CN105681221B - 用于混合接入网的主动队列管理方法和软件定义控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在软件定义控制装置中用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网的主动队列管理的方法和相应的软件定义控制装置。该方法包括：获取无线局域网的接收信号强度标识；基于接收信号强度标识来确定第一数据包标记概率；以及通知家庭网关以第一比例来降低数据源的发送速率，该第一比例与第一数据包标记概率相对应。根据本发明的方法和装置能够更加可靠地避免由无线局域网和多业务宽带网络组成的混合接入网的拥塞，此外，还能够提高主动队列管理的灵活性。

Description

用于混合接入网的主动队列管理方法和软件定义控制装置

技术领域

本发明涉及队列控制领域，具体地，本发明涉及一种在软件定义控制装置中用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网的主动队列管理的方法和相应的软件定义控制装置。

背景技术

随着对移动应用的需求增加，无线局域网(WLAN)在过去几年中得到迅速的发展，并使得传统的固定接入网变为结合了无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网。由于数据传输的“最大努力(best effort)”的特性以及不充足的网络资源，难以避免网络拥塞和某个用户端使用过多的带宽，即超过该用户端在可用的容量中经合理分配得到的带宽。在存在大量的来自不同的用户设备的同时发生的数据流传输时，该问题是尤其显著的。为了满足带宽需求，需要寻找新的技术以有效地利用可用的网络资源。

主动队列管理(Active Queue Management：AQM)(例如随机早期检测(RandomEarly Detection：RED))在队列溢出前通过检测平均队列大小超过阈值来确定拥塞，并且将该拥塞的标识提供给终端节点，其核心构思是通过计数自上一个标记的数据包起的数据包的数量来计算数据包标记的概率，从而控制平均队列大小。因此，主动队列管理能够没有不必要的损耗地帮助数据源控制发送率(例如通过明确的拥塞报告)，并且避免数据流受到其他的数据流的影响。

主动队列管理技术在因特网中已经得到广泛的应用。然而，在结合了无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网络中，与传统的固定接入网络的用户端相比，家庭网关(Residential Gateway：RG)的所有用户设备仅能使用较小数量的无线资源。此外，无线资源是通过无线调度器被动态地分配给家庭网关中的激活的用户设备的。因此，无线局域网比传统固定接入网络更容易导致拥塞，仅仅通过传统的主动队列管理机制不能够完全避免拥塞的发生。

发明内容

基于此，亟需一种适用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网络的改善的主动队列管理机制。

为了避免多业务宽带网络段中和尤其是无线局域网段中的拥塞，有必要提供一种考虑到无线局域网的当前无线质量状况的用于主动队列管理的方法和相应的装置。

为了实现本发明的目的，本发明的第一方面提供了一种在软件定义控制装置中用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网的主动队列管理的方法，所述方法包括以下步骤：A.获取所述无线局域网的接收信号强度标识；G.基于所述接收信号强度标识来确定第一数据包标记概率；以及H.通知家庭网关以第一比例来降低数据源的发送速率，所述第一比例与所述第一数据包标记概率相对应。

根据上面的方法，在确定无线局域网的数据包标记概率时有利地考虑了接收信号强度，以在坏的无线质量状况下以大的比例来降低数据源的发送速率，从而降低或者避免在无线局域网中出现的拥塞。

在依据本发明的方法的一种实施方式中，在所述步骤G之前还包括以下步骤：B.获取所述无线局域网中的每个数据流的当前队列长度；C.计算所述无线局域网中的第一平均队列长度；以及F.在所述第一平均队列长度小于第一队列长度上限值并且大于等于预先确定的第一队列长度下限值的情况下，跳至所述步骤G。

在依据本发明的方法的一种实施方式中，所述方法还包括以下步骤：I.获取所述多业务宽带网络中的每个数据流的当前队列长度；J.计算所述多业务宽带网络中的第二平均队列长度；K.在所述第二平均队列长度小于预先确定的第二队列长度上限值并且大于等于预先确定的第二队列长度下限值的情况下，确定第二数据包标记概率；以及L.通知中间网络设备以第二比例来降低数据源的发送速率，所述第二比例与所述第二数据包标记概率相对应。以这种方式，采用传统的主动队列管理方法来避免在混合接入网的多业务宽带网络段中的拥塞。该方法能够与上述的用于无线局域网段中主动队列管理方法相互协调地进行。

在依据本发明的方法的一种实施方式中，所述步骤H包括以下子步骤：H1.根据所述接收信号强度标识确定数据包数量的加权因数；以及H2.基于与所述加权因数相乘的所述数据包数量来计算所述第一数据包标记概率。以这种方式，对于不同的接收信号强度标识设置不同的加权因素，以在坏的无线质量状况下将数据包数量与大的加权因相乘，从而提高无线局域网中的数据包标记概率并且通知家庭网关以相应于数据包标记概率的比例来降低数据源的发送速率。

在依据本发明的方法的另一种实施方式中，述步骤H包括以下子步骤：H1′.根据所述接收信号强度标识确定队列权重；以及H2′.基于所述队列权重来计算所述第一数据包标记概率。以这种方式，对于不同的接收信号强度标识设置不同的队列权重，以在坏的无线质量状况下通知家庭网关以高的比例来降低数据源的发送速率。

在依据本发明的方法的另一种实施方式中，所述步骤F之前还包括以下步骤：D.根据所述接收信号强度标识确定所述第一队列长度上限值的因子；以及E.将所述第一队列长度上限值设置为所述因子与预先确定的第一队列长度上限值的乘积。以这种方式，对于不同的接收信号强度标识设置不同的因子，以在坏的无线质量状况下将第一概率阈值与小的因子相乘，从而通过降低第一队列长度上限值来提高标记的数据包的数量，从而实现降低数据源的发送速率。

在依据本发明的方法的一种实施方式中，所述中间网络设备为接入节点、聚合节点或者宽带网络网关。

本发明的第二方面提供了一种软件定义控制装置，所述软件定义控制装置包括无线局域网控制模块，所述无线局域网控制模块包括：第一获取单元，其用于获取所述无线局域网的接收信号强度标识；第一确定单元，其用于基于所述接收信号强度标识来确定第一数据包标记概率；第一通知单元，其用于通知家庭网关以第一比例来降低数据源的发送速率，所述第一比例与所述第一数据包标记概率相对应。

在依据本发明的软件定义控制装置的一种实施方式中，所述无线局域网控制模块还包括：第二获取单元，其用于获取所述无线局域网中的每个数据流的当前队列长度；第一计算单元，其用于计算所述无线局域网中的第一平均队列长度；第一判断单元，其用于判断所述第一平均队列长度是否小于第一队列长度上限值并且大于等于预先确定的第一队列长度下限值，其中，所述第一确定单元在所述第一平均队列长度小于所述第一队列长度上限值并且大于等于所述第一队列长度下限值的情况下确定所述第一数据包标记概率。

在依据本发明的软件定义控制装置的一种实施方式中，所述软件定义控制装置还包括多业务宽带网络控制模块，所述多业务宽带网络控制模块包括：第三获取单元，其用于获取所述多业务宽带网络中的每个数据流的当前队列长度；第二计算单元，其用于计算所述多业务宽带网络中的第二平均队列长度；第二确定单元，其用于在所述第二平均队列长度小于预先确定的第二队列长度上限值并且大于等于预先确定的第二队列长度下限值的情况下，确定第二数据包标记概率；第二通知单元，其用于通知中间网络设备以第二比例来降低数据源的发送速率，所述第二比例与所述第二数据包标记概率相对应。

综上所述，依据本发明的方法和软件定义控制装置能够考虑无线局域网的无线质量状况地降低数据源的发送速率，从而适用于避免多业务宽带网络和无线局域网的混合接入网络的拥塞。此外，本发明替代了传统的在多个中间网络设备中实施主动队列管理的方法，而是在一个软件定义控制装置中进行主动队列管理，实现了集中式的控制，同时也减轻了中间网络设备的计算任务。

附图说明

参照下面的附图和说明进一步解释本发明的实施例，其中：

图1示出了依据本发明的一种实施方式的主动队列管理机制的示意图；

图2示出了依据本发明的一种实施方式的用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网的主动队列管理的方法的流程图；

图3示出了依据本发明的一种实施方式的无线局域网控制模块的示意性的结构图；以及

图4示出了依据本发明的一种实施方式的多业务宽带网络控制模块的示意性的结构图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

如上所述，为了使得传统的适用于因特网的主动队列管理机制适用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网络，本发明对其做出了改进。一方面，本发明将无线质量状况作为确定数据包标记概率的一个因素；另一方面，本发明将对无线局域网的控制和对多业务宽带网络的控制集成到一个软件定义控制装置中。

图1示出了依据本发明的一种实施方式的主动队列管理机制的示意图。

如图1所示，混合接入网络由无线局域网和多业务宽带网络组成。多业务宽带网络构成了混合接入网络的有线段，其示例性地包括宽带网络网关、聚合节点、接入节点等中间网络设备以及它们之间的有线连接。家庭网关位于多业务宽带网络和无线局域网之间，用于连接混合网络的有线段和无线段。家庭网关能够管理多个用户设备，在此示例性地示出了两个用户设备。

根据本发明的软件定义控制装置包括无线局域网控制模块和多业务宽带网络控制模块。其中，多业务宽带网络控制模块用于实现位于有线段的中间网络设备的主动队列管理。在此能够采用传统的主动队列管理方法。而无线局域网控制模块用于实施对于家庭网关的主动队列管理。由于家庭网关和用户设备的通信位于无线局域网中，所以在此采用依据本发明的考虑无线质量状况的改善的主动队列管理方法。

图2示出了依据本发明的一种实施方式的用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网的主动队列管理的方法的流程图。

在步骤S201中，软件定义控制装置中的无线局域网控制模块获取无线局域网的接收信号强度标识。该接收信号强度标识能够反映无线局域网的无线质量状况。

在步骤S202中，无线局域网控制模块基于该接收信号强度标识来确定第一数据包标记概率。在传统的主动队列管理机制中，接收信号强度并不是数据包标记概率的参数，对数据包标记概率不会产生影响。而在本发明的方法中，接收信号强度会影响数据包标记概率的参数，从而改变数据包标记概率的值。在下文中将阐述接收信号强度与数据包标记概率的具体关系。

在步骤S203中，无线局域网控制模块通知家庭网关以第一比例来降低数据源的发送速率，例如通知家庭网关控制初始的多媒体数字信号编解码器的速率选择和/或触发多媒体数字信号编解码器的速率下降。此外，该第一比例与第一数据包标记概率相对应。例如，第一比例能够与第一数据包标记概率相等，当确定第一数据包标记概率为25％时，则以25％的比例来降低数据源的发送速率。或者虽然第一比例与第一数据包标记概率不相等，但是与第一数据包标记概率具有对应的关系，即能够基于第一数据包标记概率的一个值计算得到第一比例的相应的值。

在一个优选的实施方式中，图2所示的方法还包括确定平均队列长度的步骤。与传统的主动队列管理机制类似，在无线局域网控制模块确定第一数据包标记概率之前，还需要首先获取无线局域网中的每个数据流的当前队列长度，接着计算无线局域网中的第一平均队列长度，并且在第一平均队列长度小于预先确定的第一队列长度上限值并且大于等于预先确定的第一队列长度下限值的情况下，才继续执行步骤S202。相反地，如果第一平均队列长度不小于预先确定的第一队列长度上限值，则直接标记数据包。而当第一平均队列长度小于预先确定的第一队列长度下限值时，则不标记数据包。

在一个优选的实施方式中，图2所示的方法还包括用于避免在多业务宽带网络中的拥塞的步骤。具体地，多业务宽带网络控制模块获取多业务宽带网络中的每个数据流的当前队列长度并且计算第二平均队列长度，随后在第二平均队列长度小于预先确定的第二队列长度上限值并且大于等于预先确定的第二队列长度下限值的情况下，确定第二数据包标记概率，最后通知中间网络设备以第二比例来降低数据源的发送速率，该第二比例与第二数据包标记概率相对应。其中中间网络设备示例性地为接入节点、聚合节点或者宽带网络网关。该多业务宽带网络控制模块所执行的是传统的在中间网络设备中执行的主动队列管理机制。

在一个优选的实施方式中，接收信号强度通过影响数据包数量的加权因数来改变第一数据包标记概率。例如，根据接收信号强度将无线质量状况分为好、中等和差。对于好的无线质量状况，将数据包数量以加权因数1进行加权，即计数从上一个标记的数据包起的数据包数量；对于中等的无线质量状况，将数据包数量以加权因数2进行加权，即计数从上一个标记的数据包起的数据包数量的两倍；而对于差的无线质量状况，将数据包数量以加权因数3进行加权，即计数从上一个标记的数据包起的数据包数量的三倍。

在另一个优选的实施方式中，接收信号强度能够影响队列权重。例如，对于好的无线质量状况，将队列权重设置为1；对于中等的无线质量状况，将队列权重设置为2；而对于差的无线质量状况，将队列权重设置为3。

在另一个优选的实施方式中，接收信号强度能够影响第一队列长度上限值。例如，根据接收信号强度同样地将无线质量状况分为好、中等和差。对于好的无线质量状况，将预先确定的第一队列长度上限值乘以因子1；对于中等的无线质量状况，将第一队列长度上限值乘以因子1/2；而对于差的无线质量状况，将第一队列长度上限值乘以因子1/3。由于第一队列长度上限值在差的无线质量状况下被降低了，相应的使得标记的数据包的数量增加，由此也能够导致数据源的发送速率的降低。本领域技术人员应当理解，上文中的对无线质量状况的划分以及加权因数、因子和队列权重的大小都是示例性的。其他的划分方式或者加权因数、因子和队列权重的其他值都在本发明的保护范围之内。

通过图2所示的方法，能够使用根据接收信号强度标识可变化的参数来确定数据包标记概率，以替代传统的具有固定的参数值的数据包标记概率的计算方式。从而，能够考虑到无线局域网的无线质量状况地降低数据源的发送速率。对于可用资源少并且动态分配的无线局域网来说，这更加可靠地避免了拥塞。同时，通过图2所示的方法，能够根据具体的应用场合确定用于计算数据包标记概率的参数或者改变第一队列长度上限值，从而提高了主动队列管理的灵活性。

图3示出了依据本发明的一种实施方式的无线局域网控制模块的示意性的结构图。

如图3所示，无线局域网控制模块300包括第二获取单元301、第一计算单元302、第一判断单元303、第一获取单元304、第一确定单元305以及第一通知单元306。

第二获取单元301获取无线局域网中的每个数据流的当前队列长度，并将其提供给第一计算单元302用于计算第一平均队列长度，即无线局域网中的平均队列长度。第一判断单元306判断该第一平均队列长度是否小于预先确定的第一队列长度上限值并且大于等于预先确定的第一队列长度下限值，并将判断的结果提供给第一确定单元305。同时，第一获取单元304获取无线局域网的接收信号强度标识，并且将该接收信号强度标识提供给第一确定单元305。在第一平均队列长度小于第一队列长度上限值并且大于等于第一队列长度下限值的情况下，第一确定单元305基于接收信号强度标识和现有技术中的用于计算数据包标记概率的方法来确定数据包标记概率，并且将计算的结果提供给第一通知单元306。第一通知单元306通知家庭网关以第一比例降低数据源的发送速率，该第一比例与数据包标记概率相对应，例如是相等的。

然而，无线局域网控制模块300也能够仅仅包括第一获取单元304、第一确定单元305以及第一通知单元306，即第一确定单元305不考虑第一平均队列长度地确定数据包标记概率。

在一个优选的实施方式中，第一确定单元305包括未示出的第三确定单元和第三计算单元。其中，第三确定单元根据由第一获取单元304提供的接收信号强度标识来确定数据包数量的加权因数，即报文数量的加权因数。而第三计算单元则基于该加权因数和现有技术中的用于计算数据包标记概率的方法来确定数据包标记概率。

在另一个优选的实施方式中，第一确定单元305包括未示出的第四确定单元和第四计算单元。其中，第四确定单元根据接收信号强度标识确定队列权重。而第四计算单元则基于该队列权重和现有技术中的用于计算数据包标记概率的方法来确定数据包标记概率。

在另一个优选的实施方式中，无线局域网控制模块300还包括未示出的第五确定单元和第五设置单元。其中，第五确定单元根据接收信号强度标识确定第一队列长度上限值的因子。而第五计算单元则将第一队列长度上限值设置为该因子与预先确定的第一队列长度上限值的乘积。

图4示出了依据本发明的一种实施方式的多业务宽带网络控制模块的示意性的结构图。

如图4所示，多业务宽带网络控制模块400包括第三获取单元401、第二计算单元402、第二确定单元403和第二通知单元404。

第三获取单元401获取多业务宽带网络中的每个数据流的当前长度并将其提供给第二计算单元402；第二计算单元402计算第二平均队列长度，即多业务宽带网络中的平均队列长度，并将计算结果提供给第二确定单元；第二确定单元在第二平均队列长度小于预先确定的第二队列长度上限值并且大于等于预先确定的第二队列长度下限值的情况下使用现有技术中的用于计算数据包标记概率的方法来确定第二数据包标记概率；而第二通知单元则通知中间网络设备以第二比例降低数据源的发送速率，该第二比例与第二数据包标记概率相对应，例如是相等的。该中间网络设备示例性地包括接入节点、聚合节点或者宽带网络网关。

与传统的在多个中间网络设备中执行主动队列管理的方案相比，图4提供了一种集中式的主动队列管理模块，减小了中间网络设备的计算量。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。

Claims (12)

1.一种在软件定义控制装置中用于无线局域网和多业务宽带网络的混合接入网的主动队列管理的方法，所述方法包括以下步骤：

A.获取所述无线局域网的接收信号强度标识；

G.基于所述接收信号强度标识来确定第一数据包标记概率；以及

H.通知家庭网关以第一比例来降低数据源的发送速率，所述第一比例与所述第一数据包标记概率相对应；

其中所述步骤(H)包括：

H1.根据所述接收信号强度标识确定数据包数量的加权因数；以及

H2.基于与所述加权因数相乘的所述数据包数量来计算所述第一数据包标记概率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(G)之前还包括以下步骤：

B.获取所述无线局域网中的每个数据流的当前队列长度；

C.计算所述无线局域网中的第一平均队列长度；以及

F.在所述第一平均队列长度小于第一队列长度上限值并且大于等于预先确定的第一队列长度下限值的情况下，跳至所述步骤G。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

I.获取所述多业务宽带网络中的每个数据流的当前队列长度；

J.计算所述多业务宽带网络中的第二平均队列长度；

K.在所述第二平均队列长度小于预先确定的第二队列长度上限值并且大于等于预先确定的第二队列长度下限值的情况下，确定第二数据包标记概率；以及

L.通知中间网络设备以第二比例来降低数据源的发送速率，所述第二比例与所述第二数据包标记概率相对应。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(H)包括以下子步骤：

H1′.根据所述接收信号强度标识确定队列权重；以及

H2′.基于所述队列权重来计算所述第一数据包标记概率。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(F)之前还包括以下步骤：

D.根据所述接收信号强度标识确定所述第一队列长度上限值的因子；以及

E.将所述第一队列长度上限值设置为所述因子与预先确定的第一队列长度上限值的乘积。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述中间网络设备为接入节点、聚合节点或者宽带网络网关。

7.一种软件定义控制装置，其特征在于，所述软件定义控制装置包括：

无线局域网控制模块，所述无线局域网控制模块包括：

第一获取单元，其用于获取所述无线局域网的接收信号强度标识；

第一确定单元，其用于基于所述接收信号强度标识来确定第一数据包标记概率；

第一通知单元，其用于通知家庭网关以第一比例来降低数据源的发送速率，所述第一比例与所述第一数据包标记概率相对应；

其中所述第一确定单元包括：

第三确定单元，其用于根据所述接收信号强度标识确定数据包数量的加权因数；

第三计算单元，其用于基于与所述加权因数相乘的所述数据包数量来计算所述第一数据包标记概率。

8.根据权利要求7所述的软件定义控制装置，其特征在于，所述无线局域网控制模块还包括：

第二获取单元，其用于获取所述无线局域网中的每个数据流的当前队列长度；

第一计算单元，其用于计算所述无线局域网中的第一平均队列长度；

第一判断单元，其用于判断所述第一平均队列长度是否小于第一队列长度上限值并且大于等于预先确定的第一队列长度下限值，其中，所述第一确定单元在所述第一平均队列长度小于所述第一队列长度上限值并且大于等于所述第一队列长度下限值的情况下确定所述第一数据包标记概率。

9.根据权利要求7或8所述的软件定义控制装置，其特征在于，所述软件定义控制装置还包括多业务宽带网络控制模块，所述多业务宽带网络控制模块包括：

第三获取单元，其用于获取所述多业务宽带网络中的每个数据流的当前队列长度；

第二计算单元，其用于计算所述多业务宽带网络中的第二平均队列长度；

第二确定单元，其用于在所述第二平均队列长度小于预先确定的第二队列长度上限值并且大于等于预先确定的第二队列长度下限值的情况下，确定第二数据包标记概率；

第二通知单元，其用于通知中间网络设备以第二比例来降低数据源的发送速率，所述第二比例与所述第二数据包标记概率相对应。

10.根据权利要求7或8所述的软件定义控制装置，其特征在于，所述第一确定单元包括以下子单元：

第四确定单元，其用于根据所述接收信号强度标识确定队列权重；

第四计算单元，其用于基于所述队列权重来计算所述第一数据包标记概率。

11.根据权利要求8所述的软件定义控制装置，其特征在于，所述软件定义控制装置还包括：

第五确定单元，其用于根据所述接收信号强度标识确定所述第一队列长度上限值的因子；

第五设置单元，其用于将所述第一队列长度上限值设置为所述因子与预先确定的第一队列长度上限值的乘积。

12.根据权利要求9所述的软件定义控制装置，其特征在于，所述中间网络设备为接入节点、聚合节点或者宽带网络网关。