CN105357083B - 基于不确定带宽探测的网关流量调节方法及系统 - Google Patents

基于不确定带宽探测的网关流量调节方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及网络技术领域，公开了一种基于不确定带宽探测的网关流量调节方法及系统。其中，方法包括：探测所述网关的流量参数，并根据所述流量参数计算探测指数；当所述探测指数大于预定触发值时，根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽；以及将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和。通过上述技术方案，通过探测网关的流量参数可以检测出并利用多余的下行带宽，也可以在上行带宽不确定的情况下确定上行带宽，以及当运营商提供的带宽动态调整时，也可以实时的跟随带宽变化自动对带宽作出调整。

Description

基于不确定带宽探测的网关流量调节方法及系统
技术领域
本发明涉及网络技术领域，具体地，涉及一种基于不确定带宽探测的网关流量调节方法及系统。
背景技术
出口网关是私有网络接入运营商公网必备的网络设备，现在市面上流行的出口网关不仅仅只是传统的三层路由转发+NAT的功能，通常还集成了许多网管相关的功能，例如应用流量统计、用户流量统计、七层流控、内容审计、等等。它实现了当前网络运行状态的监控及策略调整，使网络业务得以顺利正常运行，避免网络资源的滥用及浪费，保障网络系统的正常运营，是企业实现IT管理和控制的有效方法。
运营商给客户提供的带宽不准确，主要表现在以下：
①下行带宽有富余，往往实际带宽比承诺的带宽值上浮一定的比例，但是比例又不确定；
②上行带宽不确定，运营商因为协议里没有承诺上行带宽，所以业内出于性能考虑，对上行带宽都会小于下行承诺带宽，但是由于这个值有不确定性，客户往往无法得知实际的上行带宽。
第①点问题会造成客户在网关处按协议带宽配置接口以后，互联网到达本网络网关的多余带宽被浪费；第②点问题又会造成客户配置了过大的保障带宽，从而导致了上行通道被塞满，无法处理后来的关键应用报文，直观影响就是上网慢。典型场景如图1所示，虽然用户与运营商之间的协议带宽为30M，其中运营商向用户提供了35M的下行带宽和10M的上行带宽。这时，用户的网关系统是按照30M的带宽设置来控制的，对于35M的下行流量则会造成带宽浪费，而仅有10M的上行流量则无法保障上行带宽。
传统设备对出口带宽的管控，主要是基于如下两块的已有技术：应用流量识别和流量整形技术。
对于应用流量识别，其中“流量识别、检测”模块是现有技术。实现过程主要是分析数据流的报文载荷特征和报文流量特征，从而获知数据流的应用协议类型，准确识别应用类型是对应用层进行流量控制的技术基础。应用识别的主要技术是深度包检测(DeepPacket Inspection，DPI)技术和深度/动态流检测(Deep/Dynamic Flow Inspection，DFI)技术，其中：
DPI技术：该技术通过深入读取IP包载荷的内容来对OSI七层协议中的应用层信息进行分析重组，从而识别应用程序的类型，是一种基于应用层的流量检测和控制技术。
DFI技术：由于不同的应用类型体现在会话连接或数据流上的状态各有不同，DFI技术基于这一系列流量的行为特征，建立流量特征模型，通过分析会话连接流的包长、连接速率、传输字节量、包与包之间的间隔等信息来与流量模型对比，从而识别应用程序类型。
对于流量整形技术，其中“流控策略实现”是现有的较为常见的技术。采用了层次令牌桶(HTB)技术进行处理，为层次化的流量控制模型，通过建立管道，将不同的控制对象分配到不同的管道里。该技术的好处是控制灵活，大通道中可以多层嵌套小管道，分别对应不同的用户、时间、应用协议、网站、文件类型等对象建立不同的通道，对于结构复杂又希望实现差异化控制的组织来说可以做到更为精确的控制。队列技术采用数据包调度，能实现了对大流量的很好的控制(如图2所示)。
传统网关设备对出口流量的控制主要是以上两项技术发展的情况下，或针对特定的协议、应用行为等加以改进，以便在有限的带宽下确保业务的流程和稳定。但这种传统的思维是建立在出口带宽固定的情况下，对传输的过程进行优化，以实现对宽带高利用和网络的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和系统，该方法和系统能够对网络现时带宽进行探测，对于下行带宽充分利用，对于上行带宽不确定的场景能够学习到真实带宽并加以保证。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于不确定带宽探测的网关流量调节方法，其中，该方法包括：探测所述网关的流量参数，并根据所述流量参数计算探测指数；当所述探测指数大于预定触发值时，根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽；以及将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和。
进一步地，该方法包括实时收集所述流量参数，其中所述流量参数包括：流表新建速率(FPV)、流收发报文量(FPB)、以及单向流新建速率(SFPV)。
进一步地，根据以下公式计算所述探测指数：
X＝SFPV*(a*FPV+b*FPB)
其中，X为所述探测指数，a和b为权重指数。
进一步地，在所述根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽的步骤之前该方法还包括：确定当前带宽；当所述现时带宽大于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为正调整；以及当所述现时带宽小于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为负调整。
进一步地，当确定所述扩展带宽为正调整时，根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝(1-1/(△X+1))*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例；以及
当确定所述扩展带宽为负调整时，根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝-1/(△X+1)*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例。
进一步地，在将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和之后，该方法还包括：将非关键业务的流量导入所述扩展带宽。
本发明的另一个方面，提供了一种基于不确定带宽探测的网关流量调节系统，其中，该系统包括：探测触发器，被配置成探测所述网关的流量参数，并根据所述流量参数计算探测指数；所述探测触发器还被配置成当所述探测指数大于预定触发值时，触发带宽探测器；所述带宽探测器，被配置成在触发后根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽；以及带宽调整器，被配置成将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和。
进一步地，所述探测触发器被配置成实时收集所述流量参数，其中所述流量参数包括：流表新建速率(FPV)、流收发报文量(FPB)、以及单向流新建速率(SFPV)。
进一步地，所述探测触发器被配置成根据以下公式计算所述探测指数：
X＝SFPV*(a*FPV+b*FPB)
其中，X为所述探测指数，a和b为权重指数。
进一步地，所述带宽探测器被配置成：确定当前带宽；当所述现时带宽大于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为正调整；以及当所述现时带宽小于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为负调整。
进一步地，当确定所述扩展带宽为正调整时，所述带宽探测器被配置成根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝(1-1/(△X+1))*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例；以及
当确定所述扩展带宽为负调整时，所述带宽探测器被配置成根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝-1/(△X+1)*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例。
进一步地，所述带宽调整器被配置成将非关键业务的流量导入所述扩展带宽。
通过上述技术方案，通过探测网关的流量参数可以检测出并利用多余的下行带宽，也可以在上行带宽不确定的情况下确定上行带宽，以及当运营商提供的带宽动态调整时，也可以实时的跟随带宽变化自动对带宽作出调整。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是示例的带宽分配典型场景示意图；
图2是示例的管道嵌套带宽管理示意图；
图3是本发明实施方式提供的基于不确定带宽探测的网关流量调节方法流程图；
图4是本发明实施方式提供的基于不确定带宽探测的网关流量调节方法流程示意图；
图5是本发明实施方式提供的基于不确定带宽探测的网关流量调节系统组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图3是本发明实施方式提供的基于不确定带宽探测的网关流量调节方法流程图。如图3所示，本发明实施方式提供的基于不确定带宽探测的网关流量调节方法可以包括：S101，探测所述网关的流量参数，并根据所述流量参数计算探测指数；S102，当所述探测指数大于预定触发值时，根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽；以及S103，将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和。通过上述技术方案，通过探测网关的流量参数可以检测出并利用多余的下行带宽，也可以在上行带宽不确定的情况下确定上行带宽，以及当运营商提供的带宽动态调整时，也可以实时的跟随带宽变化自动对带宽作出调整。
在实施方式中，上述方法包括实时收集所述流量参数，以当探测指数大于预定触发值时(或称为达到临界状态时)即触发扩展带宽计算和调整。其中，流量参数可以包括：流表新建速率(FPV)、流收发报文量(FPB)、以及单向流新建速率(SFPV)。
在上述流量参数中：流表新建速率(FPV)：指示系统中流量新增的情况，如新增数量多，表明内网用户连接需求大。流收发报文量(FPB)：指示系统中转发流量的活跃程度，这个参数越大，表明内网需要的带宽越大。单向流新建速率(SFPV)：指示系统中的带宽可用程度，如单向的流多，表明带宽不足以支持现有的内网连接需求。
在优选的实施方式中，可以例如，在预定时间范围△T内(例如，在一个探测周期内)，根据以下公式(1)计算所述探测指数X：
X＝SFPV*(a*FPV+b*FPB) (1)
其中，a、b为权重指数，可以根据实际环境做微调；
SFPV为乘积因子，其数值变化对探测指数的影响为乘数级别，因此对探测指数具有较大影响；以及
FPV和FPB都为判断内网带宽需求的标准，分别对应多连接需求场合和大文件传输场合，因此这两个参数为加和关系，其加和作为探测指数的另一个乘积因子。
在通过计算后，当探测指数X高于门限阈值(即预定触发值)时，可以启动扩展带宽计算。当探测指数X低于门限阈值时，可以不启动扩展带宽计算。
其中，本发明实施方式中的预设带宽(或预设带宽值)为用户与运营商之间的协议带宽值，包括上行带宽值和下行带宽值。扩展带宽(或扩展带宽值)在实施方式中根据带宽的调整方向不同可以为正值和负值，以当其为正值时增加预设带宽为现时带宽，或当其为负值时减少预设带宽为现时带宽。现时带宽可以是反映带宽探测模块当前对带宽总大小的临时判断值。初始的现时带宽为预设带宽。
在实施方式中，在根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽的步骤之前该方法还可以包括：首先，确定当前带宽，即当前的实际带宽；数字通信系统中“带宽”，理论上是指传输信道的信道容量，也即信道中传递信息的最大值，单位为“比特/秒”。由于数字系统中的信道多指逻辑信道，而信道容量又是理论上的最大值，所以实施方式中“带宽”，也可以是指信道中数据的实际传输最高速率。然后，当所述现时带宽大于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为正调整；以及当所述现时带宽小于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为负调整。
在上述实施方式中，当确定所述扩展带宽为正调整时，根据以下公式(2)计算所述扩展带宽：
EBw＝(1-1/(△X+1))*P (2)
其中，EBw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例。
正调整的情况下，探测指数X大于预定触发值，根据上述公式(2)计算的扩展带宽将按照一定的比例迭代扩大。其中P可以为经验参数，表示每次带宽扩展的最大百分比。例如，可以设P为10％，则扩展带宽的值总为现时带宽的0％-10％之间的某个值，△X越大，则越接近10％，且增长是缓慢累加的。在实施方式中，可以根据实际情况选择适当的P值，例如，5％-20％中的任意数值。
在上述实施方式中，当确定所述扩展带宽为负调整时，根据以下公式(3)计算所述扩展带宽：
EBw＝-1/(△X+1)*P (3)
其中，EBw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例。
负调整的情况下，探测指数X大于预定触发值，根据上述公式(3)计算的扩展带宽将扩展带宽按照一定比例缩减。其中P可以为经验参数，表示每次带宽扩展的最大百分比。例如，可以设P为10％，则扩展带宽的值总为现时带宽的0％-10％之间的某个值，△X越小，则越接近10％，且增长是迅速调整到位的。
在进一步的实施方式中，在将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和之后，该方法还可以包括：将非关键业务的流量导入所述扩展带宽。
图4是本发明实施方式提供的基于不确定带宽探测的网关流量调节方法流程示意图。如图4所示，可以通过程序流程将图3中所示的方法表示如下：
S201，实时收集网关系统流量数据，进行带宽状态探测；
S202，判断是否到达带宽调整临界值，即探测指数是否大于预定触发值，激活带宽调整；
S203，对待调整带宽进行带宽探测计算；
S204，按照计算结果调整带宽，以及调整业务保障规则；
S205，对调整后的网关系统带宽状态进行探测，如系统仍处于临界状态则重复S203和S204步骤直至调整到位；以及在系统不满足临界条件时，可以终止带宽调整。
图5是本发明实施方式提供的基于不确定带宽探测的网关流量调节系统组成示意图。如图5所示，本发明提供了可以执行上述实施方式提供的方法的系统，该系统可以包括：探测触发器301，被配置成探测所述网关的流量参数，并根据所述流量参数计算探测指数；所述探测触发器301还被配置成当所述探测指数大于预定触发值时，触发带宽探测器302；所述带宽探测器302，被配置成在触发后根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽；以及带宽调整器303，被配置成将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和。
在实施方式中，所述探测触发器301被配置成实时收集所述流量参数，其中所述流量参数包括：流表新建速率(FPV)、流收发报文量(FPB)、以及单向流新建速率(SFPV)。
在实施方式中，所述探测触发器302被配置成根据以下公式计算所述探测指数：
X＝SFPV*(a*FPV+b*FPB)
其中，X为所述探测指数，a和b为权重指数。
在优选的实施方式中，所述带宽探测器302被配置成：首先，确定当前带宽；然后，当所述现时带宽大于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为正调整；以及当所述现时带宽小于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为负调整。
在进一步的实施方式中，当确定所述扩展带宽为正调整时，所述带宽探测器302被配置成根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝(1-1/(△X+1))*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例；以及
当确定所述扩展带宽为负调整时，所述带宽探测器被配置成根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝-1/(△X+1)*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例。
在实施方式中，带宽调整器303可以被配置成，例如使用应用层流量分流技术将非关键业务的流量导入所述扩展带宽。
通过上述技术方案，在不确定的带宽情况下，能够充分利用带宽，智能分配业务比例，保障有限的网络资源。由于扩展带宽时按照扩展比例依次进行，因此能够实现对探测到的带宽进行慢启动管理，保障在带宽波动的情况下，也能合理分配资源，充分利用带宽。此外，对于正调整来说，因为带宽扩大前，当前的带宽已经是正常使用，因此扩展带宽带来的是额外的收益，不影响当前业务。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于不确定带宽探测的网关流量调节方法，其特征在于，该方法包括：
探测所述网关的流量参数，并根据所述流量参数计算探测指数；
当所述探测指数大于预定触发值时，根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽；以及
将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括实时收集所述流量参数，其中所述流量参数包括：流表新建速率(FPV)、流收发报文量(FPB)、以及单向流新建速率(SFPV)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述探测指数：
X＝SFPV*(a*FPV+b*FPB)
其中，X为所述探测指数，a和b为权重指数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽的步骤之前该方法还包括：
确定当前带宽；
当所述现时带宽大于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为正调整；以及
当所述现时带宽小于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为负调整。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当确定所述扩展带宽为正调整时，根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝(1-1/(△X+1))*P
其中，EBw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例；以及
当确定所述扩展带宽为负调整时，根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝-1/(△X+1)*P
其中，EBw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例。
6.一种基于不确定带宽探测的网关流量调节系统，其特征在于，该系统包括：
探测触发器，被配置成探测所述网关的流量参数，并根据所述流量参数计算探测指数；
所述探测触发器还被配置成当所述探测指数大于预定触发值时，触发带宽探测器；
所述带宽探测器，被配置成在触发后根据所述探测指数与所述预定触发值之间的差值计算扩展带宽；以及
带宽调整器，被配置成将现时带宽设置为预设带宽与所述扩展带宽之和。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述探测触发器被配置成实时收集所述流量参数，其中所述流量参数包括：流表新建速率(FPV)、流收发报文量(FPB)、以及单向流新建速率(SFPV)。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述探测触发器被配置成根据以下公式计算所述探测指数：
X＝SFPV*(a*FPV+b*FPB)
其中，X为所述探测指数，a和b为权重指数。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述带宽探测器被配置成：
确定当前带宽；
当所述现时带宽大于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为正调整；以及
当所述现时带宽小于所述当前带宽时，确定所述扩展带宽为负调整。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，当确定所述扩展带宽为正调整时，所述带宽探测器被配置成根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝(1-1/(△X+1))*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例；以及
当确定所述扩展带宽为负调整时，所述带宽探测器被配置成根据以下公式计算所述扩展带宽：
EBw＝-1/(△X+1)*P
其中，Ebw为扩展带宽，△X为所述探测指数与所述预定触发值之间的差值，P为扩展比例。
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