CN113852567A - 面向多模态业务流的公平性调度装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于多模态网络技术领域，具体涉及一种面向多模态业务流的公平性调度装置及方法，该装置包括模态分类器、多模态队列、多模态交换调度中心和交换结构；模态分类器识别不同模态的业务流量，并将其送入不同的模态队列中；多模态队列承载不同的模态业务流，每一个队列标识为一类模态，并将各模态队列的特性上传给多模态交换调度中心；多模态交换调度中心用于统计各模态队列的特性，制定适配多模态业务流的交换调度策略，并向交换结构加载交换调度策略；交换结构接收多模态交换调度中心输出的交换调度策略，并执行交换调度逻辑，开启相应的模态队列，并输出业务流。本发明在满足多模态服务质量的同时，保障多模态业务流之间的公平交换调度。

Description

面向多模态业务流的公平性调度装置及方法

技术领域

本发明属于多模态网络技术领域，具体涉及一种面向多模态业务流的公平性调度装置及方法。

背景技术

经过近几十年的飞速发展，互联网日益成为国家信息基础设施的重要组成部分。随着互联网的业务流量呈现多样化增长，网络容量不断扩大，迫切需要支撑网络的关键技术跟上互联网的发展步伐。目前，网络节点（路由器、交换机等）正逐渐成为制约网络基础设施发展的关键性因素，交换结构和调度算法作为网络节点的模块，研究支持高带宽、多端口、可扩展性强的混合交换技术是目前带宽网络的重要课题之一。由于近年来以服务内容、空间坐标、标识分离为中心的寻址路由等技术发展迅速，已在现实网络中初步应用并取得良好效果，网络寻址呈现多模态，网络已逐渐从单一构造向多模态融合体制转变，传统的尽力而为的服务模型已难以满足多样化的网络当中，并不能为多模态网络提供良好的服务需求。

在多模态网络当中，多种模态业务流（IP标识、地理空间标识、内容标识等）共存，不同模态流量的突发性、包长度、流量大小和速率特性不同,不同模态的流量对网络的资源需求不尽相同，为了促使多种模态能合理配置、有序共享网络资源，需要设计高性能的多模态调度策略。因此，如何在充分利用交换带宽资源，满足模态服务质量的同时，均衡公平/优先级交换的策略,是多模态混合交换技术首要解决的问题。

现有技术中，当前交换机系统采用的交换调度策略（先到先服务、基于优先级、轮询、加权排队等）无法区分多种模态的业务流，无法针对不同的模态业务需求提供差异化的服务保障，在链路拥塞或突发的情况下，延迟严重，丢包率大严重，难以实现多模态业务流的快速转发和带宽共享，限制了网络节点的多元化发展，在灵活性和实时性等方面仍然难以适应网络业务的复杂性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种面向多模态业务流的公平性调度装置及方法，能够适配多模态业务流的多元化需求和高性能服务，易于实现网络功能的扩展。

为解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种面向多模态业务流的公平性调度装置，包括模态分类器、多模态队列、多模态交换调度中心和交换结构；

所述模态分类器，用于识别不同模态的业务流量，并将其送入不同的模态队列中；

所述多模态队列，用于接收来自模态分类器的数据包，承载不同的模态业务流，每一个队列标识为一类模态，并将各模态队列的特性上传给多模态交换调度中心；

所述多模态交换调度中心，用于统计各模态队列的特性，制定适配多模态业务流的交换调度策略，并向交换结构加载交换调度策略，以满足多模态业务流的QoS需求；

所述交换结构，用于接收多模态交换调度中心输出的交换调度策略，并执行交换调度逻辑，开启相应的模态队列，并输出业务流。

进一步地，所述多模态业务流包括多种模态的寻址模式的业务类型，包括IP标识寻址、内容标识寻址和地理空间标识寻址。

进一步地，所述各模态队列的特性包括各模态队列长度、数据包大小、突发性、时延、带宽、丢包、抖动的QoS需求。

进一步地，还包括数据包解析单元，借助可编程数据平面对数据包进行自定义解析流水线，深度解析业务流的特征，识别不同的模态业务流，感知不同模态业务流对网络资源的QoS需求。

进一步地，所述交换调度策略是基于优先级权重制定的，具体是：根据各模态队列的特性动态调整各模态队列的权重，为不同模态队列业务流提供公平的服务质量。

进一步地，所述交换调度策略采用多样化的交换调度算法，所述交换调度算法为权重/信贷轮询和/或虚时钟调度算法。

进一步地，所述公平性调度装置适用于多模态业务流共存的网络，定位各模态业务流对网络资源的需求，提供相比固定优先级的调度更加细粒度的延迟控制并具有自适应能力，对延迟高的数据包提高服务优先级，对延迟低的数据包降低服务优先级。

进一步地，所述多模态交换调度中心基于机器学习、深度学习方法实现长期公平交换调度算法，不仅考虑即时参量，而且考虑历史延时累计量，根据不同模态流量的情况进行针对性处理，使得调度更理性，队列时延不会随流量突变而突变。

进一步地，所述公平性调度装置支持动态更新和扩展功能，针对新出现的模态业务类型编写新的交换调度算法，或者针对已经存在的模态业务类型修改、删除相应的交换调度算法。

本发明还提供了一种面向多模态业务流的公平性调度方法，包含以下步骤：

模态分类器识别不同模态的业务流量，并将其送入不同的模态队列中；

多模态队列接收来自模态分类器的数据包，承载不同的模态业务流，每一个队列标识为一类模态，并将各模态队列的特性上传给多模态交换调度中心；

多模态交换调度中心统计各模态队列的特性，制定适配多模态业务流的交换调度策略，并向交换结构加载交换调度策略，以满足多模态业务流的QoS需求；

交换结构接收多模态交换调度中心输出的交换调度策略，并执行交换调度逻辑，开启相应的模态队列，并输出业务流。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的一种面向多模态业务流的公平性调度装置，网络节点可以识别不同模态（IP标识寻址、内容标识寻址、地理空间标识寻址等）的业务流量，并适应不同模态业务流对网络资源需求的多样性，在满足多模态服务质量的同时，保障多模态业务流之间的公平交换调度。

2、本发明借助可编程数据平面能够对多模态流量自定义解析，并精确感知多模态业务流量对网络资源的需求，制定公平的交换调度策略，以满足多模态业务流的QoS需求。此外，基于这种公平性交换调度策略旨在面向多模态业务流共存融合的网络，能根据不同模态流量的特点（突发性、时延、带宽等），制定适应各模态流量需求的交换调度策略，使多模态网络服务最大化，能促使多种模态合理配置、有序共享网络资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的面向多模态业务流的公平性调度装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的面向多模态业务流的公平性调度方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的面向多模态业务流的公平性调度装置，包括模态分类器、多模态队列、多模态交换调度中心、交换结构和出口流水线。

模态分类器，用于识别不同模态的业务流量，采用机器学习、统计分析等方法对业务流进行精确模态分类，并将其送入不同的模态队列中。

多模态队列，用于接收来自模态分类器的数据包，承载不同的模态业务流，每一个队列标识为一类模态，并将各模态队列的特性上传给多模态交换调度中心，以及根据交换调度策略输出不同模态队列的流量。

多模态交换调度中心，用于统计各模态队列的特性，实时制定适配多模态业务流的交换调度策略，并向交换结构加载交换调度策略，在满足多模态业务流服务需求的同时，保障各模态业务流的公平性调度。

交换结构，用于接收多模态交换调度中心输出的交换调度策略，并执行交换调度逻辑，开启相应的模态队列，并输出业务流，对不同模态的业务流实现快速转发和带宽分配。

出口流水线，根据交换结构输出的业务流按序处理不同数据流，对数据包进行自定义封装，并输出到指定端口。

优选的，所述多模态业务流包括多种模态的寻址模式的业务类型，包括IP标识寻址、内容标识寻址和地理空间标识寻址等。所述各模态队列的特性包括各模态队列长度、数据包大小、突发性、时延、带宽、丢包、抖动等QoS需求。

该调度装置还包括数据包解析单元，借助可编程数据平面对数据包进行自定义解析流水线（协议、匹配动作集等），深度解析业务流的特征，识别不同的模态业务流，精确感知不同模态业务流对网络资源的QoS需求（时延、带宽、丢包、抖动等），并对各模态业务流交换转发状态进行标记。自定义报文解析是基于PISA（Protocol Independent Switch Arch）全流水线可编程架构，可以自定义解析流水线，其基本单元是匹配-动作，可以匹配任意报文的偏移与字段长度，实现对多模态业务流的深度解析和多样化处理。

所述交换调度策略是基于优先级权重制定的，具体是：根据各模态队列的特性动态调整各模态队列的权重，为不同模态队列业务流提供公平的服务质量。基于优先级权重的交换调度策略可以支持多模态业务流的区分服务，防止某一种模态流量长时间占用资源，同时兼顾队列长度和业务需求以及不同模态流量对交换时延、交换带宽的需求实现公平分配，保障多种模态的流量能公平地得到服务。

所述交换调度策略采用多样化的交换调度算法，所述交换调度算法为权重/信贷轮询和/或虚时钟调度算法，通过多样化的交换调度算法既可以保障优先级较高的模态业务保持较好的转发性能，又能避免优先级较低的模态业务出现“饿死”现象，实现了多模态业务服务的公平性。

所述多模态交换调度中心基于机器学习、深度学习等方法实现长期公平交换调度算法，不仅考虑队列长度、到达速率等即时参量，而且考虑历史参量（即历史延时累计量），根据不同模态流量的情况进行针对性处理，使得调度更理性，队列时延不会随流量突变而突变，可以保证队列时延不仅具有较高的公平性，还具有较高的稳定性。

所述公平性调度装置适用于多模态业务流共存的网络，可以精确定位各模态业务流对网络资源的需求，能够提供相比固定优先级的调度更加细粒度的延迟控制并具有自适应能力，在之前的链路中因突发流量导致延迟较高的模态数据流的优先级会被提升以进行弥补，在之前的链路中畅通无阻而完全满足延迟要求的模态数据流会被降低优先级以减少高优先级队列的竞争，实现了交换时延的可定义。

所述公平性调度装置支持动态更新和扩展功能，针对新出现的模态业务类型编写新的数据包解析流程和交换调度算法，也可以针对已经存在的模态业务类型修改、删除相应的交换调度算法，从而提供算法更新、硬件和软件组件分离、参数配置和调试方便等优点。

本发明的面向多模态业务流的公平性调度装置面向多模态业务流共存融合的网络，可以识别不同模态（IP标识寻址、内容标识寻址、地理空间标识寻址等）的业务流量，借助可编程数据平面可以对进入的业务流报文进行自定义解析，并根据各模态流量需求，制定适应各模态流量需求的交换调度策略，在满足多模态服务质量的同时，保障多模态业务流之间的公平交换调度，促使多种模态能合理配置、有序共享网络资源，实现模态业务和资源的自动适配，为用户提供更多选择和更好体验。

如图2所示，本实施例还提供一种面向多模态业务流的公平性调度方法，包含以下步骤：

步骤S21，数据包解析单元针对不同模态的业务流进行深度解析，解析业务流的特征；

步骤S22，模态分类器识别不同模态的业务流量，并将其送入不同的模态队列中；

步骤S23，多模态队列接收来自模态分类器的数据包，承载不同的模态业务流，每一个队列标识为一类模态，并将各模态队列的特性上传给多模态交换调度中心；

步骤S24，多模态交换调度中心统计各模态队列的特性，制定适配多模态业务流的交换调度策略，并向交换结构加载交换调度策略，以满足多模态业务流的QoS需求；

步骤S25，交换结构接收多模态交换调度中心输出的交换调度策略，并执行交换调度逻辑，开启相应的模态队列，并输出业务流；

步骤S26，出口流水线根据输出的业务流按序处理不同数据流，对数据包进行自定义封装，并输出到指定端口。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，包括模态分类器、多模态队列、多模态交换调度中心和交换结构；

所述模态分类器，用于识别不同模态的业务流量，并将其送入不同的模态队列中；

所述多模态队列，用于接收来自模态分类器的数据包，承载不同的模态业务流，每一个队列标识为一类模态，并将各模态队列的特性上传给多模态交换调度中心；

所述多模态交换调度中心，用于统计各模态队列的特性，制定适配多模态业务流的交换调度策略，并向交换结构加载交换调度策略，以满足多模态业务流的QoS需求；

所述交换结构，用于接收多模态交换调度中心输出的交换调度策略，并执行交换调度逻辑，开启相应的模态队列，并输出业务流。

2.根据权利要求1所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，所述多模态业务流包括多种模态的寻址模式的业务类型，包括IP标识寻址、内容标识寻址和地理空间标识寻址。

3.根据权利要求1所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，所述各模态队列的特性包括各模态队列长度、数据包大小、突发性、时延、带宽、丢包、抖动的QoS需求。

4.根据权利要求1所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，还包括数据包解析单元，借助可编程数据平面对数据包进行自定义解析流水线，深度解析业务流的特征，识别不同的模态业务流，感知不同模态业务流对网络资源的QoS需求。

5.根据权利要求3所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，所述交换调度策略是基于优先级权重制定的，具体是：根据各模态队列的特性动态调整各模态队列的权重，为不同模态队列业务流提供公平的服务质量。

6.根据权利要求5所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，所述交换调度策略采用多样化的交换调度算法，所述交换调度算法为权重/信贷轮询和/或虚时钟调度算法。

7.根据权利要求1所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，所述公平性调度装置适用于多模态业务流共存的网络，定位各模态业务流对网络资源的需求，提供相比固定优先级的调度更加细粒度的延迟控制并具有自适应能力，对延迟高的数据包提高服务优先级，对延迟低的数据包降低服务优先级。

8.根据权利要求1所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，所述多模态交换调度中心基于机器学习、深度学习方法实现长期公平交换调度算法，不仅考虑即时参量，而且考虑历史延时累计量，根据不同模态流量的情况进行针对性处理，使得调度更理性，队列时延不会随流量突变而突变。

9.根据权利要求1所述的面向多模态业务流的公平性调度装置，其特征在于，所述公平性调度装置支持动态更新和扩展功能，针对新出现的模态业务类型编写新的交换调度算法，或者针对已经存在的模态业务类型修改、删除相应的交换调度算法。

10.一种面向多模态业务流的公平性调度方法，其特征在于，包含以下步骤：

模态分类器识别不同模态的业务流量，并将其送入不同的模态队列中；

多模态队列接收来自模态分类器的数据包，承载不同的模态业务流，每一个队列标识为一类模态，并将各模态队列的特性上传给多模态交换调度中心；

多模态交换调度中心统计各模态队列的特性，制定适配多模态业务流的交换调度策略，并向交换结构加载交换调度策略，以满足多模态业务流的QoS需求；

交换结构接收多模态交换调度中心输出的交换调度策略，并执行交换调度逻辑，开启相应的模态队列，并输出业务流。

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