RU121978U1 - SYSTEM OF COMMUTATION OF MULTIMEDIA TRAFFIC BASED ON DYNAMIC PRIORITIES - Google Patents

SYSTEM OF COMMUTATION OF MULTIMEDIA TRAFFIC BASED ON DYNAMIC PRIORITIES Download PDF

Info

Publication number
RU121978U1
RU121978U1 RU2012123560/08U RU2012123560U RU121978U1 RU 121978 U1 RU121978 U1 RU 121978U1 RU 2012123560/08 U RU2012123560/08 U RU 2012123560/08U RU 2012123560 U RU2012123560 U RU 2012123560U RU 121978 U1 RU121978 U1 RU 121978U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
traffic
service
priority
switching
packet
Prior art date
Application number
RU2012123560/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Иванович Сычев
Андрей Евгеньевич Умнов
Николай Игоревич Мясин
Алексей Александрович Невров
Сергей Владимирович Дмитриев
Original Assignee
Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) filed Critical Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
Priority to RU2012123560/08U priority Critical patent/RU121978U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU121978U1 publication Critical patent/RU121978U1/en

Links

Abstract

Система коммутации мультимедийного трафика на основе динамических приоритетов, содержащая память для очередей пакетов трафика, коммутационную матрицу и планировщик коммутации пакетов, при этом планировщик коммутации пакетов соединен с коммутационной матрицей и памятью для очередей трафика, отличающаяся тем, что содержит блок измерения и сравнения параметров трафика, блок расчетов и блок управления очередью, при этом блок измерения и сравнения параметров трафика соединен с памятью для очередей пакетов трафика, а также с блоком расчетов, при этом блок расчетов соединен с блоком управления очередью, а блок управления очередью соединен с коммутационной матрицей. A multimedia traffic switching system based on dynamic priorities, containing a memory for traffic packet queues, a switching matrix and a packet switching scheduler, while the packet switching scheduler is connected to the switching matrix and memory for traffic queues, characterized in that it contains a unit for measuring and comparing traffic parameters, a calculation unit and a queue control unit, while the traffic parameters measurement and comparison unit is connected to the memory for queues of traffic packets, as well as to the calculation unit, while the calculation unit is connected to the queue control unit, and the queue control unit is connected to the switching matrix.

Description

Полезная модель относится к технике связи, а именно, к системам с коммутацией пакетов, и предназначена для использования при построении систем коммутации разнородного трафика в мультисервисных сетях связи.The utility model relates to communication technology, namely, packet switched systems, and is intended for use in building heterogeneous traffic switching systems in multiservice communication networks.

Одной из проблем функционирования коммутационного оборудования мультисервисных сетей связи является дискриминация низкоприоритетного трафика в условиях высокой загрузки системы коммутации. (Столлингс В. Современные компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2003. - 783 с.).One of the problems in the functioning of the switching equipment of multiservice communication networks is the discrimination of low-priority traffic in conditions of high load on the switching system. (Stallings V. Modern computer networks. - St. Petersburg: Peter, 2003. - 783 p.).

Одним из способов повышения объема обслуженного низкоприоритетного трафика в условиях высокой загрузки системы коммутации является применение дисциплины обслуживания с динамическими приоритетами. (Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. - М.: Мир, 1979. - 600 с.).One of the ways to increase the volume of served low-priority traffic in conditions of high load on the switching system is to apply service discipline with dynamic priorities. (Kleinrock L. Computing systems with queues. - M.: Mir, 1979. - 600 p.).

Известно устройство с модифицированной схемой и методом передачи трафика согласно циклической дисциплине обслуживания, содержащее два порта для поступающего трафика, обслуживающий прибор и систему управления (патент US №009073968, МПК H04L 12/50 от 19.03.2009). Данное устройство позволяет устранить дискриминацию низкоприоритетного трафика за счет выделения каждому источнику определенной полосы пропускания согласно приоритету.A device with a modified circuit and method of transmitting traffic according to the cyclic discipline of service, containing two ports for incoming traffic, serving device and control system (US patent No. 009073968, IPC H04L 12/50 from 03/19/2009). This device eliminates discrimination of low-priority traffic by allocating a certain bandwidth to each source according to priority.

Недостатком данного аналога является статичность распределения пропускной способности между источниками трафика. Данный недостаток при определенных условиях функционирования не позволяет оптимально использовать ресурсы системы коммутации для обслуживания низкоприоритетного трафика. (Бронштейн О.И., Духовный И.М. Модели приоритетного обслуживания в информационно-вычислительных системах. - М.: Наука, 1976. - 220 с.).The disadvantage of this analogue is the static distribution of bandwidth between traffic sources. Under certain operating conditions, this drawback does not allow optimal use of the switching system resources for serving low-priority traffic. (Bronstein OI, Dukhovny IM Models of priority service in information-computing systems. - M.: Nauka, 1976. - 220 p.).

Известен также метод обслуживания трафика от множества источников с различными приоритетами обслуживания (патент ЕР №1648125, МПК H04L 12/56 от 19.04.2006). Данный метод основывается на комбинации двух дисциплин обслуживания: дисциплине с приоритетами, предоставляющей специальное обслуживание согласно уровню сервиса и циклической дисциплине обслуживания, при которой селектор очереди гарантирует определенную пропускную способность согласно весу данной очереди. Данный метод также позволяет устранить дискриминацию низкоприоритетного трафика за счет назначения веса очереди и циклического обслуживания каждой из них согласно назначенному весу.There is also a known method of servicing traffic from multiple sources with different service priorities (patent EP No. 1648125, IPC H04L 12/56 of 04/19/2006). This method is based on a combination of two service disciplines: a priority discipline that provides special services according to the level of service and a cyclical service discipline in which the queue selector guarantees a certain throughput according to the weight of the queue. This method also allows you to eliminate discrimination of low-priority traffic by assigning the weight of the queue and cyclic maintenance of each of them according to the assigned weight.

Недостатком данного аналога является неизменность веса очереди, назначаемого администратором. Это может привести к неэффективному использованию ресурса пропускной способности для обслуживания низкоприоритетного трафика в случае изменения условий функционирования обслуживающего устройства. (Бронштейн О.И., Духовный И.М. Модели приоритетного обслуживания в информационно-вычислительных системах. - М.: Наука, 1976. - 220 с.).The disadvantage of this analogue is the invariability of the weight of the queue assigned by the administrator. This can lead to inefficient use of the bandwidth resource to serve low-priority traffic in case of changing operating conditions of the serving device. (Bronstein OI, Dukhovny IM Models of priority service in information and computing systems. - M .: Nauka, 1976. - 220 p.).

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям аналогом (прототипом) к заявляемой системе коммутации мультимедийного трафика на основе динамических приоритетов является метод и устройство пакетного планировщика (патент US №2011158091, МПК H04L 12/56 от 30.06.2011). Данный метод включает: буферизацию полученного пакета в соответствующую виртуальную выходную очередь согласно классу сервиса; определение веса каждой очереди в соответствии с количеством содержащимся в ней пакетов; обслуживание каждой очереди на основе планирования в несколько этапов согласно ее весу и классам качества. На первом этапе производится планирование обслуживания в режиме строгого приоритета, а на втором этапе - циклическое обслуживание всех очередей.The closest in technical essence and functions performed analogue (prototype) to the claimed multimedia traffic switching system based on dynamic priorities is the method and device of the packet scheduler (US patent No.2011158091, IPC H04L 12/56 from 06/30/2011). This method includes: buffering the received packet into the corresponding virtual output queue according to the class of service; determination of the weight of each queue in accordance with the number of packets contained in it; servicing each queue on the basis of planning in several stages according to its weight and quality classes. At the first stage, service planning is carried out in strict priority mode, and at the second stage, cyclic servicing of all queues is performed.

При такой совокупности описанных действий достигается адаптация распределения ресурсов к изменяющимся условиям функционирования системы обслуживания за счет автоматического определения веса очереди в зависимости от степени загрузки при сравнительно низких затратах аппаратных ресурсов.With such a combination of the described actions, adaptation of the distribution of resources to changing conditions of the functioning of the service system is achieved by automatically determining the weight of the queue depending on the degree of load with relatively low hardware costs.

Однако устройство-прототип имеет недостаток: в определенных условиях возможна дискриминация низкоприоритетного трафика из-за того, что при обслуживании очередей в режиме строгого приоритета показатели качества обслуживания трафика низкоприоритетных очередей не соответствуют предъявляемым требованиям при наличии доступных ресурсов пропускной способности.However, the prototype device has a drawback: under certain conditions, discrimination of low priority traffic is possible due to the fact that when servicing queues in strict priority mode, the quality of service indicators for the traffic of low priority queues do not meet the requirements in the presence of available bandwidth resources.

Задачей настоящей полезной модели является разработка системы коммутации мультимедийного трафика на основе динамических приоритетов, позволяющей повысить объем обслуженного низкоприоритетного трафика за счет своевременного внесения изменений в дисциплину обслуживания.The objective of this utility model is to develop a multimedia traffic switching system based on dynamic priorities, which allows to increase the volume of low-priority traffic served by timely changes to the service discipline.

Эта задача решается тем, что система коммутации мультимедийного трафика на основе динамических приоритетов, содержащая память для очередей пакетов трафика, коммутационную матрицу и планировщик коммутации пакетов, при этом планировщик коммутации пакетов соединен с коммутационной матрицей и памятью для очередей трафика, отличается тем, что содержит блок измерения и сравнения параметров трафика, блок расчетов и блок управления очередью, при этом блок измерения и сравнения параметров трафика соединен с памятью для очередей пакетов трафика, а также с блоком расчетов, при этом блок расчетов соединен с блоком управления очередью, а блок управления очередью соединен с коммутационной матрицей.This problem is solved in that the multimedia traffic switching system based on dynamic priorities, comprising a memory for traffic packet queues, a switching matrix and a packet switching scheduler, wherein the packet switching scheduler is connected to the switching matrix and memory for traffic queues, characterized in that it contains a block measuring and comparing traffic parameters, a calculation unit and a queue management unit, wherein the unit for measuring and comparing traffic parameters is connected to a memory for traffic packet queues and as well as calculation unit, wherein the calculation unit is connected to the queue control block and the queue control unit is coupled to a switch matrix.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность повышения объемов обслуженного низкоприоритетного трафика, поскольку введенные в блок планировщика дополнительные блоки производят периодический контроль параметров поступающего и обслуженного трафика согласно классам сервиса, производят расчет показателей качества обслуживания трафика и производят управление очередью в зависимости от данных расчета и требований качества обслуживания. Тем самым всем поступающим в систему потокам мультимедийного трафика предоставляется специальное обслуживание согласно классам сервиса, не допускается дискриминация потоков низкоприоритетного трафика и производится автоматическая адаптация дисциплины обслуживания к изменяющимся условиям функционирования системы обслуживания, что позволяет в определенных условиях наиболее эффективно использовать ресурсы системы обслуживания и тем самым обеспечить больший объем обслуженного низкоприоритетного трафика.The listed new set of essential features provides the opportunity to increase the volume of low-priority traffic served, since the additional blocks entered in the scheduler block periodically monitor the parameters of incoming and served traffic according to the service classes, calculate the quality of service traffic and manage the queue depending on the calculation data and quality requirements service. Thus, all streams of multimedia traffic entering the system are provided with special service according to the service classes, discrimination of low-priority traffic flows is not allowed, and the discipline of service is automatically adapted to the changing conditions of the service system functioning, which makes it possible to use service system resources in the most efficient way and thereby ensure greater volume of served low-priority traffic.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие полезной модели условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art made it possible to establish that analogues that are characterized by a combination of features that are identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the suitability of the utility model for the patentability condition of “novelty”.

Заявленная полезная модель поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed utility model is illustrated by drawings, which show:

фиг.1 - общая структурная схема системы коммутации мультимедийного трафика на основе динамических приоритетов;figure 1 is a General structural diagram of a switching system for multimedia traffic based on dynamic priorities;

фиг.2 - схема алгоритма работы введенных блоков планировщика.figure 2 - diagram of the algorithm of the input blocks of the scheduler.

Система коммутации мультимедийного трафика на основе динамических приоритетов, показанная на фиг.1, содержит память для очередей пакетов трафика 1, коммутационную матрицу 2, планировщик коммутации пакетов 3. При этом планировщик коммутации пакетов 3 соединен с памятью 1 и коммутационной матрицей 2. Планировщик коммутации пакетов 3 содержит блок измерения и сравнения параметров трафика 4, блок расчетов 5 и блок управления очередью 6. Блок измерения и сравнения параметров трафика 4 соединен с памятью для очередей пакетов трафика 1 и с блоком расчетов 5. Блок расчетов 5 соединен с блоком управления очередью 6, а блок управления очередью 6 соединен с коммутационной матрицей 2.The dynamic priority multimedia traffic switching system shown in FIG. 1 comprises a memory for traffic packet queues 1, a switching matrix 2, a packet switching scheduler 3. Moreover, a packet switching scheduler 3 is connected to a memory 1 and a switching matrix 2. A packet switching scheduler 3 contains a unit for measuring and comparing traffic parameters 4, a calculation unit 5 and a control unit for queue 6. A unit for measuring and comparing traffic parameters 4 is connected to a memory for queues of traffic packets 1 and to a unit of races 5. etov calculation unit 5 is connected with the queue control unit 6, and a queue management unit 6 connected to the switching matrix 2.

Память для очередей пакетов трафика 1 предназначена для оперативного хранения поступающих пакетов мультимедийного трафика и может быть выполнена на базе микросхемы K4D263238F-QC50 производства компании "Samsung" (Энциклопедия электронных компонентов. Большие интегральные схемы // Е.Богатырев и др. - 2006. - С.224.).The memory for the queues of traffic packets 1 is designed for online storage of incoming multimedia traffic packets and can be performed on the basis of the Samsung K4D263238F-QC50 chip (Encyclopedia of electronic components. Large integrated circuits // E. Bogatyrev et al. - 2006. - С .224.).

Коммутационная матрица 2 предназначена для коммутации поступающего трафика на один из выходов системы коммутации и может быть выполнена на базе микросхемы AR8316 производства компании "Atheros" (Энциклопедия электронных компонентов. Большие интегральные схемы // Е.Богатырев и др. - 2006. - С.224).Switching matrix 2 is designed for switching incoming traffic to one of the outputs of the switching system and can be performed on the basis of the Atheros AR8316 chip (Encyclopedia of Electronic Components. Large Integrated Circuits // E. Bogatyrev et al. - 2006. - P.224 )

Планировщик коммутации пакетов определяет порядок обслуживания очередей, таким образом, чтобы пропускная способность системы коммутации и эффективность использования ресурсов системы коммутации были максимальными. Дополнительной задачей планировщика коммутации пакетов является устранение дискриминации низкоприоритетного трафика. Введенный в планировщик коммутации пакетов блок измерения и сравнения параметров трафика производит сбор данных о поступающем и обслуженном трафике, производит расчет статистических характеристик трафика и производит сравнение параметров качества обслуживания системы обслуживания с требуемыми значениями. Введенный в планировщик коммутации пакетов блок расчетов вычисляет основные показатели качества функционирования системы обслуживания на основе данных, поступающих с блока измерения и сравнения параметров трафика и в соответствии с этим производит расчет управляющих воздействий на коммутационную матрицу, при которых выполняются требования к качеству обслуживания поступающего трафика. Введенный в планировщик коммутации пакетов блок управления очередью на основе полученных от блока расчетов данных производит управляющие воздействия на коммутационную матрицу. Введенный блок измерения и сравнения параметров трафика, блок расчетов и блок управления определяют логику функционирования системы коммутации и могут быть реализованы в виде программный модулей, логика работы которых представлена на фиг.2. Планировщик может быть выполнен на базе микросхемы FWIXP420BB (L4520230) производства компании "Intel" (В.Бройдо, О.Ильина. Архитектура ЭВМ и систем. - СПб.: Питер, 2009. - 720 с.).The packet switching scheduler determines the order of queuing, so that the throughput of the switching system and the efficient use of resources of the switching system are maximized. An additional task of the packet switching scheduler is to eliminate discrimination of low-priority traffic. The unit for measuring and comparing traffic parameters, introduced into the packet switching scheduler, collects data on incoming and served traffic, calculates the statistical characteristics of traffic and compares the quality of service parameters of the service system with the required values. The calculation unit introduced into the packet switching scheduler calculates the main indicators of the quality of the service system based on the data received from the measurement and comparison of the traffic parameters and, in accordance with this, calculates the control actions on the switching matrix, which satisfy the quality of service requirements for the incoming traffic. The queue control unit introduced into the packet switching scheduler, on the basis of the data received from the calculation unit, produces control actions on the switching matrix. The introduced unit for measuring and comparing traffic parameters, the calculation unit and the control unit determine the logic of the switching system and can be implemented in the form of software modules, the logic of which is presented in figure 2. The scheduler can be executed on the basis of the FWIXP420BB (L4520230) microcircuit manufactured by Intel (V. Broydo, O. Ilyina. Computer and system architecture. - SPb .: Peter, 2009. - 720 p.).

Промышленная применимость полезной модели обусловлена тем, что она может быть осуществлена с помощью современной элементной базы, с достижением указанного в полезной модели назначения.The industrial applicability of the utility model is due to the fact that it can be implemented using the modern elemental base, with the achievement of the destination specified in the utility model.

В известной работе (Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. - М.: Мир, 1979. - 600 с.) получена обобщенная формула среднего времени ожидания обслуживания пакетов r-го приоритета для дисциплины обслуживания s-порядка:In the well-known work (Kleinrock L. Computing systems with queues. - M .: Mir, 1979. - 600 pp.), A generalized formula is obtained for the average waiting time for servicing packages of the r-th priority for the discipline of s-order servicing:

где ρR - суммарная нагрузка коммутационной матрицы;where ρ R is the total load of the switching matrix;

ρr - суммарная нагрузка коммутационной матрицы пакетами приоритета не выше r;ρ r is the total load of the switching matrix with priority packets not higher than r;

µR - интенсивность обслуживания суммарного потока пакетов;µ R is the service intensity of the total packet stream;

br - коэффициент, определяющий скорость нарастания приоритета для пакетов соответствующих классов обслуживания (b1≥b2≥…≥br≥0).b r is a coefficient that determines the priority rise rate for packets of the corresponding classes of service (b 1 ≥b 2 ≥ ... ≥b r ≥0).

При s→0 получаем систему обслуживания в порядке приоритетов, не изменяющихся во времени - относительных фиксированных приоритетов. При s=1 имеем систему с приоритетами, линейно изменяющимися во времени - относительными динамическими приоритетами.As s → 0, we obtain a service system in the order of priorities that do not change in time — relative fixed priorities. For s = 1, we have a system with priorities that linearly change in time - relative dynamic priorities.

Для того чтобы всем поступающим в систему потокам мультимедийного трафика предоставить специальное обслуживание согласно классам сервиса, не допустить дискриминации потоков низкоприоритетного трафика и произвести автоматическую адаптацию дисциплины обслуживания к изменяющимся условиям функционирования системы обслуживания в системе коммутации необходимо управление очередью, которое будет выполнять следующие основные функции:In order for all streams of multimedia traffic entering the system to provide special services according to the classes of service, to prevent discrimination of low-priority traffic flows and to automatically adapt the discipline of service to the changing operating conditions of the service system in the switching system, it is necessary to manage the queue, which will perform the following main functions:

- периодический контроль основных показателей качества обслуживания (задержки, потери пакетов различных приоритетных классов);- periodic monitoring of key indicators of service quality (delays, packet loss of various priority classes);

- автоматическое принятие решения на изменение дисциплины обслуживания в зависимости от нагрузки со стороны поступающего трафика и соответствия показателей качества обслуживания установленным нормам (изменение управляющего параметра s);- automatic decision-making on changing the discipline of service depending on the load from the incoming traffic and the compliance of the quality of service indicators with the established standards (change in the control parameter s);

- перерасчет переменной (br+1/br)1/s (относительной скорости изменения приоритета) за счет изменения параметров br+1, br, s, с целью регулирования среднего времени ожидания обслуживания (задержки) для поддержания показателей качества функционирования в пределах установленных норм.- recalculation of the variable (b r + 1 / b r ) 1 / s (relative rate of change of priority) by changing the parameters b r + 1 , b r , s, in order to regulate the average waiting time for the service (delay) to maintain performance indicators within the established standards.

Поступающий на вход системы коммутации трафик можно разделить на две части: трафик, чувствительный к задержкам (высокоприоритетный) и трафик, не чувствительный к задержкам (низкоприоритетный). Следовательно, весь трафик можно разделить на два приоритетных класса R=2. При этом с учетом требований качества обслуживания задержка пакетов высокоприоритетного трафика tпп(1) (первого приоритета) не должна превышать требуемое значение , а задержка пакетов низкоприоритетного трафика tпп(2) (второго приоритета) не должна превышать .The traffic coming to the input of the switching system can be divided into two parts: traffic that is sensitive to delays (high priority) and traffic that is not sensitive to delays (low priority). Therefore, all traffic can be divided into two priority classes R = 2. Moreover, taking into account the requirements of the quality of service, the packet delay of high-priority traffic t pp (1) (first priority) should not exceed the required value and the packet delay of low-priority traffic t pp (2) (second priority) should not exceed .

Средняя задержка пакетов r-го приоритета системы коммутации с динамическими приоритетами (ДП) складывается из среднего времени ожидания обслуживания и среднего времени обслуживания xr, что позволяет вычислить требуемое время ожидания обслуживания, так как среднее время обслуживания пакетов расчитано:The average delay of packets of the r-th priority of the switching system with dynamic priorities (DP) consists of the average waiting time for service and the average service time x r , which allows you to calculate the required waiting time for the service, since the average service time of the packets is calculated:

В тоже время на основании формулы Литтла среднее время ожидания обслуживания пакетов r-го приоритета:At the same time, on the basis of the Little formula, the average waiting time for servicing packets of the rth priority is:

где - средняя длина очереди пакетов r-го приоритета; λr - интенсивность поступления пакетов r-го приоритета.Where - average packet queue length of r-th priority; λ r is the arrival rate of packets of the rth priority.

На основании "закона сохранения накопленной в очереди работы" и метода диффузионной аппроксимации (Сычев К.И. Многокритериальное проектирование мультисервисных сетей связи. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008 - 272 с.) средняя длина очереди пакетов эластичного трафика (r=2) в системе коммутации типа с динамическими приоритетами определяется как:Based on the "law of conservation of work accumulated in the queue" and the method of diffusion approximation (KI Sychev Multi-criteria design of multi-service communication networks. - St. Petersburg: Publishing House of Polytechnic University, 2008 - 272 s.) The average length of the queue of elastic packets traffic (r = 2) in a switching system of type with dynamic priorities is defined as:

где - средняя длина очереди для суммарного потока приоритета не выше r;Where - the average queue length for the total priority stream is not higher than r;

, - соответственно квадратичные коэффициенты вариации для распределений времени поступления и обслуживания пакетов r-го приоритета; , - respectively, the quadratic coefficients of variation for the distribution of the time of receipt and maintenance of packets of the r-th priority;

- средняя длина очереди пакетов r-го приоритета в системе коммутации типа с динамическими приоритетами, определяемая как . - the average packet queue length of the r-th priority in the switching system of type with dynamic priorities, defined as .

Среднее время ожидания обслуживания пакетами r-го приоритета в системе коммутации типа с динамическими приоритетами - определяется решением системы уравнений (Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. - М.: Мир, 1979. - 600 с.). Решение системы для случая R=2:Average waiting time for service with r-priority packets in a switching system of type with dynamic priorities - is determined by the solution of a system of equations (Kleinrock L. Computational systems with queues. - M .: Mir, 1979. - 600 p.). The solution of the system for the case R = 2:

На основе полученных результатов (5) и (6), используя формулу Литтла (3), а также формулу (4), получим среднее время ожидания обслуживания .Based on the results obtained (5) and (6), using the Little formula (3), as well as the formula (4), we obtain the average service waiting time .

Основной целью приведенных расчетов является вычисление отношения b2/b1, при котором величина задержки пакетов низкоприоритетного трафика будет соответствовать требованию . В итоге получаем уравнение с одним неизвестным - переменной b2/b1, которая вычисляется в результате простейших линейных математических операций.The main purpose of the above calculations is to calculate the ratio b 2 / b 1 at which the delay value of packets of low priority traffic will meet the requirement . As a result, we get an equation with one unknown - the variable b 2 / b 1 , which is calculated as a result of the simplest linear mathematical operations.

После необходимо определить задержку пакетов высокоприоритетного трафика при полученном отношении b2/b1 на основе аналогичной последовательности вычислений с целью проверки условия .After that, it is necessary to determine the delay of high-priority traffic packets at the obtained ratio b 2 / b 1 on the basis of a similar sequence of calculations in order to verify the condition .

В случае несоответствия вероятности потери пакетов r-го приоритета требуемому значению необходимо произвести перерасчет требуемого объема буферной памяти для очереди пакетов с учетом текущих условий функционирования системы коммутации.In case of discrepancy of probability of packet loss of the r-th priority desired value it is necessary to recalculate the required amount of buffer memory for the packet queue taking into account the current operating conditions of the switching system.

Для этого блок расчетов вычисляет объем буферной памяти для очереди пакетов (Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. - М.: Мир, 1979. - 600 с.):To do this, the calculation unit calculates the amount of buffer memory for the packet queue (Kleinrock L. Computing systems with queues. - M.: Mir, 1979. - 600 p.):

где - требования по вероятность потери пакетов.Where - requirements for the probability of packet loss.

Выражение (7) для расчета требуемого объема буферной памяти учитывает текущие параметры входящего трафика, такие как нагрузка и изменчивость, определяемая квадратичными коэффициентами вариации распределений времени между поступлениями пакетов и времени обслуживания пакетов для индивидуальных потоков по приоритетам, а также для суммарного трафика приоритета не выше , .Expression (7) for calculating the required amount of buffer memory takes into account current parameters of incoming traffic, such as load and variability determined by quadratic coefficients of variation of the distribution of time between packet arrivals and packet service time for individual flows by priority, as well as for total priority traffic not higher , .

Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.

Пакеты мультимедийного трафика поступают в систему коммутации и выходят из системы через соответствующие интерфейсы 1′. Данные поступающего и обслуженного трафика (длительности времени между пакетами и длительности пакетов) по связи 1″ поступают в блок измерения и сравнения параметров трафика. Характеристики входящего и обслуженного трафика (фиг.2) рассчитываются блоком измерения и сравнения параметров трафика 4 (фиг.1). В случае несоответствия измеренных показателей качества обслуживания требуемым (фиг.2), блок измерения и сравнения параметров трафика 4 осуществляет передачу характеристик поступающего трафика в блок расчетов 5 (связь 4′, фиг.1).Packets of multimedia traffic enter the switching system and exit the system through the corresponding interfaces 1 ′. The data of incoming and served traffic (the duration of time between packets and the duration of the packets) via 1 ″ communication is sent to the unit for measuring and comparing traffic parameters. Characteristics of incoming and served traffic (figure 2) are calculated by the unit for measuring and comparing traffic parameters 4 (figure 1). In case of mismatch of the measured indicators of the quality of service required (Fig. 2), the unit for measuring and comparing traffic parameters 4 transfers the characteristics of the incoming traffic to the calculation unit 5 (communication 4 ′, Fig. 1).

Основной задачей блока расчетов 5 является вычисление основных показателей качества функционирования системы коммутации на основе исходных данных о поступающем трафике и расчет управляющих параметров дисциплины обслуживания , при которой выполняются требования к качеству обслуживания поступающего трафика (фиг.2).The main task of calculation block 5 is to calculate the main indicators of the quality of the switching system based on the initial data on incoming traffic and the calculation of the control parameters of the service discipline at which the requirements for the quality of service of incoming traffic are met (figure 2).

Блок расчетов 5 сравнивает рассчитанную задержку пакетов 1-го приоритета в системе коммутации с динамическими приоритетами с требуемой задержкой (фиг.2). В случае блок расчетов 5 передает в блок управления очередью 6 следующие параметры (связь 5′, фиг.1):Calculation block 5 compares the calculated delay of packets of the first priority in the switching system with dynamic priorities delayed (figure 2). When the calculation unit 5 transmits the following parameters to the control unit 6 (communication 5 ′, FIG. 1):

- s=1 - параметр управления, указывающий на переход от фиксированных приоритетов к динамическим;- s = 1 - control parameter indicating the transition from fixed priorities to dynamic;

- переменная - определяет относительную скорость изменения приоритетной функции, т.е. отношение показывает, во сколько раз быстрее высокоприоритетный трафик (r=1) наращивает свой приоритет по отношению к низкоприоритетному трафику (r=2).- variable - determines the relative rate of change of the priority function, i.e. the attitude shows how much faster the high-priority traffic (r = 1) is increasing its priority in relation to the low-priority traffic (r = 2).

В дальнейшем блок расчетов 5 в блок управления очередью 6 осуществляет периодическую (в случае действия дисциплины обслуживания с динамическими приоритетами) передачу рассчитанных параметров управления (связь 6′, фиг.1): s и , а также рассчитанное значение требуемого объема буферной памяти с учетом текущих условий функционирования системы коммутации.In the future, the calculation unit 5 to the control unit of the queue 6 performs periodic (in the case of a service discipline with dynamic priorities) transfer of the calculated control parameters (communication 6 ′, Fig. 1): s and , as well as the calculated value of the required amount of buffer memory taking into account the current operating conditions of the switching system.

Блок управления очередью 6 на основе полученных управляющих параметров определяет дисциплину обслуживания (фиг.2):The control unit queue 6 based on the obtained control parameters determines the discipline of service (figure 2):

- осуществляет переход на дисциплину обслуживания с динамическими приоритетами s=1;- makes the transition to service discipline with dynamic priorities s = 1;

- определяет скорость возрастания приоритета пакетов непрерывного b1 и эластичного трафика b2;- determines the rate of increase of priority of packets of continuous b 1 and elastic traffic b 2 ;

- изменяет объем буферной памяти Kr согласно рассчитанному требуемому значению с учетом текущих условий функционирования системы коммутации;- changes the amount of buffer memory K r according to the calculated required value taking into account the current operating conditions of the switching system;

- осуществляет возврат к дисциплине обслуживания с фиксированными приоритетами (s=0) в случае соответствия показателей качества обслуживания пакетов непрерывного и эластичного трафика.- carries out a return to the discipline of service with fixed priorities (s = 0) in case of compliance with the quality of service indicators of packets of continuous and elastic traffic.

В результате функционирования системы коммутации на основе управления очередью высокоприоритетному трафику, чувствительному к задержкам, предоставляется специальное обслуживание и при этом не допускается блокировка низкоприоритетного трафика. Это достигается за счет своевременного внесения изменений в дисциплину обслуживания согласно рассчитанным параметрам управления (s, b1, b2, Kr), что приводит к перераспределению ресурсов системы коммутации от высокоприоритетного трафика к низкоприоритетному при условии обеспечения качества обслуживания первого. В этом заключается механизм автоматической адаптации распределения ресурсов к изменяющимся сетевым условиям, который позволяет обслужить больший объем низкоприоритетного трафика. Результаты аналитических расчетов, а также проведенного имитационного моделирования при различных требованиях к задержке пакетов и нагрузке на систему коммутации показывают, что прирост объема обслуженного низкоприоритетного трафика составляет при различных условиях моделирования составил от 3% до 36%.As a result of the operation of the switching system based on queue management, high priority traffic sensitive to delays is provided with special service and at the same time blocking of low priority traffic is not allowed. This is achieved by timely changes to the service discipline according to the calculated control parameters (s, b 1 , b 2 , K r ), which leads to a redistribution of switching system resources from high-priority to low-priority traffic, provided that the quality of service is ensured first. This is the mechanism for automatically adapting resource allocation to changing network conditions, which allows you to serve a larger volume of low-priority traffic. The results of analytical calculations, as well as the simulation performed for various requirements for packet delay and load on the switching system show that the volume of served low-priority traffic increased from 3% to 36% under various modeling conditions.

Claims (1)

Система коммутации мультимедийного трафика на основе динамических приоритетов, содержащая память для очередей пакетов трафика, коммутационную матрицу и планировщик коммутации пакетов, при этом планировщик коммутации пакетов соединен с коммутационной матрицей и памятью для очередей трафика, отличающаяся тем, что содержит блок измерения и сравнения параметров трафика, блок расчетов и блок управления очередью, при этом блок измерения и сравнения параметров трафика соединен с памятью для очередей пакетов трафика, а также с блоком расчетов, при этом блок расчетов соединен с блоком управления очередью, а блок управления очередью соединен с коммутационной матрицей.
Figure 00000001
A dynamic priority multimedia traffic switching system comprising a memory for traffic packet queues, a switching matrix and a packet switching scheduler, wherein the packet switching scheduler is connected to the switching matrix and memory for traffic queues, characterized in that it comprises a unit for measuring and comparing traffic parameters, a calculation unit and a queue management unit, wherein the unit for measuring and comparing traffic parameters is connected to a memory for the queues of traffic packets, as well as with the calculation unit in, wherein the calculation unit is connected to the queue control block and the queue control unit is coupled to a switch matrix.
Figure 00000001
RU2012123560/08U 2012-06-06 2012-06-06 SYSTEM OF COMMUTATION OF MULTIMEDIA TRAFFIC BASED ON DYNAMIC PRIORITIES RU121978U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123560/08U RU121978U1 (en) 2012-06-06 2012-06-06 SYSTEM OF COMMUTATION OF MULTIMEDIA TRAFFIC BASED ON DYNAMIC PRIORITIES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123560/08U RU121978U1 (en) 2012-06-06 2012-06-06 SYSTEM OF COMMUTATION OF MULTIMEDIA TRAFFIC BASED ON DYNAMIC PRIORITIES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU121978U1 true RU121978U1 (en) 2012-11-10

Family

ID=47322710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012123560/08U RU121978U1 (en) 2012-06-06 2012-06-06 SYSTEM OF COMMUTATION OF MULTIMEDIA TRAFFIC BASED ON DYNAMIC PRIORITIES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU121978U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tabatabaee et al. Interleaved weighted round-robin: A network calculus analysis
US7522624B2 (en) Scalable and QoS aware flow control
Mirtchev Packet-level link capacity evaluation for IP networks
WO2001020876A1 (en) Allocating network bandwidth
Liu et al. On fluid queueing systems with strict priority
RU121978U1 (en) SYSTEM OF COMMUTATION OF MULTIMEDIA TRAFFIC BASED ON DYNAMIC PRIORITIES
Wang et al. Integrating priority with share in the priority-based weighted fair queuing scheduler for real-time networks
RU2742038C1 (en) Method for dynamic quasioptimal performance distribution when processing real-time fractal traffic in systems with failures
Abraham et al. A new approach for asynchronous distributed rate control of elastic sessions in integrated packet networks
Lee et al. Dynamic bandwidth allocation in SDN based next generation virtual networks: a deterministic network calculus approach
Luangsomboon et al. A round-robin packet scheduler for hierarchical max-min fairness
Kempken et al. Transient and Steady State Analysis in a Discrete-Time Queueing Network
RU2776658C1 (en) Method for probabilistic priority queue maintenance and a device implementing it
RU2777035C1 (en) Method for probabilistic weighted fair queue maintenance and a device implementing it
RU2790552C1 (en) Method of dynamic performance distribution in the processing of real-time fractal traffic using pairwise aggregation of weakly correlated flows
Knightly Resource allocation for multimedia traffic flows using rate variance envelopes
Lin et al. Integration of scheduling real-time traffic and cell loss control for ATM networks
US20080089240A1 (en) Network Analysis Tool
Giacomazzi Statistical traffic envelopes for Markov-modulated Poisson packet sources
Świątek et al. Adaptive packet scheduling for requests delay guaranties in packet-switched computer communication network
Taddia et al. On the jitter performance of FIFO and priority queues mixture
Shi et al. An evaluation of fair packet schedulers using a novel measure of instantaneous fairness
López-Guerrero et al. On the dynamic allocation of resources using linear prediction of aggregate network traffic
Ariffin et al. Application of the generalised ballot theorem for evaluation of performance in packet buffers with non-first in first out scheduling
Li et al. A Specific Scheme for Rate-Controlled Smooth Scheduling Based on Timeslot-Iteration

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20121202