CN114760358A - 区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统 - Google Patents

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CN114760358A
CN114760358A CN202210380634.9A CN202210380634A CN114760358A CN 114760358 A CN114760358 A CN 114760358A CN 202210380634 A CN202210380634 A CN 202210380634A CN 114760358 A CN114760358 A CN 114760358A
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China
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CN202210380634.9A
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李金花
张新常
王鲁
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Qilu University of Technology
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Qilu University of Technology
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network

Abstract

本发明公开了一种区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，属于数据转发技术领域，本发明要解决的技术问题为如何优化基于应用层的对应用层数据转发，提高数据转发性能，技术方案为：该系统包括数据发送调度模块、硬盘存储、临时性非实时数据缓冲区、非实时数据缓冲区和若干实时数据缓冲区；其中，实时数据缓冲区用于存放转发节点对应的数据端口接收的实时数据；临时性非实时数据缓冲区用于存放从非实时性数据缓冲区转移的数据；非实时数据缓冲区用于缓存正常接收的非实时数据；数据发送调度模块用于按照指定策略取出实时数据发送缓冲区内的数据，查看数据包应用数据单元中的源地址和目标地址字段，并根据路由表将数据转发至下一跳。

Description

区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统
技术领域
本发明涉及数据转发技术领域，具体地说是一种区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统。
背景技术
重叠网(Overlay Network)是建立在现有物理网络基础上的逻辑网络，因此其具有灵活的部署能力。重叠网使用特定封装，其中一个数据包驻留在另一个数据包中，同时转发到特定的端点。在到达端点时，将封装的数据包解封装。目前，重叠网有多种网络协议和方案，包括基于应用层的重叠网(如P2P网络)、虚拟可扩展LAN(VXLAN)、通用路由封装、网络虚拟化overlay3(NVO3)等。
基于应用层的重叠网应用包括内容交付网络(CDN)、QoS增强(如服务覆盖网络[Duan et al.2003])、应用层组播等。CDN能够克服当时困扰互联网的严重拥塞。CDN是部署在Internet上的覆盖节点，可以动态缓存内容和服务以将其交付给最终用户。CDN提供的基本服务是数据复制，复制包括创建站点内容的副本(副本)，并将其放置在互联网上精心选择的位置。为了提供最佳的用户体验，用户请求被最佳地重定向到最能满足用户请求的位置。当与重定向结合使用时，复制允许减少网络延迟和开销，并通过系统中固有的冗余提高复制站点的可用性。服务覆盖网络方法旨在通过覆盖网络在域间范围内提供QoS保证。通过双边SLA向ISP购买带宽，并提供一定的QoS保证，从而为覆盖网络提供QoS。覆盖节点通过这些带宽保证连接进行逻辑互连，以提供端到端的QoS保证。服务覆盖网络的使用允许在网络中部署对QoS敏感的应用程序，而无需网络层QoS所需的开销。SON还简化了ISP的QoS供应，允许为单个子系统(而不是单个流)提供更大粒度的QoS供应。应用层组播利用树状结构或网状结构在应用层实现一对多数据传输。
在基于应用层的重叠网中，由于在应用层进行转发，性能在不同程度上会下降。故如何优化基于应用层的对应用层数据转发，提高数据转发性能是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，来解决如何优化基于应用层的对应用层数据转发，提高数据转发性能的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，该系统包括数据发送调度模块、硬盘存储、临时性非实时数据缓冲区、非实时数据缓冲区和若干实时数据缓冲区；
其中，实时数据缓冲区用于存放转发节点对应的数据端口接收的实时数据；
临时性非实时数据缓冲区用于存放从非实时性数据缓冲区转移的数据，目的是在非实时数据传输速率过低时承担临时的数据缓冲任务，以便非实时数据缓冲区的数据可以存储到硬盘；
非实时数据缓冲区用于缓存正常接收的非实时数据；
数据发送调度模块用于按照指定策略取出实时数据发送缓冲区内的数据，查看数据包应用数据单元(ADU)中的源地址和目标地址字段，并根据路由表将数据转发至下一跳；每个转发节点共用一个数据发送调度模块；
硬盘存储用于存储非实时数据缓冲区的数据。
作为优选，当非实时数据发送缓冲区剩余空间低于设定阈值时，数据发送调度模块进行如下操作：
①、将非实时数据缓冲区内的数据转到临时性非实时数据缓冲区；
②、处理临时性非实时数据发送缓冲区；
③、将非实时数据缓冲区内的数据转存到硬盘中。
作为优选，当临时性非实时数据缓冲区剩余空间高于设定阈值时，将硬盘存储空间内的部分数据转存到临时性非实时数据发送缓冲区。
作为优选，当临时性非实时数据缓冲区内无数据且硬盘存储空间内也有数据时，数据发送调度模块处理非实时数据发送缓冲区内数据。
作为优选，一个转发节点共用一个非实时数据发送缓冲区和一个临时性非实时数据缓冲区；具体如下：
在一个转发节点中，每一个用于接收数据的端口对应一个数据接收处理进程，数据接收处理进程用于将该端口收到的数据进行分析；
根据应用层数据的附加标记判断该端口收到的数据的实时性并读取该端口收到的数据下一跳目标地址：
当接收的数据为实时数据时，根据下一跳转发目的地放入对应的实时数据缓冲区；
当接收的数据为非实时数据时，将数据放入非实时数据缓冲区。
作为优选，每个转发节点设置一个参数T即实时数据单循环转发参考时间。
作为优选，数据发送调度模块依次利用指定时间处理实时数据缓冲区内的数据；具体如下：
(1)、周期性地检测是否存在实时数据缓冲区非空：
①、若是，则执行步骤(2)；
②、若否，则等待指定时间重新检测；
(2)、设实时数据缓冲区表示为C1,C2,..,Cm,实时数据缓冲区Ci的数据占用量为Di；对实时数据缓冲区Ci，计算处理时间ti，公式如下：
Figure BDA0003592813770000031
(3)、依次对实时数据缓冲区进行处理：对实时数据缓冲区Ci，在ti时间内转发该缓冲区内数据；
(4)、跳转到步骤(1)。
以上实时数据转发方法，能通过公平性原则转发实时数据。
更优地，所述数据发送调度模块处理非实时数据缓冲区或临时性非实时数据缓冲区内的数据具体如下：
(1)、周期性地检测是否各实时数据缓冲区数据量均低于设定阈值：
①、若是，则执行步骤(2)；
②、若否，则等待指定时间重新检测；
(2)、启动周期为T的定时器，在定时器期满前依次转发非实时数据缓冲区的数据；
(3)、在定时器期满后，跳转到步骤(1)。
以上方式有利于保障实时数据转发性能。
作为优选，所述数据包应用数据单元(ADU)是指数据包应用层数据。
更优地，实时数据和非实时数据由数据包应用数据单元(ADU)中预先约定的字段指示。
本发明的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统具有以下优点：
(一)本发明在应用层转发数据，具有灵活的部署能力，既可应用在无线网络环境，也可用于有线网络环境中；
(二)不同于路由器、交换机和无线设备较低的缓存能力，本发明充分利用转发节点的高缓存能力，缓存非实时数据，为实时数据高质量传输提供条件；
(三)本发明通过实时数据和非实时数据的协作，从整体上优化网络资源利用效率，从而从整体上提高网络服务质量；
(四)本发明通过数据发送模块处理非实时数据发送缓冲区或临时性非实时数据发送缓冲区内的数据，有利于保障实时数据转发性能；
(五)本发明通过数据发送调度模块依次利用指定时间处理实时数据缓冲区内的数据，确保通过公平性原则转发实时数据；
(六)本发明应用在基于应用层的重叠网环境中，一个重叠网有若干转发节点组成，如附图1所示；每个转发节点可以为主机或服务器，它在应用层转发数据；其中，从网络中一个服务器(或主机)到另一个服务器(或主机)的路径为一个逻辑链路，每个逻辑链路对应一个一个实时数据缓冲区。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为重叠网拓扑图；
附图2为区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统的结构框图。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统作以下详细地说明。
实施例：
如附图2所示，本实施例提供了一种区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，该系统包括数据发送调度模块、硬盘存储、临时性非实时数据缓冲区、非实时数据缓冲区和若干实时数据缓冲区；
其中，实时数据缓冲区用于存放转发节点对应的数据端口接收的实时数据；
临时性非实时数据缓冲区用于存放从非实时性数据缓冲区转移的数据，目的是在非实时数据传输速率过低时承担临时的数据缓冲任务，以便非实时数据缓冲区的数据可以存储到硬盘；
非实时数据缓冲区用于缓存正常接收的非实时数据；
数据发送调度模块用于按照指定策略取出实时数据发送缓冲区内的数据，查看数据包应用数据单元(ADU)中的源地址和目标地址字段，并根据路由表将数据转发至下一跳；每个转发节点共用一个数据发送调度模块；
硬盘存储用于存储非实时数据缓冲区的数据。
本实施例中，当非实时数据发送缓冲区剩余空间低于设定阈值时，数据发送调度模块进行如下操作：
①、将非实时数据缓冲区内的数据转到临时性非实时数据缓冲区；
②、处理临时性非实时数据发送缓冲区；
③、将非实时数据缓冲区内的数据转存到硬盘中。
本实施例中，当临时性非实时数据缓冲区剩余空间高于设定阈值时，将硬盘存储空间内的部分数据转存到临时性非实时数据发送缓冲区。
本实施例中，当临时性非实时数据缓冲区内无数据且硬盘存储空间内也有数据时，数据发送调度模块处理非实时数据发送缓冲区内数据。
本实施例中，一个转发节点共用一个非实时数据发送缓冲区和一个临时性非实时数据缓冲区；具体如下：
(1)、在一个转发节点中，每一个用于接收数据的端口对应一个数据接收处理进程，数据接收处理进程用于将该端口收到的数据进行分析；
(2)、根据应用层数据的附加标记判断该端口收到的数据的实时性并读取该端口收到的数据下一跳目标地址：
①、当接收的数据为实时数据时，根据下一跳转发目的地放入对应的实时数据缓冲区；
②、当接收的数据为非实时数据时，将数据放入非实时数据缓冲区。
本实施例中，每个转发节点设置一个参数T即实时数据单循环转发参考时间。
本实施例中，数据发送调度模块依次利用指定时间处理实时数据缓冲区内的数据；具体如下：
(1)、周期性地检测是否存在实时数据缓冲区非空：
①、若是，则执行步骤(2)；
②、若否，则等待指定时间重新检测；
(2)、设实时数据缓冲区表示为C1,C2,..,Cm,实时数据缓冲区Ci的数据占用量为Di；对实时数据缓冲区Ci，计算处理时间ti，公式如下：
Figure BDA0003592813770000061
(3)、依次对实时数据缓冲区进行处理：对实时数据缓冲区Ci，在ti时间内转发该缓冲区内数据；
(4)、跳转到步骤(1)。
以上实时数据转发方法，能通过公平性原则转发实时数据。
本实施例中的数据发送调度模块处理非实时数据缓冲区或临时性非实时数据缓冲区内的数据具体如下：
(1)、周期性地检测是否各实时数据缓冲区数据量均低于设定阈值：
①、若是，则执行步骤(2)；
②、若否，则等待指定时间重新检测；
(2)、启动周期为T的定时器，在定时器期满前依次转发非实时数据缓冲区的数据；
(3)、在定时器期满后，跳转到步骤(1)。
以上方式有利于保障实时数据转发性能。
本实施例中的数据包应用数据单元(ADU)是指数据包应用层数据。
本实施例中的实时数据和非实时数据由数据包应用数据单元(ADU)中预先约定的字段指示。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，该系统包括数据发送调度模块、硬盘存储、临时性非实时数据缓冲区、非实时数据缓冲区和若干实时数据缓冲区；
其中，实时数据缓冲区用于存放转发节点对应的数据端口接收的实时数据；
临时性非实时数据缓冲区用于存放从非实时性数据缓冲区转移的数据；
非实时数据缓冲区用于缓存正常接收的非实时数据；
数据发送调度模块用于按照指定策略取出实时数据发送缓冲区内的数据，查看数据包应用数据单元中的源地址和目标地址字段，并根据路由表将数据转发至下一跳；每个转发节点共用一个数据发送调度模块；
硬盘存储用于存储非实时数据缓冲区的数据。
2.根据权利要求1所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，当非实时数据发送缓冲区剩余空间低于设定阈值时，数据发送调度模块进行如下操作：
①、将非实时数据缓冲区内的数据转到临时性非实时数据缓冲区；
②、处理临时性非实时数据发送缓冲区；
③、将非实时数据缓冲区内的数据转存到硬盘中。
3.根据权利要求1所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，当临时性非实时数据缓冲区剩余空间高于设定阈值时，将硬盘存储空间内的部分数据转存到临时性非实时数据发送缓冲区。
4.根据权利要求1所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，当临时性非实时数据缓冲区内无数据且硬盘存储空间内也有数据时，数据发送调度模块处理非实时数据发送缓冲区内数据。
5.根据权利要求1所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，一个转发节点共用一个非实时数据发送缓冲区和一个临时性非实时数据缓冲区；具体如下：
在一个转发节点中，每一个用于接收数据的端口对应一个数据接收处理进程，数据接收处理进程用于将该端口收到的数据进行分析；
根据应用层数据的附加标记判断该端口收到的数据的实时性并读取该端口收到的数据下一跳目标地址：
当接收的数据为实时数据时，根据下一跳转发目的地放入对应的实时数据缓冲区；
当接收的数据为非实时数据时，将数据放入非实时数据缓冲区。
6.根据权利要求1所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，每个转发节点设置一个参数T即实时数据单循环转发参考时间。
7.根据权利要求1所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，数据发送调度模块依次利用指定时间处理实时数据缓冲区内的数据；具体如下：
(1)、周期性地检测是否存在实时数据缓冲区非空：
①、若是，则执行步骤(2)；
②、若否，则等待指定时间重新检测；
(2)、设实时数据缓冲区表示为C1,C2,..,Cm,实时数据缓冲区Ci的数据占用量为Di；对实时数据缓冲区Ci，计算处理时间ti，公式如下：
Figure FDA0003592813760000021
(3)、依次对实时数据缓冲区进行处理：对实时数据缓冲区Ci，在ti时间内转发该缓冲区内数据；
(4)、跳转到步骤(1)。
8.根据权利要求1-7中任一所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，所述数据发送调度模块处理非实时数据缓冲区或临时性非实时数据缓冲区内的数据具体如下：
(1)、周期性地检测是否各实时数据缓冲区数据量均低于设定阈值：
①、若是，则执行步骤(2)；
②、若否，则等待指定时间重新检测；
(2)、启动周期为T的定时器，在定时器期满前依次转发非实时数据缓冲区的数据；
(3)、在定时器期满后，跳转到步骤(1)。
9.根据权利要求1所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，所述数据包应用数据单元是指数据包应用层数据。
10.根据权利要求1或9所述的区分实时和非实时数据流的应用层自适应数据转发系统，其特征在于，实时数据和非实时数据由数据包应用数据单元(ADU)中预先约定的字段指示。
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