CN1264512A - 通信网内的资源重分配 - Google Patents

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A·乔包
L·捷尔菲
S·莫尔纳
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Abstract

本发明涉及通信网中资源重分配方案和装置,网内的节点可以控制它们的资源归属及使用并在不严重降低资源量的情况下彼此通信。发明包括对至少第一节点(节点i－1)和第二节点(节点i)指定优先权、将第一节点(节点i－1)的资源量除以第二节点(节点i)的资源量计算资源系数、将第一节点(节点i－1)的优先权除以第二节点(节点i)计算优先权系数、根据资源系数大于优先权系数从第一节点(节点i－1)向第二节点(节点i)传递资源、并根据资源系数小于优先权系数从第二节点(节点i)向第一节点(节点i－1)传递资源的步骤。

Description

通信网内的资源重分配
发明的技术领域
本发明涉及通信网中资源重分配方案和装置，网内的节点可以控制它们的资源归属及使用并在不严重降低资源量的情况下彼此通信。具体地来说发明在线路交换网中实现，例如DTM(动态同步转移模式)网。
有关技术描述
DTM是Royal Institute of Techonology in Stockholm(斯德哥尔摩皇家技术研究所)开发并作为下一代高速网络联网概念而建议的一种新的宽带网络技术，例如见C.Hohm，M.Hidell，P.Landgren，L.Ramfelt以及P.Sjodin的Fast Circuit Switching for the NextGeneration of High Performance Networks(下一代高性能网络的快速线路交换)，IEEE J.On Selected Areas of Communications，Vol.14，No.2，February 1996。这是一种增加了动态资源重分配的快速线路交换技术。它基于建立时延短的多速率、组播信道提供资源并为单向多址接入介质而设计，总介质容量由所有被连接的节点共享。
其实现基于双总线技术。使用交换节点，可以扩展其结构以便包括大量的被连接总线。所提供的业务基于由时隙组成的信道，具有一个发送者和任意多个接收者。物理共享介质上的信道是由时分复接方案实现的。总资源容量分成125毫秒的周期，并进一步分成时隙。一个时隙包括66比特，其中64比特组成数据帧，两个比特用于控制比特。称为动态时隙的大多数时隙，或简称为时隙，用于数据传输。称为静态时隙的少量时隙，用于节点之间的信令，例如作为广播信道。每个节点在每个周期中可以有一个或多个静态时隙。
每个时隙在给定时刻只有一个主人。如果节点拥有一个时隙，在信道的建立和释放意义上它对其使用具有完全的控制，因此可以阻止其它节点将其用于数据传输。在系统建立时，根据一些预定的分配将数据时隙分配给节点。
如果一个节点没有足够多的时隙建立所请求的信道，它可以向其它节点要求时隙。这种从一个节点向另一个传递时隙称为时隙重分配。
DTM使用分配算法进行时隙重分配，在节点之间分配动态时隙。当收到用户请求时，一个节点首先考虑它的本地空闲时隙库，看它是否有足够时隙满足该请求。如果节点可以满足请求，它就向目标节点或各个节点发送信道建立消息。否则，它必须向其它节点要求更多的时隙。这通过静态时隙中的信令完成。接收这种请求并拥有未使用动态时隙的节点将时隙交给请求节点。
如果用户请求M个时隙的信道，而且节点拥有N个空闲时隙，这里N＜M，它就从其它节点请求M-N个时隙。节点参考它的状态表，这是一个不断更新的表，包含其它节点的空闲时隙信息，节点向具有空闲时隙的最近节点发出请求。如果这个节点没有足够多的时隙，即M-N，根据状态表，请求被发送到具有空闲时隙的次近节点，而且如果为了满足所请求时隙量而必要的话，也要到具有空闲时隙的第三、第四等最近节点。该节点等到收到每个请求的响应，然后根据重分配过程的结果认可或拒绝信道请求。具有J个空闲时隙并接收了K个时隙的时隙重分配请求的节点，将总是给出min(J，K)个时隙或至少是min(J-n，K)，这里n表示为了防止网络资源匮乏从不放弃的某个时隙数。
主要问题是资源(即时隙)的分配是在系统建立时确定的，不能在系统运作时很容易地控制。
另一个问题是资源的重分配只在信道建立时启动，增加了信道建立的时延。
从公平的观点来看还有一个问题是每个节点按照相对距离次序向其它节点发出资源请求。平均距离对于总线两端节点要比总线中间节点长两倍。换句话说，这意味着总线中间节点比总线两端节点更频繁地被请求资源传递，也就是总线中间节点平均来说具有较少的资源。
发明概述
发明的目的是得到资源重分配方案和装置，根据服务质量分布的变化及/或网络使用的变化在节点之间动态重分配资源。
另一个目的是为了使信道建立时延最小而动态重分配资源。
发明的另一个目的是获得一种手段，防止由于资源的请求和传递造成的空闲及/或未使用资源在节点之间不均匀分布，如有关技术中所描述的。
这通过资源重分配方案和装置来实现，根据目前的资源分布以及一些预定的静态或动态优先权指定在节点之间重分配资源。
所发明的方案和装置包括对至少第一节点和第二节点指定优先权，用第一节点资源量除以第二节点资源量计算资源系数，并计算第一节点优先权除以第二节点优先权的优先权系数。它还包括根据资源系数大于优先权系数从第一节点向第二节点传递资源，并根据资源系数小于优先权系数从第二节点向第一节点传递资源。
计算系数并传递资源的步骤在给定时刻执行，例如当第二节点释放或建立信道之后，但是从不在信道建立时，因为这会增加信道建立的时延。
优选地，将传递的资源量设置为两个系数之差小于一个预定值。
第一和第二节点最好是指定给网络的节点逻辑环中的最近的逻辑邻居。
如果资源的请求和传递是必需的并在节点的信道建立时允许，节点就请求它的相邻节点，使在指定逻辑环中最近的相邻节点首先被要求。
根据本发明的方案和装置在节点之间动态重分配资源，主要是为了增加网络的利用率。
发明的优点是它可以根据节点之间服务质量分布的变化及/或网络性能参数的变化动态地调整。
发明的另一个优点是，由于信道建立之前的请求很少使信道建立时延最小化。
还有一个优点是实现了对具有等同服务质量的两个节点提供使用网络资源的同等可能性意义上的公平性。
附图的简要描述
本发明将从如下给出的详细描述和附图中得到更完全理解，它们只是为了说明而给出的，因此不是本发明的限制。
图1表示根据本发明可能的逻辑环指定。
图2表示逻辑环节点之间空闲及使用的数据时隙分布。
实施例的详细描述
为了使重分配方案能够公平地操作，网络中的节点按与物理网络拓扑(例如，双总线拓扑)无关的逻辑环排序。逻辑环只用于请求或传递时隙时确定节点的顺序。节点的顺序可以用几种方式选择，但是为了使逻辑相邻节点的物理距离差最小，优选图1所示的分配。逻辑环用弯箭头表示。所有最近的逻辑相邻节点，例如节点0和节点1都被另一个节点(例如，节点N-1)分开，有两对除外，即分别是节点i、节点i+1和节点N-1、节点0，它们也是物理近邻。
在图1中，只表示了一个逻辑环指定到网络的两个总线：总线1、总线2，但是对两个不同总线选择不同逻辑环没有进行限制。
在根据图1的逻辑环指定情况下，节点之间数据时隙分配的例子示于图2。矩形的长度与属于各个节点的时隙个数(即资源量)成正比，矩形的高度对应于时隙的类别；小高度对应于空闲时隙，大高度对应于使用时隙。属于相同节点的时隙对应的矩形具有相同的模式。
在图1和2中，总线和逻辑环分别被裂开，以便表示它们可以有任意大小。
为了使不同网络客户有不同的服务质量，引入了优先权指定。每个节点有两个优先权值——对于总线1、总线2中的每个总线一个。较高的优先权值对应于具有大量资源(空闲的或总的)的较大概率，平均来说有较低的信道建立时延。优先权值用于下面描述的所发明的资源重分配方案和装置中。
首先，考虑一个节点(例如节点i)释放信道之后启动的方案。
在每次呼叫释放之后，节点i可以向它前面的逻辑相邻节点(即节点i-1)请求或传递时隙。该方案基于如下算法：
1.节点i将呼叫释放过程中设置为空闲的时隙放入它的空闲时隙库中
2.按照节点i的资源(即时隙)量除以节点i-1的资源量计算出资源系数
3.按照节点i的优先权除以节点i-1的优先权计算出优先权系数
4.如果资源系数大于优先权系数，就从节点i向节点i-1传递时隙，如果资源系数小于优先权系数，就从节点i-1向节点i传递系数。
5.用如下方法计算要传递的时隙数：资源系数等于优先权系数或至少是系数差的大小小于预定值δ，即
|资源系数-优先权系数|＜δ
如果达到了数目n，要传递的时隙数可能更少，这里n表示节点总是保持的时隙数。这些时隙是从来不放弃的，为了防止节点由于没有空闲时隙而告终。
在计算资源系数时，可能要考虑节点的总时隙数，即使用时隙和空闲时隙。通过请求或参考节点i或其它地方存储的不断更新的表，节点i可以得到节点i-1的优先权和时隙数。或者只考虑空闲时隙，节点i-1的空闲时隙量可以参考节点i的状态表得到。
考虑哪种类型的资源是很重要的。例如，如果在根据图2的时隙分配情况下节点i启动资源重分配方案，如果只考虑空闲时隙就从节点i向节点i-1传递时隙，如果考虑总时隙数就从节点i-1向节点i传递时隙。实施哪种选择要根据认为哪个网络性能参数最重要、如何评价节点之间的公平性、以及提供的各种服务质量的出现而定。
与前述类似的方案可以由节点i在信道建立之后启动。节点i可以从空闲时隙库中取出时隙用于信道建立。然后该方案按照前述算法的步骤2-5进行。
在信道释放及/或建立之后使用建议的算法，减少甚至消除了信道建立时重分配资源的需要，即节点没有足够的带宽建立所请求的信道，特别是当使用下面描述的恰当的优先权指定时更是如此。
有时，在其它情况下、而不是信道建立或释放之后进行计算系数和传递资源的步骤是有利的。一般，这些步骤可以在任意给定时刻或者周期性出现的情况或时间点进行。或者，计算系数和传递资源的步骤可以在网络性能参数满足预定条件时进行，例如当业务流密度低于预定值时。
考虑两种不同类型的优先权指定：分别是静态和动态优先权指定。
使用静态优先权网络，优先权只能在请求时手动改变，例如在管理层。两种静态优先权指定的例子如下。
第一个例子是双总线网络的一端有一个服务器节点的客户机-服务器网络。所有其它节点都通过向第一总线上的服务器节点发送它们的业务流而与这个服务器节点通信。第二总线随后用于从服务器节点到其它节点的业务流。如果客户机节点产生的负荷是均匀分布的，时隙的请求能力在客户机中应是平均分布的。为了实现这种平衡网络，即每个节点有同等概率建立信道而不从其它节点请求时隙，那么需要如下的优先权指定。
●第一总线上的所有客户机优先权相等，服务器优先权为0，服务器处于总线的一端。
●第二总线上的客户机优先权为0，服务器具有高优先权，与第一总线相反。
第二个例子考虑对等网络，呼叫目标在网络节点中一致分布。这里，网络产生的负荷根据节点的位置而定。例如，在两个相反的总线上沿着总线从0到100％方向相反地线性改变。
如果请求提供公平性，优先权必须根据节点的位置设置。两个总线上优先权数之和相等。
在所述的两个例子中，节点之间信道建立概率的平均分布是所期望的。但是，也可能将优先权定义为服务质量参数，因此根据服务质量顺序对不同节点设置不同优先权。
第二类优先权指定是动态优先权指定。这里，优先权是从节点的网络性能参数中后验计算的，例如所用的资源量以及信道建立及/或释放速率，并随着业务流的变化不断更新。优先权也可以根据先验估计的业务流分布而改变或由它取代。
如果节点缺乏资源，不能满足用户请求，它可以从其它节点请求资源，如有关技术中所描述的。建议了三种不同的在信道建立时重分配资源的修改方案。
第一种方案就是简单地不允许在信道建立之前的时隙重分配。这样简化了节点的复杂性。如果与一种有效的算法一起使用动态优先权分配，可能就不会引起较大的性能降低。
第二种方案类似于原始算法。区别在于时隙请求的顺序根据逻辑环指定而不是物理距离来规定。因此，例如节点i这样的节点从其它节点请求资源，首先要在它自己没有足够资源用于所请求的信道建立情况下，按照从最近的逻辑相邻节点(例如节点i-1)这样的顺序请求资源。
第三种方案类似于第二种方案。区别在于当节点(例如节点i)自己没有足够资源用于所请求的信道建立时，只从一个另外的节点(它的最近的逻辑相邻节点，例如节点i-1)请求资源。如果这个另外节点(例如节点i-1)不能满足请求，它就请求它最近的逻辑相邻节点，例如节点i-2向第一节点(例如节点i)传递资源。这个过程可以重复到满足请求或者参与的节点数已经达到规定的最大值。后一种条件可以通过在请求中引入一个计数器来满足。
特别是，如果节点i-1具有Ji-1个空闲时隙并接收了K个时隙的时隙重分配请求，它就给出min(Ji-1-ni-1，K)个时隙到节点i，这里的ni-1表示节点i-1从不放弃的时隙数。然后，如果J-n＜K，节点i-1就请求节点i-2向节点i传递K-(Ji-1-ni-1)个时隙。具有Ji-2个空闲时隙的节点i-2给出min(Ji-1-ni-1，K-(Ji-1-ni-1))个时隙到节点i，这里ni-1表示节点i-1从不放弃的时隙数。这个过程可以如上所述重复并随之包含更多的节点。
所发明的方案和装置在节点之间重分配资源，以便提高网络的利用率，降低平均信道建立延迟，同时使节点具有不同的优先权，即从相邻节点请求资源的不同能力。
本发明的好处特别包括如下：
●更高的利用率。如果时隙请求数被最小化，那么网络的利用率就能增强。
●更低的呼叫建立时延。从自己的空闲时隙库中可以建立更多的信道。
●使用动态优先权，空闲时隙量可以动态调整到节点的未来需求。如果使用复杂的动态优先权指定，例如基于所用带宽和信道建立及/或释放率等，信道建立之前的时隙请求数甚至可以被消除。
●处理优先权指定的能力在概念上是给网络用户提供各种服务质量的工具。
●公平性。通过指定恰当的优先权值并引入逻辑环/最近逻辑相邻节点概念，发明可以为节点用户提供使用网络资源的相等概率。
发明是这样描述的，显然同样的东西可以用多种方式来改变。这些变化不认为是背离发明的范围。对于本领域技术人员来说显然所有这些修改都将包括在如下权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.通信网中的资源重分配方案，网内的节点可以控制它们的资源归属及使用并在不严重降低资源量的情况下彼此通信，其特征在于如下步骤：
—对至少第一节点(节点i-1)和第二节点(节点i)指定优先权，
—将第一节点(节点i-1)的资源量除以第二节点(节点i)的资源量计算资源系数，
—将第一节点(节点i-1)的优先权除以第二节点(节点i)计算优先权系数，
—根据资源系数大于优先权系数从第一节点(节点i-1)向第二节点(节点i)传递资源，
—根据资源系数小于优先权系数从第二节点(节点i)向第一节点(节点i-1)传递资源。
2.权利要求1中要求的资源重分配方案，其特征在于，将第一节点(节点i-1)的空闲资源量除以第二节点(节点i)的空闲资源量计算资源系数。
3.权利要求1或2中要求的资源重分配方案，其特征在于，将第一节点(节点i-1)的空闲及使用资源量除以第二节点(节点i)的空闲及使用资源量计算资源系数。
4.权利要求1-3中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，资源传递到资源系数等于优先权系数为止。
5.权利要求1-3中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，资源传递到资源系数与优先权系数的差低于预定值(δ)为止。
6.权利要求1-5中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，当经过了预定时间段之后执行计算系数和传递资源的步骤。
7.权利要求1-5中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，当网络性能参数满足预定条件，例如当业务流密度低于预定值之后，执行计算系数和传递资源的步骤。
8.权利要求1-5中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，当第二节点(节点i)释放了信道之后执行计算系数和传递资源的步骤。
9.权利要求1-5中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，当第二节点(节点i)建立了信道之后执行计算系数和传递资源的步骤。
10.权利要求1-9中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，在通信网节点之间指定逻辑环，并指定第一节点(节点i-1)和第二节点(节点i)为最近的逻辑相邻节点。
11.权利要求1-10中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，根据节点之间定义的服务质量分布对通信网的节点指定优先权。
12.权利要求11中要求的资源重分配方案，其特征在于，根据对至少一个网络性能参数(例如使用带宽)先验或后验的估计改变通信网至少一个节点的优先权。
13.权利要求1-12中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，第二节点(节点i)按顺序从其它节点请求资源，以便当第二节点(节点i)没有足够资源用于请求的信道建立时，首先从最近的逻辑相邻节点请求资源。
14.权利要求1-12中任一个要求的资源重分配方案，其特征在于，当第二节点(节点i)没有足够的资源用于请求的信道建立时拒绝它请求资源。
15.通信网中的资源重分配装置，网内的节点可以控制它们的资源归属及使用并在不严重降低资源量的情况下彼此通信，其特征在于执行如下步骤的装置：
—对至少第一节点(节点i-1)和第二节点(节点i)指定优先权，
—将第一节点(节点i-1)的资源量除以第二节点(节点i)的资源量计算资源系数，
—将第一节点(节点i-1)的优先权除以第二节点(节点i)计算优先权系数，
—根据资源系数大于优先权系数从第一节点(节点i-1)向第二节点(节点i)传递资源，
—根据资源系数小于优先权系数从第二节点(节点i)向第一节点(节点i-1)传递资源。
16.权利要求15中要求的资源重分配装置，其特征在于当释放或建立信道之后执行计算系数和传递资源步骤的装置。
17.通信网中的节点，网内的节点可以控制它们的资源归属及使用并在不严重降低资源量的情况下彼此通信，其特征在于设计为：
—掌握优先权，
—掌握或持有有关另一个节点(节点i-1)的优先权和资源量的信息，
—将所述其它节点(节点i-1)的资源量除以自身(节点i)的资源量计算资源系数，
—将所述其它节点(节点i-1)的优先权除以自身(节点i)的优先权计算优先权系数，
—根据资源系数小于优先权系数向所述其它节点(节点i-1)传递资源，
—根据资源系数大于优先权系数从所述其它节点(节点i-1)请求资源。
18.权利要求15中要求的节点，其特征在于，被设计为当释放或建立信道之后计算系数和传递资源。
19.通信网，网内的节点可以控制它们的资源归属及使用并在不严重降低资源量的情况下彼此通信，其特征在于节点被设计为：
—掌握优先权，
—掌握或获得有关另一个节点(节点i-1)的优先权和资源量的信息，
—将所述其它节点(节点i-1)的资源量除以自身(节点i)的资源量计算资源系数，
—将所述其它节点(节点i-1)的优先权除以自身(节点i)的优先权计算优先权系数，
—根据资源系数小于优先权系数向所述其它节点(节点i-1)传递资源，
—根据资源系数大于优先权系数从所述其它节点(节点i-1)请求资源。
20.权利要求19中要求的通信网，其特征在于节点被设计为在释放和建立信道之后计算系数和传递资源。
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