量分配表里新增表项，表项的流标识为此路新数据流的标识，对应通道标识设置为IP通道标识，然后转入步骤S204；

步骤S204，将数据包通过IP通道发送，结束。

步骤S205，对于此路新数据流，通道管理设备在流量分配表里新增表项，新增表项的流标识为此路新数据流的标识，对应通道标识设置为QAM通道标识，转入步骤S206；

步骤S206，将数据包通过QAM通道发送，结束；

步骤S207，对于已存在流量分配表中的数据流，直接将该数据流通过流量分配表中对应的通道发送，结束。

通过上述方法，可实现数据流在多通道接入网络中的初次分配。但数据传输通道的链路状况会随着时间动态变化。数据传输通道链路状况的动态变化可能会产生两种不利情况，一是数据流对带宽的要求超出了IP通道的当前带宽，二是数据流对带宽的要求超出了QAM通道当前频点的带宽。

当通道管理设备检测（定时检测）到IP通道丢包率超过IP通道丢包率阈值时，说明IP通道的带宽已不能满足当前需求，需要将一部分流量切换至QAM通道。IP通道带宽相对较小，因此更加适合传递诸如控制指令、网页数据之类带宽较小的数据流；而QAM通道带宽相对较大，更加适合处理如视频、音频数据等流量较大的数据流。IP通道中带宽较大的数据流更可能导致丢包率超过IP通道的丢包率阈值，因此将带宽较大的数据流切换到QAM通道是比较合适的。

图3为将数据流从IP通道切换到QAM通道的流程示意图，该切换过程包括如下步骤：

步骤S301，选取IP通道中带宽最大数据流，转入步骤S302；

步骤S302，将流量分配表中对应表项的通道标识由IP通道修改为对应QAM通道标识，结束。

当通道管理设备检测（定时检测）到QAM通道的丢包率超过QAM通道频点丢包率阈值时，则说明当前频点的带宽已不能满足需求，需要将该频点下的部分数据流切换到合适的频点。其中，超额带宽（指该频点所承载的所有数据流的所需带宽与频点容量的差值）的大小可近似等同于丢包率和频点额定带宽的乘积。从当前频点下选择数据流要保证以下几点：

（1）尽量切换比较少的数据流，并且切换后的频点能够满足剩余的数据流的带宽需求，即尽量减少切换所带来的负面影响；

（2）由于一个端口对应着一个用户，因此应尽量以端口作为单位进行切换，即切换该端口所承载的所有数据流；

图4是将数据流在QAM通道之间切换的流程示意图，该切换过程包括如下步骤：

步骤S401，从切换前的QAM通道的当前频点下的所有端口中，选择带宽大于超额带宽的，并且带宽最接近超额带宽的端口；

步骤S402，选择一个频点，此频点需有足够的剩余带宽能容纳待切换端口所承载的所有数据流；

步骤S403，从步骤S402所选择的频点中选择一端口，然后修改流量分配表对应表项，将待切换端口下的数据流的通道标识更改为切换后端口的通道标识，所述通道标识包括切换后的频点与端口，最后结束。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种多通道接入网络中的流量分配方法，所述多通道至少包含IP通道和QAM通道，该方法包括：

步骤1)、对新接收到的数据流进行初始流量分配，比较其所需带宽和IP通道剩余带宽，如果所需带宽小于IP通道剩余带宽，则将该路数据流分配至IP通道；否则，将该路数据流分配至QAM通道；

步骤2)、在数据流的传输过程中，检测数据流的IP通道的丢包率和QAM通道上某频点的丢包率，当丢包率出现异常时切换传输通道；该步骤包括：

a)、当IP通道的丢包率大于IP通道丢包率阈值时，将IP通道上占用带宽最大的流切换至QAM通道；或

b)、当QAM通道上某频点的丢包率大于QAM通道频点丢包率阈值时，将该频点上的端口承载的数据流的带宽大于超额带宽的端口集合中带宽最小的端口所承载的所有数据流切换至其它频点；

所述超额带宽为一频点所承载的所有数据流的所需带宽与频点容量的差值。

2.根据权利要求1所述的多通道接入网络中的流量分配方法，其特征在于，所述步骤1)包括：

步骤1-1)、对新接收到的数据流，在流量分配表中查找是否存在对应的表项，若存在，转入步骤1-7)；否则转入步骤1-2)；其中，所述流量分配表记录了数据流的流标识和传输通道的通道标识的对应关系；

步骤1-2)、将所接收数据流的带宽信息与IP通道的当前剩余带宽进行比较，如果该路数据流的带宽大于IP通道的当前剩余带宽，转入步骤1-5)；否则转入步骤1-3)；

步骤1-3)、在所述流量分配表里新增表项，表项的流标识为此路新数据流的标识，对应通道标识设置为IP通道标识，然后转入步骤1-4)；

步骤1-4)、将该数据流中的数据包通过IP通道发送，结束；

步骤1-5)、在流量分配表里新增表项，新增表项的流标识为此路新数据流的标识，对应通道标识设置为QAM通道标识，转入步骤1-6)；

步骤1-6)、将该数据流中的数据包通过QAM通道发送，结束；

步骤1-7)、对于已存在流量分配表中的数据流，直接将该数据流通过流量分配表中对应的通道发送，结束。

3.根据权利要求1所述的多通道接入网络中的流量分配方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，步骤a)包括：

步骤a-1)、检测到IP通道丢包率超过IP通道丢包率阈值；

步骤a-2)、选取IP通道中带宽最大数据流；

步骤a-3)、将流量分配表中对应表项的通道标识由IP通道修改为对应QAM通道标识，结束。

4.根据权利要求1所述的多通道接入网络中的流量分配方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，步骤b)包括：

步骤b-1)、检测到QAM通道上某频点的丢包率超过QAM通道频点丢包率阈值；

步骤b-2)、从切换前的QAM通道的当前频点下的所有端口中，选择带宽大于超额带宽的，并且带宽最接近超额带宽的端口；

步骤b-3)、选择一个频点，此频点需有足够的剩余带宽能容纳待切换端口所承载的所有数据流；

步骤b-4)、从步骤b-3)所选择的频点中选择一端口，然后修改流量分配表对应表项，将待切换端口下的数据流的通道标识更改为切换后端口的通道标识，所述通道标识包括切换后的频点与端口，最后结束。

5.根据权利要求1所述的多通道接入网络中的流量分配方法，其特征在于，在所述步骤2)中，通道的丢包率通过计算重传报文占所有该通道下的报文的比率获得，或通过计算由于通道限速机制而被丢弃的报文占所有该通道下的报文的比率获得。