CN114745333B - 一种ims系统自适应流量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IMS系统自适应流量控制方法。包括如下步骤：S1：输入信息，对输入信息增加控制分类匹配规则机制，所述输入信息依据令牌桶约定访问速率以及令牌填充机制发送进入消息处理队列；S2：计时器开启计时，输入信息消息计时得当前输入信息处理时间M；S3：所述S1输入信息的数量为H时，依据消息处理时间M以及速率调整规则推导令牌填充自适应速率K，所述令牌填充自适应速率K替换所述步骤S1的令牌桶约定访问速率。本发明实用性强，能有效解决生成令牌速度无法根据业务系统服务时延自适应调整的问题，同时有效解决令牌桶算法与I MS业务消息控制方式不同的问题。

Description

一种IMS系统自适应流量控制方法
技术领域
本发明涉及网络服务质量技术，具体涉及一种IMS系统自适应流量控制方法。
背景技术
随着IMS技术的兴起与高速发展，分组交换技术以其高效率的优势逐渐取代电路交换技术，IMS是在IP分组网上提供话音及多媒体通信业务的通用网络架构，由于业务系统受承载其运行的物理资源的影响，都有其所能提供的业务容量的最大限制，当业务系统过载时，所提供的服务将产生极大的延时性，进而降低服务质量，甚至服务中断，造成无法挽回的损失。
目前常见的过载控制方法有计数器算法、滑动窗口算法、漏桶算法和令牌桶算法。其中令牌桶算法是按照固定速率往桶中添加令牌，流入的数据是否被处理需要视桶中令牌是否足够，当令牌数减为零时则拒绝新的数据。所以令牌桶算法允许流量具有一定程度的突发性。
传统的令牌桶算法无法有效应对IMS业务系统，主要体现于：1.令牌桶算法通过生成令牌的速度来对网络流量进行控制，但是生成令牌的速度是恒定的，无法根据业务系统服务时延的变化情况动态调整，因此IMS业务系统无法精细化的对业务流量进行自适应调整。2.令牌桶算法的控制对象是以字节Byte或比特Bit为单位的网络数据包，而IMS系统的处理对象是以消息个数为单位的业务消息，业务消息具有事务完整性以及业务多样性的特点，与网络数据包的控制方式不同。
发明内容
本发明为解决上述不足，提供一种IMS系统自适应流量控制方法，该IMS系统自适应流量控制方法设计合理，能有效解决生成令牌速度无法根据业务系统服务时延自适应调整的问题，同时有效解决令牌桶算法与IMS业务消息控制方式不同的问题。
本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：
一种IMS系统自适应流量控制方法，适用于IMS系统通过算法以及阈值自适应技术反应系统延时以及反馈系统资源调配，所述方法包括如下步骤：S1：输入信息，依据业务信息优先级在IP多媒体子系统中对输入信息增加控制分类匹配规则机制，对不符合控制分类匹配规则机制的所述输入信息直接发送进入消息处理队列，对符合控制分类匹配规则机制的所述输入信息依据令牌桶约定访问速率以及令牌填充机制进行令牌桶填充与取出操作并传输发送进入消息处理队列；S2：计时器开启计时，对符合或不符合分类匹配规则机制的输入信息进行消息处理，输入信息处理结束后计时器结束计时，得到当前输入信息处理时间M并回传当前消息处理时间M；S3：所述S1输入信息的数量为H时，依据消息处理时间M以及速率调整规则推导令牌填充自适应速率K，所述令牌填充自适应速率K替换所述步骤S1的令牌桶约定访问速率；
其中，所述速率调整规则的通道信息包括：当前令牌桶填充速率、稳定态下限阈值、稳定态上限阈值、当前时间以及期望消息耗时，根据H个的输入信息以及消息处理时间M，计算获得平均消息耗时；根据当前时间以及消息处理时间M，计算获得瞬时消息速率且进一步推导获得平均消息速率；若H大于20，则根据平均消息耗时以及期望消息耗时，计算获得平均偏差比例；若所述平均偏差比例小于所述稳定态下限阈值且平均消息速率大于当前令牌桶填充速率的二分之一，则令牌填充自适应速率K上调，若所述平均偏差比例大于所述稳定态上限阈值，则令牌填充自适应速率K下调。
进一步而言，上述的技术方案中，在步骤S1中所述的令牌填充机制依据令牌填充自适应速率K、当前时间以及上次填充时间推导本次需要填充令牌数量为Q。
进一步而言，上述的技术方案中，若Q大于令牌桶上限，则将令牌桶当前的令牌个数更新为所述令牌桶上限，若Q小于或等于令牌桶上限，则需要填充令牌数量Q的令牌与当前累计令牌数相加。
进一步而言，上述的技术方案中，若令牌桶填充后当前令牌数量小于1时，则所述步骤S2以及步骤S3合并为单独步骤且替换为步骤S4；所述S4：拒绝输入信息，生成错误响应并回传；若令牌桶填充后当前令牌数量大于等于1时，则令牌桶取出一个令牌且所述输入信息进入消息处理队列。
进一步而言，上述的技术方案中，所述Q小于等于所述令牌桶上限的两倍。
进一步而言，上述的技术方案中，所述控制分类匹配规则机制为区分待检信息以及免检信息，所述待检信息为需要消耗令牌的业务信息，所述业务信息包括Invite消息，所述免检信息为不需要消耗令牌的的次级业务信息，所述次级业务信息包括心跳消息或响应消息。
进一步而言，上述的技术方案中，所述稳定态下限阈值为-0.05，所述稳定态上限阈值为0。
本发明的有益效果在于：
采用令牌桶算法和阈值自适应技术实现针对IMS系统实施流量过载的控制，采用业务信息预分类，定义待检信息以及与其相对应的免检信息，进一步的，与IMS系统特点相结合，统计计算业务信息的时延性，根据统计时延以及期望的时延阈值自适应制定令牌生成速率，动态令牌生成速率可以在系统资源充足的情况下减小对系统流量的限制，同时，系统处理缓慢的情况下，有效预防系统过载，提高调控性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单说明。
图1是本发明的消息分发流程示意图。
图2是本发明的令牌填充速率自适应示意图。
图3是本发明的令牌填充流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明的描述中，需要说明的是：
术语“连接”应作为广义理解，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。
术语“＝”应视作为赋值，用于确定赋予某变量一个具体值之用。
对于本领域的技术人员而言，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步展开说明，但需要指出的是，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明在现有IMS系统机制上配合令牌桶算法以及阈值自适应技术对媒体流量加以控制，配合统计时延以及期望的时延阈值自适应制定令牌生成速率，从而有效解决因生成令牌速度无法根据业务系统服务时延自适应调整，导致IMS业务系统无法精细化的对业务流量进行自适应调控的问题。
下面结合具体实施例以及附图对本发明上述技术方案进行详细说明。
实施例1：
如图1至3所示：
本发明提供一种IMS系统自适应流量控制方法，适用于IMS系统通过算法以及阈值自适应技术反应系统延时以及反馈系统资源调配，所述方法包括如下步骤：
S1：输入初始INVITE信息记作msg，依据业务信息优先级在IP多媒体子系统中对输入信息增加控制分类匹配规则机制，控制分类匹配规则机制检测输入信息为非免检信息，符合控制分类匹配规则机制，对符合控制分类匹配规则机制的所述输入信息依据令牌桶约定访问速率以及令牌填充机制进行令牌桶填充操作后，进行取出令牌操作并传输发送进入消息处理队列；
在本实施例中，优选的，所述令牌填充自适应速率K为令牌填充速率current_tokenrate，所述令牌填充机制依据令牌填充速率current_tokenrate、当前时间current_time以及上次填充时间replenish_time推导当前时间需要填充令牌数量为Q，优选的，所述Q为本次需要填充的令牌数量new_toekns，计算方式具体体现于：new_toekns＝current_tokenrate×(current_time-replenish_time)；
进一步的，对令牌填充机制作详细解释，当前令牌数为toekns，当所述new_toekns大于令牌桶上限max_toekns，则将令牌桶当前的令牌个数toekns更新为所述令牌桶上限max_toekns，即tokens＝max_tokens，若new_toekns小于或等于令牌桶上限max_toekns，则需要new_toekns与当前累计令牌数相加，即tokens＝tokens+new_tokens，上述操作后，replenish_time＝current_time；
进一步的，对令牌填充机制作详细解释，所述new_toekns小于等于所述令牌桶上限max_toekns的两倍；
进一步的，对令牌取出机制作详细解释，若令牌取出前toekns数量小于1，则拒绝输入信息，生成错误响应并回传；若令牌取出前toekns数量大于等于1时，则令牌桶取出一个令牌且所述输入信息进入消息处理队列。
S2：优选的，输入信息进入消息处理队列后，计时器开启计时，输入信息消息处理结束后计时器结束计时得当前消息处理时间M并回传当前消息处理时间M用于更新令牌填充速率current_tokenrate；
S3：所述S1的当前已接受输入信息的数量为20，依据消息处理时间M以及速率调整规则推导令牌填充自适应速率K，所述令牌填充自适应速率K替换所述步骤S1的令牌桶约定访问速率；
在本实施例中，对速率调整规则作进一步解释，所述已接受输入信息数量为acc_count，所述消息处理时间M为T1，依据acc_count以及T1，推导平均消息耗时avg_latency，即
Figure BDA0003530456810000061
优选的，依据当前时间current_time和上次更新时间update_time推导瞬时消息速率current_msgrate以及计算平均消息速率avg_msgrate，其中，acc_count自增，即：
Figure BDA0003530456810000062
Figure BDA0003530456810000063
acc_count＝acc_count+1
优选的，已接受输入信息为21，大于设定值，开始对填充速率进行更新，求出消息平均耗时与期望耗时ex_latency之间的平均偏差比例avg_err，推导公式即：
Figure BDA0003530456810000071
优选的，稳定态上限阈值为0，稳定态下限阈值为-0.05；
优选的，对速率调整规则作进一步解释，若所述平均偏差比例avg_err小于所述稳定态下限阈值且平均消息速率avg_msgrate大于current_tokenrate的二分之一，表示当前系统处理消息较快且当前消息流量较大，令牌填充自适应速率K上调，推导公式即：
Figure BDA0003530456810000072
若所述平均偏差比例avg_err大于所述稳定态上限阈值，表明当前系统处理消息延时较大，令牌填充自适应速率K下调；
优选的，令牌填充自适应速率K更新后各个统计量置位，等待下一个输入信息。
实施例2：
如图1至3所示：
本发明提供一种IMS系统自适应流量控制方法，适用于IMS系统通过算法以及阈值自适应技术反应系统延时以及反馈系统资源调配，所述方法包括如下步骤：
S1：输入响应信息，依据业务信息优先级在IP多媒体子系统中对输入信息增加控制分类匹配规则机制，控制分类匹配规则机制检测输入信息为免检信息，不符合控制分类匹配规则机制，对不符合控制分类匹配规则机制的所述输入信息传输发送进入消息处理队列；
S2：优选的，输入信息进入消息处理队列后，计时器开启计时，输入信息消息处理结束后计时器结束计时得当前消息处理时间M并回传当前消息处理时间M用于更新令牌填充速率current_tokenrate；
S3：所述S1的当前已接受输入信息的数量为10，小于设定值，优选的，重复累计S1以及S2操作直至大于输入信息设定值20，依据消息处理时间M以及速率调整规则推导令牌填充自适应速率K，所述令牌填充自适应速率K用作更新令牌桶约定访问速率。
以上对本发明的较佳实施例进行了具体说明，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变化，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种IMS系统自适应流量控制方法，其特征在于，适用于IMS系统通过算法以及阈值自适应技术反映系统延时以及反馈系统资源调配，所述方法包括如下步骤：
S1：输入信息，依据业务信息优先级在IP多媒体子系统中对输入信息增加控制分类匹配规则机制，对不符合控制分类匹配规则机制的所述输入信息直接发送进入消息处理队列，对符合控制分类匹配规则机制的所述输入信息依据令牌桶约定访问速率以及令牌填充机制进行令牌桶填充与取出操作后传输发送进入消息处理队列；
S2：计时器开启计时，对符合或不符合分类匹配规则机制的输入信息进行消息处理，输入信息处理结束后计时器结束计时，得到当前消息处理时间M并回传当前消息处理时间M；
S3：所述S1输入信息的数量为H时，依据消息处理时间M以及速率调整规则推导令牌填充自适应速率K，所述令牌填充自适应速率K替换所述步骤S1的令牌桶约定访问速率；
其中，所述速率调整规则的通道信息包括：当前令牌桶填充速率、稳定态下限阈值、稳定态上限阈值、当前时间以及期望消息耗时，根据H个的输入信息以及消息处理时间M，计算获得平均消息耗时；根据当前时间以及消息处理时间M，计算获得瞬时消息速率且进一步推导获得平均消息速率；
若H大于20，则根据平均消息耗时以及期望消息耗时，计算获得平均偏差比例；若所述平均偏差比例小于所述稳定态下限阈值且平均消息速率大于当前令牌桶填充速率的二分之一，则令牌填充自适应速率K上调，若所述平均偏差比例大于所述稳定态上限阈值，则令牌填充自适应速率K下调。
2.根据权利要求1所述的一种IMS系统自适应流量控制方法，其特征在于：在步骤S1中所述的令牌填充机制依据令牌填充自适应速率K、当前时间以及上次填充时间推导本次需要填充令牌数量为Q。
3.根据权利要求2所述的一种IMS系统自适应流量控制方法，其特征在于：若Q大于令牌桶上限，则将令牌桶当前的令牌个数更新为所述令牌桶上限，若Q小于或等于令牌桶上限，则需要填充令牌数量Q的令牌与当前累计令牌数相加。
4.根据权利要求3所述的一种IMS系统自适应流量控制方法，其特征在于：若令牌桶填充后当前令牌数量小于1时，则所述步骤S2以及步骤S3合并为单独步骤且替换为步骤S4；所述S4：拒绝输入信息，生成错误响应并回传；若令牌桶填充后当前令牌数量大于等于1时，则令牌桶取出一个令牌且所述输入信息进入消息处理队列。
5.根据权利要求4所述的一种IMS系统自适应流量控制方法，其特征在于：所述Q小于等于所述令牌桶上限的两倍。
6.根据权利要求1所述的一种IMS系统自适应流量控制方法，其特征在于：所述控制分类匹配规则机制为区分待检信息以及免检信息，所述待检信息为需要消耗令牌的业务信息，所述业务信息包括Invite消息，所述免检信息为不需要消耗令牌的次级业务信息，所述次级业务信息包括心跳消息或响应消息。
7.根据权利要求1所述的一种IMS系统自适应流量控制方法，其特征在于：所述稳定态下限阈值为-0.05，所述稳定态上限阈值为0。
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