CN111630818A - 具有快速适应机制的概率分组标记 - Google Patents

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Abstract

在边缘节点处，处置数据分组以便利用指示重要性级别的相应分组值来标记分组的方法。该方法包括实现可变速率令牌桶以确定分组流的估计到达速率。该方法包括：接收数据分组，基于令牌桶的令牌级别将估计到达速率更新为更新后的到达速率，以及在具有由更新后的到达速率确定的限制的范围内生成随机数或伪随机数。该方法还包括：标识运营商策略和与所述策略相关联的吞吐量值函数（TVF），所述运营商策略确定与分组流相关联的服务级别；并且然后将TVF应用于随机数以计算分组值。分组值被包括在分组的报头中。

Description

具有快速适应机制的概率分组标记
技术领域
本发明涉及分组交换网络中的概率分组标记的领域。
背景技术
在分组网络中，能够使某些分组的路由优先于其它分组通常是重要的。例如，一些分组可以与支付特优服务(premium service)的订户相关联，而其他分组与仅支付基本服务级别的订户相关联。类似地，一些分组可与要求有限但恒定带宽并且对分组丢失敏感的服务(诸如语音呼叫)相关联，而其他分组可与要求高吞吐量或可缩放吞吐量并且能够容忍分组丢失的服务(诸如文件传输服务)相关联。一种区分分组网络内的分组的方式是利用指示分组的相对重要性的值来“标记”每个分组。标记可以在分组网络的边缘节点处完成，边缘节点负责将分组路由到分组网络中。
基于每分组标记的带宽共享控制方法的基本概念是利用表示其重要性的值来标记每个分组。在分组网络内的瓶颈节点中，这些分组值(或重要性值)被用于带宽共享决策。给定流的分组可以具有不同的重要性值。例如，在拥塞的情况下，具有较低重要性(较小的分组值)的分组可在分组网络内首先被丢弃。
WO2014/189422和Nadas-2016(S.Nadas、Z.R.Turanyi和S.Racz在2016年的IEEEGlobecom 2016中发表的Per Packet Value：A practical concept for networkresource sharing)描述了每分组运营商(operator)值(PPOV)方法。这两种方法都是根据基于每分组标记的带宽共享控制，并且即使在按流排队(per flow queuing)不可能时也允许流之间的带宽共享控制。为单个缓冲器定义算法，这导致流当中的共享延迟。
分组可由网络的边缘处的标记节点(即，在边缘节点处)标记。WO2014/189422提出一种基于分层令牌桶(hierarchical token bucket，HTB)的分组标记方法，该方法在仿真中工作良好，但是该方法对于实际应用可能具有太高的计算和存储复杂度。必须维持大量的状态，从而使得该方法在实践中是低效的。该方法要求O(N)个状态，其中N是要被区分的分组值的数量。
Cao-2000(Cao、Zhiruo、Zheng Wang和Ellen Zegura“Rainbow fair queueing:Fair bandwidth sharing without per-flow state”，INFCOM 2000，第十九届IEEE计算机和通信学会的联合年会，会议记录，IEEE卷2，2000年IEEE)描述了一种被称为彩虹公平队列(RFQ)的概率分组标记方法。该方法用于基于到达速率从有限集合中给分组指派“颜色”。为了估计标记节点处的到达速率，RFQ应用指数加权移动平均(EWMA)方案。对于给定的到达速率，指派给分组的颜色遵循预定义的概率分布。这种方法对于稳定的业务负载可以工作良好，但是在网络状况正在改变时的瞬时情况下反应缓慢，从而导致与预期分组颜色分布的高偏差和长稳定化时段。这在实际网络中是个问题，在实际网络中可以看到流的到达速率上的显著波动。
在仿真中，如期望的那样，RFQ中的基于EWMA的标记证明了对于稳定的业务负载工作良好，但是曾在瞬时情况下反应缓慢，从而导致所指派的分组值上的较大波动。这种行为远非针对WO2014/189422的基于分层令牌桶(HTB)的标记方法已观察到的情况。具有高粒度的HTB可以被认为是最佳标记，但是随着粒度增加，存储和计算复杂度也增加并且对于实际应用可能变得太高。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种在负责将接收到的分组转发到分组交换网络上的边缘节点处处置接收到的数据分组以便利用相应分组值来标记所述分组的方法，所述相应分组值指示进一步处置分组交换网络内的分组时要使用的重要性级别。该方法包括实现可变速率的令牌桶以确定分组流的估计到达速率，其中所述令牌桶具有能够被改变的填充速率和桶阈值。该方法包括接收所述流的数据分组；基于所述令牌桶的令牌级别将所述估计到达速率更新为更新后的到达速率；并且在具有由所述更新后的到达速率确定的限制的范围内生成随机数或伪随机数。该方法还包括标识运营商策略和与所述策略相关联的吞吐量值函数(TVF)，所述运营商策略确定与所述分组流相关联的服务级别；并且然后将所述TVF应用于所述随机数以计算指示所述分组的所述重要性级别的分组值。然后，该方法包括将所述分组值包括在所述分组的报头中，并且将所述分组转发到所述分组交换网络上。
更新所述估计到达速率的步骤包括确定所述估计到达速率是稳定的、被高估还是被低估。所述估计到达速率可被确定为：
如果所述令牌级别在零与桶阈值之间，则是稳定的；
如果所述令牌级别大于所述桶阈值，则被高估；
如果所述令牌级别小于零，则被低估。
当所述估计到达速率被低估时，所述更新后的到达速率可被设置为大于所述估计到达速率的速率，并且然后在其内生成所述随机数的所述范围被设置在所述估计到达速率和所述更新后的到达速率之间。可以通过将根据所述令牌级别确定的值与所述估计到达速率相加，计算所述更新后的到达速率。可以通过取令牌级别的绝对值、将它与字节常数求和、并且将总和除以时间常数，计算根据所述令牌级别确定的所述值。该方法可以包括：在更新所述到达速率之后，将所述令牌级别设置为大于零的常数。
当所述估计到达速率被高估时，所述更新后的到达速率被设置为低于所述估计到达速率的速率，并且然后在其内生成所述随机数的所述范围被设置在零和所述更新后的到达速率之间。可以通过从所述估计到达速率中减去由所述令牌级别确定的值，计算更新后的到达速率。可以通过从所述令牌级别中减去所述桶阈值并且将差除以时间常数，计算根据所述令牌级别确定的所述值。如果更新后的到达速率小于所述分组的大小除以所述时间常数，则所述更新后的到达速率可被设置为等于所述分组的所述大小除以所述时间常数。如果这样的话，则该方法可包括：在更新所述到达速率之后，将所述令牌级别设置为零。
当所述估计到达速率为稳定时，可以将所述更新后的到达速率设置为等于所述估计到达速率的速率，并且然后在其内生成所述随机数的所述范围被设置在零和所述更新后的到达速率之间。
确定所述令牌级别的步骤可以包括：至少根据先前令牌级别、所述估计到达速率、所述分组的大小以及所述分组到达边缘节点和所述分组流的紧接在前面的分组到达所述边缘节点之间的时间段，计算所述令牌级别。例如，可通过所述先前令牌级别加上分组的大小、减去与所述时间段相乘的估计到达速率，给出所述令牌级别。
根据本发明的第二方面，提供了一种管理分组网络内的分组业务的方法。该方法包括：在所述网络的边缘节点处，根据第一方面处置分组；以及在所述网络的中间节点处接收分组，其中接收节点被配置成使正被转发的分组的分组值的总和最大化。
根据本发明的第三方面，提供了一种边缘节点，供分组交换网络中使用以便将分组转发到所述网络上。所述边缘节点配置成利用相应分组值来标记所述分组，所述相应分组值指示进一步处置所述分组交换网络内的所述分组时要使用的重要性级别。所述边缘节点包括：用于接收数据分组的接收器；以及一个或多个处理器，可操作以针对每个分组：实现可变速率的令牌桶以确定包括所述数据分组的分组流的估计到达速率。所述令牌桶具有能够被改变的填充速率和桶阈值。一个或多个处理器进一步可操作以基于所述令牌桶的令牌级别将所述估计到达速率更新为更新后的到达速率，以及在具有由所述更新后的到达速率确定的限制的范围内生成随机数或伪随机数。然后，一个或多个处理器可操作以标识运营商策略和与所述策略相关联的吞吐量值函数(TVF)，所述运营商策略确定与所述分组流相关联的服务级别；以及将所述TVF应用于所述随机数以计算指示所述分组的所述重要性的所述分组值。一个或多个处理器进一步可操作以将所述分组值包括在所述分组的报头中。所述边缘节点还包括发送器，用于将所标记的分组发送到分组交换网络上。
一个或多个处理器可以可操作以确定所述估计到达速率是稳定的、被高估还是被低估。一个或多个处理器可以可操作以确定所述估计到达速率为：
如果所述令牌级别在零与桶阈值之间，则是稳定的；
如果所述令牌级别大于所述桶阈值，则被高估；以及
如果所述令牌级别小于零，则被低估。
当所述估计到达速率被低估时，所述一个或多个处理器可以可操作以将所述更新后的到达速率设置为大于所述估计到达速率的速率，以及然后在所述估计到达速率和更新后的到达速率之间的范围内生成所述随机数。所述一个或多个处理器可以可操作以通过将根据所述令牌级别确定的值与所述估计到达速率相加，计算所述更新后的到达速率。例如，所述一个或多个处理器可以可操作以通过取所述令牌级别的绝对值、将它与字节常数求和、并且将总和除以时间常数，计算根据所述令牌级别确定的所述值。所述一个或多个处理器可以进一步可操作以在更新所述到达速率之后，将所述令牌级别设置为大于零的常数。
所述一个或多个处理器可以可操作以：至少根据先前令牌级别、所述估计到达速率、所述分组的大小以及所述分组到达所述边缘节点和所述分组流的紧接在前面的分组到达所述边缘节点之间的时间段，计算所述令牌级别。
所述边缘节点可以被划分在所述分组交换网络的多个物理或虚拟节点上。
根据本发明的第四方面，提供了一种被配置成执行第一方面的方法的边缘节点。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于存储计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可执行指令在被执行时使所述计算机执行第一方面或所述第二方面的方法。
附图说明
图1是无线电通信网络的示意图；
图2是示出根据实施例的方法的步骤的流程图；
图3是示出根据实施例的方法的步骤的流程图；
图4是根据实施例在流速率稳定时的令牌桶的示意图；
图5是根据实施例在流速率被高估时的令牌桶的示意图；
图6是根据实施例在流速率被低估时的令牌桶的示意图；
图7是示出根据实施例的方法的步骤的流程图；
图8是根据实施例的边缘节点的示意图；
图9是描绘重新标记(remark)分组的方法的流程图；以及
图10是示出重新标记分组的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
本文描述的实施例提供了概率分组标记方法，其模拟WO2014/189422中描述的分层令牌桶(HTB)行为。该方法仅需要三个状态变量，并且计算复杂度是O(1)常数。代替维持和使用若干令牌桶，通过概率决策来指派分组值。为了实现这一点，该方法估计要标记的流的到达速率，基于该测量确定随机吞吐量值，并且使用该吞吐量值来确定分组值(PV)。
“令牌桶”是以某个填充速率填充有令牌(表示多个字节)的概念上的桶。令牌桶具有令牌的最大容量，被称为“桶阈值”。为了发送/转发给定大小的分组，从桶中移除合计达到相同大小的对应数量的令牌。如果传入流(incoming flow)中的分组的速率和/或大小是低的，则桶将以令牌过度填充。从桶的顶部溢出的令牌被丢弃。另一方面，如果传入流中的分组的速率太高，则桶将清空令牌。如果桶中存在数量不足以转发分组的令牌，则分组可能被丢弃或以其他方式被处置以降低对应流的吞吐量。
所提出的方法与现有的分组值标记算法相比具有小的实现复杂度，并且使得能够使用连续的分组值范围。与RFQ相比，该方法在模拟HTB行为方面也更好。
实施例提供了一种对网络状况的变化具有更快适应的概率分组标记的加速方法。该方法可以补救由到达速率估计中的误差引起的分组值分布中的偏差。仿真结果已经表明，该方法得出更好地近似于要应用的运营商策略的预期TVF的分组值分布(经验吞吐量-值函数(TVF))。作为所提出的加速机制的结果，瓶颈节点处的带宽份额(share)在与状态转变周围(例如，存在显著的业务突发时)的预期份额的偏差较小的情况下满足预定义的运营商策略。
该方法仅需要三个状态变量，并且它的计算复杂度是恒定的，从而使得它实现起来是切实可行的。该方法依赖于测量包含要被标记的分组的流的到达速率(R)。然后将TVFV(.)应用于从由该方法的规则定义的吞吐量范围中随机均匀地选择的吞吐量值，从而得出与TVF(运营商策略)匹配的一系列PV。
通常，分组标记应当满足两个关键要求：1)对于稳定的业务，经验TVF应当遵循所配置的TVF(运营商策略)；2)该方法应该对到达速率的变化快速反应。
为了利用单个可变速率的令牌桶来模仿分层令牌桶(HTB)行为，当估计增加时，从旧估计和新(更新后的)估计之间的范围中选择随机吞吐量值。此外，当增加速率估计时，可以创建非零令牌桶(即，令牌级别＞0)以避免在斜升(ramp up)时具有一致小的分组值。
图1示意性地示出了包括用户设备(UE)、无线接入网络(RAN)和核心网络(CN)的通信网络。核心网络具有网关(GW)节点，所述网关(GW)节点表示RAN的边缘节点。本发明的实施例可以在边缘节点处实现。来自核心网络的正在向UE(端节点)路由的分组可以在GW节点处利用分组值来标记。GW节点从核心网络接收分组，根据所述方法的实施例确定分组值，并且将分组发送到RAN中的节点。在瓶颈的情况下，RAN中的一个或多个节点可以基于分组值来实现某一拥塞或业务量控制(traffic control)过程。通常，具有高值的分组更可能到达UE，而具有低值的分组更可能被RAN丢弃或以其他方式延迟。
该方法的详细描述在图2中描绘。该方法可以分成以下步骤：
1)初始化：该步骤在启动之后执行一次并且负责设置由该方法使用的变量的初始值。该方法中，维持了三个变量；RU和tokensU，用于表示到达速率和令牌桶的当前大小(即，令牌级别)；和LU，用于表示桶阈值(即，桶的最大容量)。在启动时，初始速率和令牌级别两者可以被设置为零。
2)分类分组：在到达之后，分组应当被分类，因为运营商策略定义了用户、连接或应用级别处的资源共享规则，从而意味着有必要决定哪个分组属于哪个用户、连接或应用。注意，这些概念也可以被组合，例如，不同的策略可以应用于同一用户的VoIP和其它业务。根据该说明性附图，流U标识属于在一起的分组，从而得出由给定运营商策略调整的业务流。
3)确定要应用的运营商策略群组：在标识业务流之后，确定要应用的运营商策略。根据PPV概念，这些策略被定义为吞吐量-值函数(TVF)。在流和TVF之间存在唯一的映射。根据该图，G(U)标识由TVFG(U)定义的针对流U的运营商策略。
4)更新到达速率并且确定所述分组的吞吐量值：为每个流维持到达速率(例如，如果策略被定义用于处置用户的业务，则每个用户应当具有其自己的流；如果不同的策略被应用于不同的应用，则每个流表示由单个应用生成的所有分组；等等)。在具有流U的分组到达之后，如下所述的那样更新到达速率RU。
首先，更新令牌桶，使得考虑传入分组的大小和实际到达速率两者：
tokensU＝tokensU+RU*Δt-p.size， (1)
其中tokensU是当前令牌级别，Δt是自从流U接收到最后的分组以来所流逝的时间，并且p.size是传入分组的大小。基于新的令牌级别，可以区分三种不同的情况：
a)稳定时段：如果新的令牌级别在零与桶阈值LU之间，则认为当前速率估计RU是稳定的，并且因此不需要进一步调整。在这种情况下，接受新的令牌级别，并且将分组吞吐量计算为r＝random(0，RU)(随机均匀地选择)。
b)速率高估：如果tokensU高于LU，则应当减小速率估计。新速率被计算为RU＝RU；old-(tokensU-LU)/DU，其中DU是平均常数(例如DU＝40ms)。如果这个新的估计低于DU间隔中由此单个分组表示的速率p.size/DU，则业务具有长的空闲时段。在这种情况下，我们重置系统，如同分组到达了新近初始化的缓冲器：RU＝p.size/DU和tokensU＝0。然后，分组吞吐量被计算为r＝random(0，RU)(随机均匀地选择)。
c)速率低估：如果tokensU小于零，则认为速率RU被低估，并且因此被更新为RU＝RU；old+(|tokensU|+BU)/DU。为了补偿速率低估，我们使用吞吐量r＝random(RU；old，RU)(随机均匀地选择)。这样，我们旨在当低于RU；old所有桶都被耗尽时模拟HTB行为。为了避免增加RU并且过于频繁地从这个新的间隔中选择，我们以B(1500字节)来加速速率估计上的增加。在速率增加之后，我们还将令牌级别重置为B，从而改写负的tokensU。
5)确定分组值：然后，可以通过应用作为策略群组G(U)的TVF函数：V＝TVFG(U)(r)的、流U的运营商策略来计算分组值。
6)将分组值编码到分组中：所计算的分组值V应当在发送之前被添加到分组。它可以被存储在现有的协议报头(例如ToS)的未使用字段中，或者携带该值的新报头可以被添加到该分组。
虽然通过按照特定顺序所执行的步骤1至6描述了上面的实施例，但是本领域技术人员将理解，在其他实施例中，可按照不同的顺序执行步骤中的一些。例如，可以在更新到达速率和确定吞吐量值(步骤4)之后执行对分组分类和确定运营商策略的步骤2和步骤3。
图3中示出了当到达速率稳定时所提出的方法的示例。传入分组到达标记节点(即，边缘节点)，所述标记节点对所述传入分组分类，并且确定应当应用哪个运营商策略(和对应的TVF)。在示例中，分组属于UserA的“银”应用流。边缘节点更新UserA的银流的到达速率估计，并且然后通过随机过程生成分组值。随机过程涉及从0和RU之间的范围中选择随机数或伪随机数，并且然后将作为TVF给出的策略应用于随机数。所得到的值被编码在传出分组中(即，分组值被包括在分组的报头中)。
图4示出根据本发明的实施例在到达速率(RU)稳定时的令牌桶。流U的具有分组大小p.size的分组到达边缘节点(即，标记节点)。通过将相当于RU*Δt字节的令牌添加到桶，并且移除多达等于p.size的字节数量的令牌，来更新桶的令牌级别。令牌级别小于桶阈值(LU)(即，桶没有在溢出)但是大于零(高于桶的底部)。因此，确定到达速率是稳定的。更新后的到达速率被设置为等于先前的到达速率(其曾被用于计算令牌级别)，即，估计到达速率的值保持不变。随机(或伪随机)数在0到RU的范围内生成，并且被输入到适当的TVF(对应于流U的运营商策略)中以生成分组值V。分组值V被包括在分组的报头中，然后将所述分组转发到分组网络上。
图5示出了根据本发明的实施例在到达速率(RU)被高估时的令牌桶。流U的具有分组大小p.size的分组到达边缘节点(即，标记节点)。通过将相当于RU*Δt字节的令牌添加到桶，并且移除多达等于p.size的字节数量的令牌，来更新桶的令牌级别。新的令牌级别大于桶阈值(LU)(即，桶正在溢出)。因此，确定到达速率被高估。新速率可以计算为RU＝RU；old-(tokensU-LU)/DU。也就是说，通过从估计到达速率中减去由令牌级别确定的值来计算更新后的到达速率，其中通过从令牌级别中减去桶阈值，并且将差除以时间常数(DU)，来给出根据令牌级别确定的所述值。然后，随机(或伪随机)数在0到RU的范围中生成，并且被输入到适当的TVF(对应于流U的运营商策略)中以生成分组值V。分组值V被包括在分组的报头中，然后将所述分组转发到分组网络上。
图6示出了根据本发明实施例在到达速率(RU)被低估时的令牌桶。流U的具有分组大小p.size的分组到达边缘节点(即，标记节点)。通过将相当于RU*Δt字节的令牌添加到桶，并且移除多达等于p.size的字节数量的令牌，来更新桶的令牌级别。新的令牌级别小于零(tokensU＜0)。因此，确定到达速率被低估。新速率可以计算为RU＝RU；old+(|tokensU|+BU)/DU，其中BU是恒定数量的字节(例如1500字节)。也就是说，通过将根据令牌级别确定的值与估计到达速率相加来计算更新后的到达速率，其中通过取令牌级别的绝对值、将它与字节常数(BU)求和、并且将总和除以时间常数(DU)，来计算所述值。然后，随机(或伪随机)数在RU；old到RU的范围中(即，在先前到达速率和更新后的到达速率之间)生成，并且被输入到适当的TVF(对应于流U的运营商策略)中以生成分组值V。分组值V被包括在分组的报头中，然后将所述分组转发到分组网络上。
图7是根据实施例的方法的步骤的流程图。该方法包括接收数据分组S1；实现可变速率的令牌桶以确定包括数据分组的分组流的估计到达速率，其中令牌桶具有能够被改变的填充速率和桶阈值S2；基于令牌桶的令牌级别将估计到达速率更新为更新后的到达速率S3；在由更新后的到达速率确定的限制的范围内生成随机数S4；标识运营商策略和与所述策略相关联的吞吐量值函数(TVF)，所述运营商策略确定与分组流相关联的服务级别S5；将TVF应用于随机数以计算指示分组的重要性级别的分组值S6；将分组值包括在分组的报头中，以及将分组转发到分组交换网络上S7。虽然由图5所示的实施例按照特定顺序提供了步骤S1至S7，但是在其它实施例中，可按照不同顺序执行这些步骤。例如，标识运营商策略的步骤S5可以直接在接收数据分组S1之后。
图8是根据实施例的边缘节点1的示意图。边缘节点包括用于接收数据分组的接收器2；一个或多个处理器3，可操作以针对每个分组：估计包括数据分组的分组流的到达速率，分析到达速率以确定到达速率是稳定的、被高估还是被低估，以及基于该确定来更新估计到达速率，实现可变速率的令牌桶以确定包括数据分组的分组流的估计到达速率，其中令牌桶具有能够被改变的填充速率和桶阈值，基于令牌桶的令牌级别将估计到达速率更新为更新后的到达速率，在具有由更新后的到达速率确定的限制的范围内生成随机数或伪随机数，标识运营商策略和与所述策略相关联的吞吐量值函数(TVF)，所述运营商策略确定与分组流相关联的服务级别，将TVF应用于随机数以计算指示分组的重要性的分组值，并且将分组值包括在分组的报头中；以及发送器4，用于将所标记的分组发送到分组交换网络上。边缘节点还包括存储介质5，其可以是计算机可读存储器。存储介质5可以包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使运营商执行处置分组的所述方法。
PPV概念可以在云中实现。为了实现分组标记，给定的流必须经历(traverse)相同的分组标记，但是不同的流的标记不要求协调。该方法不需要关于瓶颈处的流的任何知识，并且瓶颈对于单个流与对于数百万个流具有相同的复杂度，这得到瓶颈的非常好的缩放。
提出了在单个处理器/在云中的虚拟机中实现的实施例。不同的分组标记可以分布在处理器或虚拟机之间，因为它们不需要与其它分组标记或与瓶颈调度器的任何交互。
上述实施例涉及具有快速适应机制的概率分组标记，其中没有先前分组值的传入分组在边缘节点处首先被标记。然而，有时有必要在网络之间的边界处以新的分组值来重新标记分组。下面的描述涉及用于每分组值(PPV)重新标记的分层带宽估计方案。
在WO2016/007053(通过引用并入本文)中，将每分组运营商值概念扩展到虚拟化环境，其中由于物理网络运营商可以将各种策略应用于不同的虚拟网络运营商，所以要求在虚拟和物理网络的边界处重新标记分组值。如果分组从虚拟网络VN-1进入物理网络，则重新标记算法应当考虑所携带的分组值和为VN-1定义的策略两者。然而，此重新标记算法基于可能不稳定的顺序带宽估计方案。由于重新标记的可靠性是基于对所观测的吞吐量-分组值函数(TVF)的准确重构，因此这种不稳定性导致在物理运营商中的瓶颈节点处与期望带宽份额的偏差。
提出了通过使用分层带宽估计方案来准确地重构网络中的重新标记器节点处的所观测的吞吐量-值函数(TVF)来解决该问题。由于分组值空间可能是大的，因此它被分成K个不相交的范围。代替独立地估计每个值范围的到达速率，将范围组织在具有K个级别的分层中：对于每个i，第i个范围是第i+1个范围的一部分。然后对每个级别应用速率估计方案，其中对于级别i的速率估计，考虑具有范围从i到1的分组值的分组。
该解决方案可以允许以更高的精度来估计到达业务的TVF。因此，重新标记之后的业务将更好地满足物理网络运营商的策略。分层带宽估计可以得到在物理网络中的瓶颈处的更好的带宽份额和更稳定的速率估计，从而满足物理和虚拟运营商两者的策略。
虚拟联网需要分组重新标记。传入业务已经用分组值v标记，并且物理运营商具有由TVF——VVN(.)定义的每个虚拟网络VN的策略。此TVF可以用于计算物理网络PN中要使用的新分组值。在图9和图10中描绘所提出的方法的主要步骤。
重新标记节点需要在VN和PN的分组值空间之间执行转译(translation)。为此，所提出的重新标记算法首先确定VN的分组值空间的传入TVF——
Figure BDA0002596931390000131
如图9的左侧上所描绘，并且然后应用PN的VN策略VVN(.)，其在图9的右侧上的图表示出。
图10示出了被分成以下步骤的方法的实施例：
1)分组值解码：在分组到达重新标记节点之后，从分组中提取并解码所携带的分组值PV。
2)传入TVF的构建：由于分组值空间可以是大的，为了减少要被存储的状态的数量，所提出的算法首先将VN的PV空间分成K个不相交范围：(vK，vK-1]、(vK-1，vK-2]、...、(v1，v0]，其中vi＞vi+1。这些范围可以遵循对数大小(logarithmic sizing)，但是它们也可以具有相等的大小，或者其它方案也是可能的(例如，如果PN具有关于预期PV分布的先验知识的话)。对于每个vi(1≤i≤K)，测量具有范围(vi，v0]中的PV的分组的到达速率(Thi)，从而创建由图9左侧中的灰色框所示的传入TVF的近似。实践中，对于具有PV为v的传入分组，我们首先针对每个i更新所有Thi速率估计，其中v＞vi，如图10中描绘的那样。
3)分组值空间之间的转译：然后，从范围(Thj-1，Thj]中选择传入速率x作为近似
Figure BDA0002596931390000141
其中传入分组v的分组值在范围(vj，vj-1]中。注意，可以例如随机均匀地或根据任何其它方案进行x的选择。然后，可以通过针对给定VN应用物理运营商的策略将新的分组值计算为v新＝VVN(x)。
4)分组值编码：在确定新的分组值之后，将它编码到分组中。旧的值也可以封装到传出分组中。
总之，重新标记分组的所提出的方法涉及以分层方式估计与PV仓(bin)相关联的吞吐量，其中给定仓的吞吐量估计还包括具有比在该仓中的PV高的PV的传入分组。对于传入分组，基于属于该分组的PV仓的吞吐量估计和基于属于先前PV的吞吐量估计，确定随机吞吐量值。所确定的吞吐量值被用在描述属于VNO的策略的TVF中。

Claims (27)

1.一种在负责将接收到的分组转发到分组交换网络上的边缘节点处处置所述接收到的数据分组以便利用相应分组值来标记所述分组的方法，所述相应分组值指示进一步处置所述分组交换网络内的所述分组时要使用的重要性级别，所述方法包括：
实现可变速率的令牌桶以确定分组流的估计到达速率，其中所述令牌桶具有能够被改变的填充速率和桶阈值；
接收所述流的数据分组；
基于所述令牌桶的令牌级别将所述估计到达速率更新为更新后的到达速率；
在具有由所述更新后的到达速率确定的限制的范围内生成随机数或伪随机数；
标识运营商策略和与所述策略相关联的吞吐量值函数（TVF），所述运营商策略确定与所述分组流相关联的服务级别；
将所述TVF应用于所述随机数以计算指示所述分组的所述重要性级别的分组值；以及
将所述分组值包括在所述分组的报头中并且将所述分组转发到所述分组交换网络上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中更新所述估计到达速率的步骤包括确定所述估计到达速率是稳定的、被高估还是被低估。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述估计到达速率被确定为：
如果所述令牌级别在零与所述桶阈值之间，则是稳定的；
如果所述令牌级别大于所述桶阈值，则被高估；
如果所述令牌级别小于零，则被低估。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，当所述估计到达速率被低估时，所述更新后的到达速率被设置为大于所述估计到达速率的速率，并且在其内生成所述随机数的所述范围被设置在所述估计到达速率和所述更新后的到达速率之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中通过将根据所述令牌级别确定的值与所述估计到达速率相加，计算所述更新后的到达速率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过取所述令牌级别的绝对值、将它与字节常数求和、并且将总和除以时间常数，计算根据所述令牌级别确定的所述值。
7.根据权利要求4、5或6所述的方法，并且包括在更新所述到达速率之后，将所述令牌级别设置为大于零的常数。
8.根据权利要求2或3所述的方法，其中，当所述估计到达速率被高估时，所述更新后的到达速率被设置为低于所述估计到达速率的速率，并且在其内生成所述随机数的所述范围被设置在零和所述更新后的到达速率之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其中通过从所述估计到达速率中减去由所述令牌级别确定的值，计算所述更新后的到达速率。
10.根据权利要求9的方法，其中通过从所述令牌级别中减去所述桶阈值、并且将差除以时间常数，计算根据所述令牌级别确定的所述值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，如果所述更新后的到达速率小于所述分组的大小除以所述时间常数，则所述更新后的到达速率被设置为等于所述分组的所述大小除以所述时间常数。
12.根据权利要求11所述的方法，并且包括在更新所述到达速率之后，将所述令牌级别设置为零。
13.根据权利要求2或3所述的方法，其中当所述估计到达速率稳定时，所述更新后的到达速率被设置为等于所述估计到达速率的速率，并且在其内生成所述随机数的所述范围被设置在零和所述更新后的到达速率之间。
14.根据任一前述权利要求所述的方法，其中确定所述令牌级别的步骤包括：
至少根据先前令牌级别、所述估计到达速率、所述分组的大小以及所述分组到达所述边缘节点和所述分组流的紧接在前面的分组到达所述边缘节点之间的时间段，计算所述令牌级别。
15.根据权利要求14所述的方法，其中通过所述先前令牌级别加上所述分组的所述大小、减去与所述时间段相乘的所述估计到达速率，给出所述令牌级别。
16.一种管理分组网络中的分组业务的方法，并且所述方法包括：在所述网络的边缘节点处，根据前述权利要求中的任一项处置分组，在所述网络的中间节点处接收分组，接收节点被配置成使正在被转发的分组的分组值的总和最大化。
17.一种边缘节点，供分组交换网络中使用以便将分组转发到所述网络上，并且被配置成利用相应分组值来标记所述分组，所述相应分组值指示进一步处置所述分组交换网络内的所述分组时要使用的重要性级别，所述边缘节点包括：
用于接收数据分组的接收器；
一个或多个处理器，可操作以针对每个分组：
实现可变速率的令牌桶以确定包括所述数据分组的分组流的估计到达速率，其中所述令牌桶具有能够被改变的填充速率和桶阈值；
基于所述令牌桶的令牌级别将所述估计到达速率更新为更新后的到达速率；
在具有由所述更新后的到达速率确定的限制的范围内生成随机数或伪随机数，
标识运营商策略和与所述策略相关联的吞吐量值函数（TVF），所述运营商策略确定与所述分组流相关联的服务级别，
将所述TVF应用于所述随机数以计算指示所述分组的所述重要性的所述分组值，以及
将所述分组值包括在所述分组的报头中；以及
发送器，用于将所标记的分组发送到所述分组交换网络上。
18.根据权利要求17所述的边缘节点，其中所述一个或多个处理器可操作以确定所述估计到达速率是稳定的、被高估还是被低估。
19.根据权利要求18所述的边缘节点，其中所述一个或多个处理器可操作以确定所述估计到达速率为：
如果所述令牌级别在零与所述桶阈值之间，则是稳定的；
如果所述令牌级别大于所述桶阈值，则被高估；以及
如果所述令牌级别小于零，则被低估。
20.根据权利要求18或19所述的边缘节点，其中，当所述估计到达速率被低估时，所述一个或多个处理器可操作以将所述更新后的到达速率设置为大于所述估计到达速率的速率，并且在所述估计到达速率和所述更新后的到达速率之间的所述范围内生成所述随机数。
21.根据权利要求20所述的边缘节点，其中所述一个或多个处理器可操作以通过将根据所述令牌级别确定的值与所述估计到达速率相加，计算所述更新后的到达速率。
22.根据权利要求21所述的边缘节点，其中所述一个或多个处理器可操作以通过取所述令牌级别的绝对值、将它与字节常数求和、并且将总和除以时间常数，计算根据所述令牌级别确定的所述值。
23.根据权利要求22所述的边缘节点，其中所述一个或多个处理器还可操作以在更新所述到达速率之后，将所述令牌级别设置为大于零的常数。
24.根据权利要求17至23中的任一项所述的边缘节点，其中所述一个或多个处理器可操作以：
至少根据先前令牌级别、所述估计到达速率、所述分组的大小以及所述分组到达所述边缘节点和所述分组流的紧接在前面的分组到达所述边缘节点之间的时间段，计算所述令牌级别。
25.根据权利要求17至24中的任一项所述的边缘节点，其中所述边缘节点被划分在所述分组交换网络的多个物理或虚拟节点上。
26.一种边缘节点，所述边缘节点被配置成执行根据权利要求1至15中的任一项所述的方法。
27.一种用于存储计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可执行指令在被执行时使所述计算机执行根据权利要求1至16中的任一项所述的方法。
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