CN109257298A - 基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法，包括：流控服务器按照自适应比例控制算法根据各网络终端的发送速率及流控队列排队时长，结合服务器自身缓存状态生成流量控制包，对相应的网络终端进行网络流量控制。与现有技术相比，其有益效果是：(一)采用流量控制算法有效解决了终端网络突发速率高于链路传输带宽的问题，保证各流控终端对链路带宽的公平共享；(二)采用基于网络通信的流控协议，可以同时对网段内所有的载荷终端设备进行流量控制，且具有较好的通用性和可扩展性；(三)流量控制参数可动态调整，以便于满足各类应用需求来实现最佳网络传输效率。

Description

基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法。

背景技术

随着航天测控技术的发展，特别是基于TCP/IP协议和IP over CCSDS协议体制实现了天地一体化网络通信功能，为图像、话音、综合遥测、载荷等类型数据提供上、下行通道。

航天器作为数据传输枢纽，负责接收中继链路/对地链路上行的传输帧，完成数据同步、译码、解密等操作后根据数据类型将数据发送给相应用户，同时接收下行实时遥测数据、网络数据、载荷数据、图像数据、话音数据等多路数据，根据通信网协议对网络数据、图像数据、载荷数据进行分类提取IP包，对有加密需求的数据源进行加密处理后组帧、调度，送中继终端设备或对地数传设备调制发送。

对应用需求进行风险分析，各网络终端突发速率可能高于中继链路下行带宽，根据香农信息理论，信道容量C＝Blog2(1+S/N)，若信源发送数据的速率大于信道容量将可能拥塞，因此需在航天器内部开辟缓存，对各网络终端进行流量控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法，包括：

步骤a：流控服务器对终端发送的流量汇报数据进行监测；

步骤b：流控服务器按固定周期TS1查询当前缓存区状态，根据缓存区的状态对终端档位进行调整；

步骤c：流控服务器设置终端流量采用终端确认机制，各终端随时加入或退出流控机制。

进一步的，在上述方法中，所述步骤a包括：

步骤a1：当所述流控服务器接收到终端主动汇报的流量信息时，对该终端的状态进行记录，形成下传终端接入列表，对终端的IP地址、速度档位、接入时间的信息进行记录；

步骤a2：终端接入后将按固定周期TS2向流控服务器发送回放速率档位，流控服务器将存储的状态列表进行实时更新，IP地址信息和接入时间信息保持不变；

步骤a3：当接收数据的档位信息不符合流量控制协议要求时，对接收数据进行过滤；

步骤a4：当所述流控服务器按固定周期TS3未接收到存储终端汇报的回放速率信息时，所述流控服务器从存储的状态列表中将该终端删除。

进一步的，在上述方法中，所述步骤b包括：

步骤b1：流控服务器内部针对千兆接口开辟一块缓存区，并设置三个阈值V-、V+1、V+2、，其中V-＜V+1＜V+2，V-为控制终端加快回放速度标志，V+1为控制终端降低回放速度标志，V+2为控制终端暂停回放速度标志；

步骤b2：若当前缓存区低于V-，则将流控服务器内部记录表中档位最低的终端增加一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整；

步骤b3：若缓存区高于V-且低于V+1，若记录表中最高档位与最低档位差不超过1，则不进行处理，若最高档位与最低档位差超过1，将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整，将流控服务器内部记录表中档位最低的终端提高一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整；

步骤b4：若缓存区高于V+1且低于V+2，则将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整；

步骤b5：若缓存区高于V+2，则将流控服务器内部记录表中所有终端设置为速度为0的档位。

进一步的，在上述方法中，所述步骤c包括：

步骤c1：所述流控服务器发送流量控制信息后，若固定周期TS4未接收到终端回复的响应信息，即将该终端从记录的状态列表中删除；

步骤c2：所述流控服务器在下一个查询周期内对更新的状态列表中的终端按照所述步骤b流程进行流量控制；

步骤c3：当终端重新定期向所述流控服务器汇报状态时，所述流控服务器重新对该设备进行接入管理。

与现有技术相比，本本发明公开了一种基于自适应比例控制算法(APRCA)的网络流量控制方法说明书。该方法包括如下步骤：流控服务器按照自适应比例控制算法根据各网络终端的发送速率及流控队列排队时长，结合服务器自身缓存状态生成流量控制包，对相应的网络终端进行网络流量控制。本发明能够高效解决因信道容量不足导致的网络传输拥塞问题。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法的流控服务器与各流控终端的交互关系图；

图2是本发明一实施例的流控服务器维护的缓存区、流控表和流控报文之间的逻辑关系图；

图3是本发明一实施例的的流控表维护和流控包发送控制流程图；

图4是本发明一实施例的流控报文格式图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～4所示，本发明提供一种基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法，包括：

步骤a：流控服务器对终端发送的流量汇报数据进行监测；

步骤b：流控服务器按固定周期TSl(暂定100ms)查询当前缓存区状态，根据缓存区的状态对终端档位进行调整；

步骤c：流控服务器设置终端流量采用终端确认机制，各终端随时加入或退出流控机制。

在此，本发明公开了一种基于自适应比例控制算法(APRCA)的网络流量控制方法说明书。该方法包括如下步骤：流控服务器按照自适应比例控制算法根据各网络终端的发送速率及流控队列排队时长，结合服务器自身缓存状态生成流量控制包，对相应的网络终端进行网络流量控制。本发明能够高效解决因信道容量不足导致的网络传输拥塞问题。

本发明的基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法一实施例中，所述步骤a包括：

步骤a1：当所述流控服务器接收到终端主动汇报的流量信息时，对该终端的状态进行记录，形成下传终端接入列表，对终端的IP地址、速度档位(暂定1～13档)、接入时间等信息进行记录；

步骤a2：终端接入后将按固定周期TS2(暂定1s)向流控服务器发送回放速率档位，流控服务器将存储的状态列表进行实时更新，IP地址信息和接入时间信息保持不变；

步骤a3：当接收数据的档位信息不符合流量控制协议要求时，对接收数据进行过滤；

步骤a4：当所述流控服务器按固定周期TS3(暂定2s)未接收到存储终端汇报的回放速率信息时，所述流控服务器从存储的状态列表中将该终端删除。

本发明的基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法一实施例中，所述步骤b包括：

步骤b1：流控服务器内部针对千兆接口开辟一块缓存区，并设置三个阈值V-、V+1、V+2、，其中V-＜V+1＜V+2，V-为控制终端加快回放速度标志，V+I为控制终端降低回放速度标志，V+2为控制终端暂停回放速度标志；

步骤b2：若当前缓存区低于V-，则将流控服务器内部记录表中档位最低的终端增加一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整；

步骤b3：若缓存区高于V-且低于V+1，若记录表中最高档位与最低档位差不超过1，则不进行处理，若最高档位与最低档位差超过1，将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整，将流控服务器内部记录表中档位最低的终端提高一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整；

步骤b4：若缓存区高于V+1且低于V+2，则将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整；

步骤b5：若缓存区高于V+2，则将流控服务器内部记录表中所有终端设置为速度为0的档位。

本发明的基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法一实施例中，所述步骤c包括：

步骤c1：所述流控服务器发送流量控制信息后，若固定周期TS4(暂定60ms)未接收到终端回复的响应信息，即将该终端从记录的状态列表中删除；

步骤c2：流控服务器在下一个查询周期内对更新的状态列表中的终端按照所述步骤b流程进行流量控制；

步骤c3：当终端重新定期向流控服务器汇报状态时，流控服务器重新对该设备进行接入管理。

具体的，本发明适用的航天器计算机系统需要有下面几个条件：

1、流控服务器的内部缓存容量条件

由于本发明是基于流控服务器内部缓存容量的调度策略，可利用OPNET工具进行建模仿真，估算流控服务器以及所在天地一体化链路的平均传输速率，模拟设置缓存容量相关的三个阈值V-、V+1、V+2，以及算法实时性相关的参数(TS1缓存查询周期、TS2流控汇报周期、TS3流控退出间隔、TS4流控回告间隔)以满足各类实际应用场景。

2、网络传输条件

本发明方法基于网络通过一次握手实现对流控终端的统一管理，航天流控服务器及各终端设备需要对标准IEEE 802.3的网络传输协议标准，因此本发明也就能适用于支持标准TCP/IP协议的航天器控制计算机系统。

鉴于上述两个条件一般的天地一体化网络通信航天器控制系统都满足，故本发明可以应用到大多数的航天器数据服务器系统对航天器各载荷终端进行流量控制。

本实例流控服务器按照自适应比例控制算法根据各网络终端的发送速率及流控队列排队时长，结合服务器自身缓存状态生成流量控制包，对相应的网络终端进行网络流量控制。其方法的具体步骤如下：

如图1所示，流控服务器与各流控终端的交互关系图；图2是本发明一实施例的流控服务器维护的缓存区、流控表和流控报文之间的逻辑关系图；图3是本发明一实施例的的流控表维护和流控包发送控制流程图；图4是本发明一实施例的流控报文格式图。

本发明包括如下步骤：

步骤a：流控服务器对网络终端发送的流量汇报数据进行监测；

步骤a1：流控服务器接收终端的流控汇报；

该步骤描述了当流控服务器接收到终端主动汇报的流量信息时(协议报文见图4和下表1)，对该终端的状态进行记录，形成下传终端接入列表(流控表见下表2)，对终端的IP地址、速度档位(暂定1～13档)、接入时间等信息进行记录。

表1流控协议包报文格式

表2流控状态表

步骤a2：流控服务器维护流控表；

该步骤描述了当流控终端接入流控服务器后将按TS2(暂定1s)周期性向流控服务器发送回放速率档位，流控服务器将存储的流控表进行实时更新，IP地址信息和接入时间信息保持不变。

步骤a3：流控服务器对流控终端的流控汇报报文的有效性校验。

该步骤描述了当流控服务器接收的流控终端的流控汇报数据的档位信息不符合流量控制协议要求时，对接收数据进行过滤。

步骤a4：流控服务器对流控终端的退出管理机制。

该步骤描述了当流控服务器TS3(暂定2s)未接收到存储终端汇报的回放速率信息时，流控服务器从存储的流控表中将该终端删除。

步骤b：流控服务器按固定周期TS1(暂定100ms)查询当前缓存区状态，根据缓存区的状态对终端档位进行调整；

步骤b1：流控服务器对本机缓存的管理机制；

这一步骤描述了流控服务器内部针对千兆接口开辟一块缓存区，并设置三个阈值V-、V+1、V+2、，其中V-＜V+1＜V+2，V-为控制终端加快回放速度标志，V+1为控制终端降低回放速度标志，V+2为控制终端暂停回放速度标志。

步骤b2：

若流控服务器当前缓存区低于V-，则将流控服务器内部记录表中档位最低的终端增加一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整。

步骤b3：若缓存区高于V-且低于V+1，若记录表中最高档位与最低档位差不超过1，则不进行处理，若最高档位与最低档位差超过1，将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整，将流控服务器内部记录表中档位最低的终端提高一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整；

步骤b4：若缓存区高于V+1且低于V+2，则将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整；

步骤b5：若缓存区高于V+2，则将流控服务器内部记录表中所有终端设置为速度为0的档位。

步骤c：流控服务器设置终端流量采用终端确认机制，各网络终端可随时加入或退出流控机制；

步骤c1：流控服务器发送流量控制信息后，若TS4(暂定60ms)未接收到终端回复的响应信息，即将该终端从记录的状态列表中删除；

步骤c2：流控服务器在下一个查询周期TS1(暂定100ms)内对更新的状态列表中的终端按照上述步骤b流程进行流量控制；

步骤c3：当网络终端重新定期向流控服务器汇报状态时，流控服务器重新对该设备进行接入管理。

以某型号为例，该型号的单机CPU为TMS320C6455，源程序代码使用C语言进行编写，作为一个天地链路网关设备，其本身开辟一片容量为Q的缓存，并给该缓存区设置最大阈值q_max和最小阈值q_min，同时，为提高可靠性，确保在某些特殊状况下数据不溢出，设置流量警戒阈值q_alert，三个阈值的关系为q_min＜q_max＜q_alert。天地一体化网络网关设备以中间节点的瞬时队列长度作为输入，并通过指数加权平均滑动模型来计算平均队列长度，然后根据平均队列长度与相关阈值做比较来确定是否对网络终端速率进行调整。

由上可知，采用基于自适应比例控制算法(APRCA)的网络流量控制方法，借助现有的大容量存储器缓存技术，通过一次握手实现对流控终端的统一管理，使得网关设备缓存队列长度始终在合理的范围内，即保证了重要业务数据的服务也保证了实时性业务数据的服务，即充分利用宝贵的中继带宽，又保证数据不会溢出丢失，很好的满足了空间以太网数据传输业务需求，在后续基于网络架构的空间应用中具有广泛的前景。

与现有技术相比，其有益效果是：

(一)采用流量控制算法有效解决了终端网络突发速率高于链路传输带宽的问题，保证各流控终端对链路带宽的公平共享；(二)采用基于网络通信的流控协议，可以同时对网段内所有的载荷终端设备进行流量控制，且具有较好的通用性和可扩展性；(三)流量控制参数可动态调整，以便于满足各类应用需求来实现最佳网络传输效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法，其特征在于，包括：

步骤a：流控服务器对终端发送的流量汇报数据进行监测；

步骤b：流控服务器按固定周期TS1查询当前缓存区状态，根据缓存区的状态对终端档位进行调整；

步骤c：流控服务器设置终端流量采用终端确认机制，各终端随时加入或退出流控机制。

2.如权利要求1所述的基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法，其特征在于，所述步骤a包括：

步骤a1：当所述流控服务器接收到终端主动汇报的流量信息时，对该终端的状态进行记录，形成下传终端接入列表，对终端的IP地址、速度档位、接入时间的信息进行记录；

步骤a2：终端接入后将按固定周期TS2向流控服务器发送回放速率档位，流控服务器将存储的状态列表进行实时更新，IP地址信息和接入时间信息保持不变；

步骤a3：当接收数据的档位信息不符合流量控制协议要求时，对接收数据进行过滤；

步骤a4：当所述流控服务器按固定周期TS3未接收到存储终端汇报的回放速率信息时，所述流控服务器从存储的状态列表中将该终端删除。

3.如权利要求1所述的基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法，其特征在于，所述步骤b包括：

步骤b1：流控服务器内部针对千兆接口开辟一块缓存区，并设置三个阈值V-、V+1、V+2、，其中V-＜V+1＜V+2，V-为控制终端加快回放速度标志，V+1为控制终端降低回放速度标志，V+2为控制终端暂停回放速度标志；

步骤b2：若当前缓存区低于V-，则将流控服务器内部记录表中档位最低的终端增加一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整；

步骤b3：若缓存区高于V-且低于V+1，若记录表中最高档位与最低档位差不超过1，则不进行处理，若最高档位与最低档位差超过1，将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整，将流控服务器内部记录表中档位最低的终端提高一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对先接入设备进行优先调整；

步骤b4：若缓存区高于V+1且低于V+2，则将流控服务器内部记录表中档位最高的终端降低一个档位，当出现多个终端相同档位时，按照第一次注册时间排队，对后接入设备进行优先调整；

步骤b5：若缓存区高于V+2，则将流控服务器内部记录表中所有终端设置为速度为0的档位。

4.如权利要求1所述的基于自适应比例控制算法的网络流量控制方法，其特征在于，所述步骤c包括：

步骤c1：所述流控服务器发送流量控制信息后，若固定周期TS4未接收到终端回复的响应信息，即将该终端从记录的状态列表中删除；

步骤c2：所述流控服务器在下一个查询周期内对更新的状态列表中的终端按照所述步骤b流程进行流量控制；

步骤c3：当终端重新定期向所述流控服务器汇报状态时，所述流控服务器重新对该设备进行接入管理。