TWI470962B - 應用在分散式分時多工系統的資源分配方法與系統 - Google Patents

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Description

應用在分散式分時多工系統的資源分配方法與系統
本揭露係關於一種應用在分散式(distributed)分時多工系統(Time-Division Multiplexing，TDM)的資源分配方法與系統。
最大-最小公平(Max-min Fairness)準則是目前分時多工系統中廣泛被採用的資源分配理念之一。依據最大-最小公平準則，系統可依使用者需求按比例公平分配資源，即時回收剩餘資源予以重新分配，並且對使用者提供可預期的最低資源使用量及最長服務延遲。其特點包括：資源可取用性(accessibility)高、資源調度彈性高、以及具服務品質保證。基於最大-最小公平準則的資源分配可應用於分散式分時多工系統，例如，無線隨意網路(Ad-Hoc Network)、網狀網路(Mesh Network)、無線區域網路(Wireless LAN)、無線感測網路(Wireless Sensor Network)、令牌環狀網路(Token Ring Network)等系統的頻寬分配，以及中央處理單元(CPU)的工作排程。
一種分時多工的資源分配模式是基於交織輪詢(Interleaved Polling-based)架構。在此模式中，所有使用者以輪循(round-robin)方式輪流使用系統資源，系統服務週期可定義為自任一使用者為起始點服務一輪的一連續時段，例如在10個使用者輪循的過程中，服務週期可以是使用者1至使用者10使用資源的連續時段，也可以是使用者5至10、加上使用者1至4使用資源的連續時段。此模式可針對單一使用者個別的需求分配其資源使用量，不需要等待全部使用者需求皆到齊後始進行整個週期的資源分配。
習知的資源分配演算法例如是限制服務方法(limited service scheme)、彈性服務方法(elastic service scheme)、限制彈性服務方法(limited elastic service scheme)等。依據限制服務方法，系統依照權重比例分別對每一使用者設定一最大服務量，所有使用者以輪循方式輪流使用系統資源。每一使用者在任一輪服務當中獲得的資源使用量是取其當時的資源需求量與其最大服務量兩者之中的較小者。第一圖是限制服務方法之資源分配的一案例。此案例中，假設3個使用者共用一網路系統的資源，上圖是依照使用者最大服務量定義的標準資源分配情形，下圖是參考使用者的實際需求計算後的資源分配結果。在上圖中，使用者i接收一訊息Ti 獲得頻寬使用權，隨即開始傳送資料Di ，並於所屬時間結束前傳遞訊息Ti+1 至下一位使用者i+1；不同使用者的資料與訊息傳送時間須保留一過渡間隔(transition gap)時間。
在下圖中，假設使用者1與使用者2的需求量持續為0，而使用者3持續提出極高的需求量。依據此方法定義的資源使用量，使用者1與使用者2獲得的使用量為0，使用者3的使用量為一固定的最大服務量。此方法藉由縮短服務週期來提高使用者3的資源使用頻率。當多數使用者的需求量偏低時，系統切換使用者所需的額外花費(overhead)隨之增加，此花費包括增加傳遞的訊息數量與保留的過渡間隔時間，此情形導致系統的資源使用率降低、以及收發器的耗電量增加。
依據彈性服務方法，系統預先設定一最高週期服務量，所有使用者以輪循方式輪流使用系統資源。每一使用者在任一輪服務當中獲得的資源使用量是取其當時的資源需求量與系統剩餘的週期服務量兩者之中的較小者。第二圖是彈性服務方法之資源分配的一案例。此案例中，假設3個使用者共用系統資源，上圖是一般標準的資源分配情形，不再重述。下圖是參考使用者的實際需求計算後的資源分配結果。在下圖中，假設系統在第一週期中，使用者2與使用者3的需求量為0，而使用者1提出極高的需求量。依據此方法定義的資源使用量，則於此週期中，使用者2與使用者3獲得的使用量為0，使用者1的使用量為此最高週期服務量。
爾後，從第二週期開始，假設全部使用者均提出極高的需求量，依據此方法定義的資源使用量，對使用者1來說，在上一週期使用者2與使用者3的使用量皆為0，因此使用者1可獲得的使用量仍為此最高週期服務量；對使用者2來說，在上一週期使用者3與使用者1的使用量總和已達此最高週期服務量，因此使用者2獲得的使用量仍為0；同理，對使用者3來說，其獲得的使用量也是0。所以，只要使用者1持續提出極高的需求量，則系統將永遠優先滿足使用者1，而完全忽略使用者2與使用者3的需求。此情形導致資源分配不均，系統無法保障每個使用者的服務品質。
依據限制彈性服務方法，系統預先設定一最高週期服務量，並且分別對每一使用者設定一最大服務量，所有使用者以輪循方式輪流使用系統資源。每一使用者在任一輪服務當中獲得的資源使用量是取其當時的資源需求量、剩餘的週期服務量、以及其最大服務量三者之中的最小者。此方法中，假設N個使用者權重同為1，當所有使用者的最大服務量設定為此最高週期服務量時，則資源分配結果與彈性服務方法相同；當所有使用者的最大服務量設定為最高週期服務量的1/N時，則資源分配結果與限制服務方法相同；當所有使用者的最大服務量設定為介於最高週期服務量的1/N～1倍時，則系統仍無法對所有使用者保障最低資源使用量。
應用在分散式系統中的資源分配演算法以分散式公平排程(Distributed Fair Scheduling)方法為一種具代表性的方法。分散式公平排程方法是基於IEEE802.11 MAC通訊協定分散式協調功能(Distributed Coordination Function，DCF)模式的載波感測多重存取碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)機制，並且使用自時鐘公平排隊(Self-Clock Fair Queuing，SCFQ)排程演算法公式，按照使用者的權重比例設定封包傳送的後退區間(backoff interval)。當封包碰撞發生時，依碰撞次數而指數地提高後退區間。此方法並且使用指數鏡射(exponential mapping)方法來補償封包碰撞機率過高與頻寬使用率過低的缺點。
在分散式分時多工系統中，一個良好的資源分配方法須能善加利用系統資源以及保障使用者的服務品質，且具有極低的計算複雜度。此最佳資源分配方法是一個備受矚目且持續被深入探索的議題。
本揭露實施例可提供一種應用在分散式分時多工系統的資源分配方法與系統。以下本揭露之描述中，資源使用量定義為各別使用者在每次資源分配中所獲得的資源量，並且資源用量定義為此系統被使用或花費的資源量，其中系統的資源用量包括各使用者的資源使用量以及額外花費所佔用的資源量的總和。
所揭露的一實施例是關於一種應用在一分散式分時多工系統中的資源分配方法，此系統由複數個使用者組成，每一使用者分別對應一權重。此方法包含：經由此複數個使用者中，獲得一資源使用權的一使用者讀取一第一訊息，此訊息中包含一權重和與一系統優惠位準；計算此使用者的一資源使用量；計算此使用者的一資源剩餘量、更新此權重和、以及儲存此使用者的一個體優惠基準；將此資源剩餘量除以此權重和後累加至此系統優惠位準；以及此使用者傳遞一第二訊息給下一個獲得此資源使用權的使用者，此第二訊息中包含此更新後的權重和與此累加後的系統優惠位準。重覆執行上述所有步驟，來分配該系統的資源。
所揭露的另一實施例是關於一種在分散式分時多工系統中的資源分配系統。此資源分配系統包含複數個使用者，每一使用者輪流使用此分散式分時多工系統的資源，並分別對應一權重，每一使用者重複執行：獲得一資源使用權，讀取含有一權重和與一系統優惠位準的一第一訊息；計算一資源使用量與一資源剩餘量、更新此權重和、以及儲存此使用者的一個體優惠基準、並且將此資源剩餘量除以此權重和後累加至此系統優惠位準；以及傳遞含有此更新後的權重和與此累加後的系統優惠位準的一第二訊息給下一個獲得此資源使用權的使用者。
茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本發明之優點詳述於後。
本揭露的實施例在分散式分時多工系統中實現權重最大-最小公平的資源分配。本揭露應用在分散式分時多工系統的資源分配的設計中，使用一標準尺作為分配資源使用量的基準，依據此標準尺定義每個使用者的資源基本使用量(以下稱為基本量)，按照權重比例重新分配資源剩餘量，並且隨時控制實際資源使用進度相對於標準資源使用進度的偏移量。並且維護一組資源管理變數作為計算資源使用量的參考；當使用者釋出多餘資源時，將資源剩餘量正規化後累加至一資源管理變數；當使用者取用額外資源時，則利用此資源管理變數的週期增量乘以使用者權重來計算優惠量(超出基本量的額外資源分配量)。每一使用者傳遞一組公用的資源管理變數至下一個獲得資源使用權的使用者；各使用者據以計算本身在本次服務週期中的資源使用量，並且共同維護此組公用的資源管理變數的最新進度。以下以範例說明本揭露在分散式分時多工系統中的資源分配設計。
本揭露之資源分配方法使用一標準尺作為分配資源使用量的基準，依據此標準尺定義每個使用者的基本量。所謂標準尺是取一預定的標準週期資源用量、扣除其中的額外花費後，將剩下可用的標準週期服務量依照權重比例分配給每一使用者，並且將上述各使用者的資源分配量與額外花費按照一預定順序排列所形成的多個週期的標準資源分配情形。所謂基本量是使用者依據標準尺在每一週期中所獲得的資源分配量。
第三圖是根據本揭露一實施例的一示意圖，說明依照權重最大-最小公平準則分配資源。在第三圖的範例中，本揭露的資源分配係依據標準尺定義使用者的基本量，並且按照權重比例將使用者讓出的資源剩餘量即時且公平地分配給狀態為活化(active)的使用者，其中使用者狀態的定義可依應用需求而彈性設計，在本揭露實施例中採用的定義為，當使用者最近一次提出的需求量高於其基本量，則其狀態為活化；否則為非活化(inactive)。此外，使用者狀態的另一定義可以是，當使用者最近一次提出的需求量高於其獲得的資源使用量(使用者需求未被滿足)，則其狀態為活化；否則為非活化。
如第三圖所示，上圖之標準尺310作為分配資源使用量的參考。下圖是依據使用者的需求，本揭露的資源分配計算後的資源使用量320的結果。假設在一應用系統中使用者數量為3，使用者i的基本量為ti ，且對應一權重wi ；在第一週期中，系統資源被按照基本量分配給所有使用者，且從第二週期開始，使用者1的需求量持續為0，使用者2與使用者3持續提出極高的需求量。
本揭露的資源分配係依據此標準尺定義每個使用者的基本量，按照權重比例重新分配資源剩餘量。依此，每次當使用者1讓出資源量L1 (本範例假設L1 =t1 )時，此剩餘資源立即被重新分配給目前狀態為活化的使用者2與使用者3，按照其權重比例，使用者2與使用者3分別可獲得額外的資源量為τ2 =(L1 w2 )/(w2 +w3 )與τ3 =(L1 w3 )/(w2 +w3 )，如此，從第二週期開始，使用者2的資源使用量為t2 +τ2 ，使用者3的資源使用量為t3 +τ3 。符合權重最大-最小公平準則；並且使用者1所讓出的資源量可在一週期內全部重新分配完成。如此，對齊使用者1的使用權切換點，系統的每一實際週期服務量與標準週期服務量相同。換言之，系統的平均服務週期長度不隨著使用者需求量的變化而縮短，因此，提升了系統整體的資源使用率。
第四圖是根據本揭露一實施例的一示意圖，說明控制實際資源使用進度相對於標準資源使用進度的偏移量。在第四圖的範例中，本揭露的資源分配係限制此資源使用進度的偏移量不超過一預定的上限Lmax ，如第四圖的箭頭410所指，相對於標準尺310，在一資源使用量420的結果中，對齊任一服務切換點Ti ，限制其資源使用進度相對於標準尺310的偏移量不超過Lmax 。一種作法是維護一系統目前的資源使用進度偏移量L，並且限制每一使用者i在每一週期的資源使用量須大或等於ti -(Lmax -L)。如此，則對齊任一服務切換點Ti ，系統在每一週期的資源用量可限制在[T-Lmax ,T+Lmax ]範圍內，其中T是標準週期資源用量。
例如，在另一資源使用量430的結果中，對齊服務切換點T1 ，系統在第二週期的資源用量係限制在不低於T-Lmax ，此情況例如是所有使用者在第二週期需求量皆為0(資源使用量也皆為0)；而系統在第三週期的資源用量係限制在不超過T+Lmax ，此情況例如是所有使用者在第三週期皆提出極高的需求量。如此，藉由隨時控制實際資源使用進度相對於標準資源使用進度的偏移量，可保障使用者等待資源的最長潛伏期(latency)。
如前所述，基於權重最大-最小公平準則的資源分配可應用於分散式分時多工系統，例如，無線隨意網路、網狀網路、無線區域網路、無線感測網路、令牌環狀網路等系統的頻寬分配、以及中央處理單元之工作排程。同樣地，本揭露之資源分配也可以應用於上述系統中。以網路系統的頻寬分配為例，一網路系統可包含複數個使用者，每一使用者皆對應一權重。一使用者可以是一資料流、或是一網路節點、或是節點內對應特定服務等級的一資料佇列，並且在專屬時間內可使用特定頻道的頻寬進行資料傳輸。使用者可由本身的資料佇列長度得知頻寬需求量；切換使用者的額外花費(overhead)包含訊息與過渡間隔(transition gap)佔用的頻寬。以中央處理單元的工作排程為例，一中央處理單元的運算資源可由複數個使用者共享，每一使用者皆對應一權重。一使用者可以是一軟體程序、或是一執行緒、或是一工作任務，並且在專屬時間內可使用中央處理單元內部的一個處理核心的運算資源。使用者的需求量為完成工作所需的運算資源；額外花費為上下文切換例行程序(context switch routine)所佔用的運算資源。本揭露實施例依據分散式分時多工系統的主要應用情境，分別提出節點公平(Node-based Fairness)與資料流公平(Flow-based Fairness)之資源分配具體作法。
第五A圖是根據本揭露一實施例，說明分散式分時多工系統之基於節點公平的一種使用情境。第五B圖是根據本揭露一實施例，說明分散式分時多工系統之基於資料流公平的一種使用情境。第五C圖是根據本揭露一實施例，說明分散式分時多工系統之基於資料流公平的另一種使用情境。
在第五A圖的使用情境中，本揭露之資源分配是應用在一無線隨意網路的頻寬分配。此無線隨意網路由數個網路節點，例如4個網路節點N1 ~N4 ，所組成。其中每一網路節點Ni 可視為一使用者，並且依照其權重比例wi 輪流使用頻寬。各節點的頻寬使用量達成權重最大-最小公平準則。
在第五B圖的使用情境中，本揭露之資源分配是應用在一網狀網路的頻寬分配。此網狀網路包含複數個用戶(例如S1 ~S3 )與一個基地台B。此使用情境是以資料流為資源使用者，考慮在資料流繞徑的條件下，各資料流(fi 或fi ’)的傳送資料量達成權重最大-最小公平準則。上游節點的用戶資料可經由中間節點轉送到達基地台B，中間節點傳送的資料包含本身產生的資料以及來自上游節點的資料。每一資料流均對應一權重與一路徑長度，其中路徑長度為一正整數，是指資料流從源節點(含)至目的節點(不含)所經過的節點數。各資料流按照權重比例使用頻寬。
在第五C圖的使用情境中，本揭露之資源分配是應用在一令牌環狀網路的頻寬分配。此令牌環狀網路包含複數個節點(例如N1 ~N5 )，源節點資料可經由中間節點轉送到達目的節點。每一資料流均被視為一使用者，並且對應一權重與一路徑長度。各資料流按照權重比例使用頻寬。
本揭露之資源分配使用系統優惠位準來計算使用者的資源使用量。其設計是將每次使用者讓出的資源剩餘量經過正規化後累加至一變數，稱作系統優惠位準。當使用者取用額外資源時，所得的優惠量即為系統優惠位準在一週期內的增量乘以此使用者的權重。此資源分配之實施例的作法是由各使用者自行記錄一變數，稱為個體優惠基準，並且由獲得資源使用權的使用者負責維護系統優惠位準，以及計算本身的資源使用量。於此計算過程中，活化使用者的優惠量等於系統優惠位準與個體優惠基準的差值再乘以使用者權重，其中個體優惠基準是此使用者在上一次獲得資源使用權時所儲存的系統優惠位準；使用者讓出剩餘時間的作法則是將剩餘量除以權重和後再累加至系統優惠位準，其中權重和是目前狀態為活化的全部使用者的權重總和。
承上述，第六圖是根據本揭露一實施例，說明應用在分散式分時多工系統的資源分配系統的架構。參考第六圖，資源分配系統600由複數個使用者組成，輪流使用分散式分時多工系統的資源，此複數個使用者以使用者1~使用者N表示，N代表使用者的數量。每一使用者i，1≦i≦N，各對應一權重wi 並重複執行下列步驟：接收一第一訊息610以取得一資源使用權、計算其資源使用量612、選擇下一位使用者614、以及發送一第二訊息620將該資源使用權交給下一位使用者i+1，其中於達到該資源使用量時，發送第二訊息620。
如前所述，本揭露實施例維護一組資源管理變數於一記憶體中，作為計算資源使用量的參考。此組資源管理變數包含一組公用的資源管理變數與對應每一使用者的一組私有的資源管理變數。此組公用的資源管理變數由系統中所有的使用者共同維護，其中至少包含一權重和與一系統優惠位準。此組私有的資源管理變數由使用者自行維護，其中至少包含一使用者狀態與一個體優惠基準等。第一訊息610中包括一權重和與一系統優惠位準。第二訊息620中包括一更新後的權重和與一更新後的系統優惠位準。每一使用者可包含一收發器，來讀取此第一訊息與傳遞此第二訊息。每一使用者可包含一計算裝置，來計算此使用者的資源使用量與資源剩餘量、更新權重和、以及儲存此使用者的個體優惠基準、並且將此資源剩餘量除以此權重和後累加至系統優惠位準。
基於此組資源管理變數以及搭配資源分配系統600，第七圖是根據本揭露一實施例，說明應用在分散式分時多工系統的資源分配方法的運作。依此，使用者1~使用者N可輪流使用此分散式分時多工系統的資源。
參考第七圖，在步驟710中，經由複數個使用者中，獲得一資源使用權的一使用者讀取一第一訊息，此訊息中包含一權重和與一系統優惠位準。然後，計算此使用者的一資源使用量，如步驟720所示。再計算此使用者的一資源剩餘量、更新此權重和、以及儲存此使用者的一個體優惠基準，如步驟730所示。在步驟740中，將此資源剩餘量除以此權重和後累加至此系統優惠位準。然後，此使用者傳遞一第二訊息給下一個獲得此資源使用權的使用者，此第二訊息中包含此更新後的權重和與此累加後的系統優惠位準，如步驟750所示。重覆執行上述步驟710至步驟750來分配該系統的資源。因而，此複數個使用者的每一使用者得以使用此分散式分時多工系統的資源。
如前述所載，使用者例如是一資料流、或是一節點、或是節點內對應特定服務等級的一資料佇列，並且在一特定頻道的專屬時間內進行資料傳輸。又使用者例如是一軟體程序、或是一執行緒、或是一工作任務，並且在一專屬時間內可使用中央處理單元一個處理核心的運算資源。使用者獲得資源使用權的順序有多種方式，例如按照一預定順序、或是依據各使用者的權重、目前狀態或需求而動態調整等。所有使用者使用系統資源的順序可以採用輪循方式。
計算一使用者的資源使用量(步驟720)之後，此資源分配方法儲存此使用者的一狀態，如前所述，使用者狀態的定義可依應用需求而彈性設計。例如此狀態是依據使用者的一需求量與一基本量的計算結果，當此需求量大於此基本量時，此使用者的狀態為活化，否則為非活化。又例如此狀態是依據使用者的一需求量、一基本量、一權重、一個體優惠基準、以及此系統優惠位準的計算結果，當此需求量大於此基本量+此權重×(此系統優惠位準-此個體優惠基準)時，此使用者的狀態為活化，否則為非活化。並且此使用者在上一次資源分配後儲存的新狀態是其在下一次資源分配前的舊狀態。
第八圖是根據本揭露一實施例，說明計算一使用者之資源使用量的流程。參考第八圖，在步驟810中，首先檢查此使用者在此次資源分配的新狀態是否為活化狀態。當此使用者之新狀態為非活化狀態時，則將資源使用量設定為此使用者之需求量，如步驟820所示。當此使用者之新狀態為活化狀態時，則再檢查此使用者在上次資源分配後的舊狀態是否為活化狀態，如步驟830所示。若此使用者之舊狀態為非活化狀態，則將資源使用量設定為此使用者之基本量，如步驟840所示。若此使用者之舊狀態為活化狀態，則將資源使用量設定為min{需求量，基本量+權重×(系統優惠位準-個體優惠基準)}，如步驟850所示。其中min為最小值函數。
由步驟850之資源使用量的計算公式可看出，活化使用者的優惠量來自於系統優惠位準與個體優惠基準的差值再乘以使用者權重，其中個體優惠基準是此使用者在上一次獲得資源使用權時所儲存的系統優惠位準。
承上述，本揭露之資源分配使用系統優惠位準來計算使用者的資源使用量。其原理是先從各使用者在分配剩餘資源的過程中所獲得的優惠量的組成元素提出共同項，然後定義系統優惠位準為這些共同項的累加值，以及一使用者在一週期內的優惠量中的共同項總和等於此使用者在本次與上一次獲得資源使用權時的系統優惠位準的差，最後將此系統優惠位準的差值乘以此使用者權重，即為此使用者在本次資源分配所獲得的優惠量。
本揭露之資料流公平的資源分配是考慮在資料流繞徑的條件下，各資料流的傳送資料量達成權重最大-最小公平準則。此使用情境是以資料流為資源使用者，源節點資料可經由中間節點繞送到達目的節點，並且每一資料流均對應一權重與一路徑長度。與節點公平之資源分配不同的是，資料流公平之資源分配當資料流在源節點讓出資源時，沿途所經過的每一傳輸介面均節省等量的資源，所以系統資源剩餘量=資料流在源節點的資源剩餘量×路徑長度。第九圖是根據本揭露一實施例，說明資料流公平的資源分配計算一使用者之資源剩餘量的流程。
參考第九圖，在步驟910中，首先檢查此使用者在上次資源分配後的舊狀態是否為活化狀態。當此使用者之舊狀態為活化狀態時，則將資源剩餘量設定為路徑長度×{基本量+權重×(系統優惠位準-個體優惠基準)-資源使用量}，如步驟920所示。當此使用者之舊狀態為非活化狀態時，則再檢查此使用者在此次資源分配的新狀態是否為活化狀態，如步驟930所示。若新狀態為活化狀態，則將資源剩餘量設定為0，如步驟940所示。若新狀態為非活化狀態，則將資源剩餘量設定為路徑長度×(基本量-資源使用量)，如步驟950所示。
此外，與節點公平之資源分配不同的是，在資料流公平的資源分配當中，狀態為活化的資料流在通過的每一傳輸介面皆可獲得與其權重成正比的優惠量，故系統的權重和即為活化路徑權重之總和，其中活化路徑權重=活化資料流權重×路徑長度。第十圖是根據本揭露一實施例，說明資料流公平的資源分配更新權重和的流程。參考第十圖，在步驟1010中，首先檢查此使用者在上次資源分配後的舊狀態是否為活化狀態。當此使用者之舊狀態為活化狀態時，則檢查此使用者在此次資源分配的新狀態是否為活化狀態，如步驟1020所示。若此使用者之新狀態為非活化狀態，則將新權重和設定為舊權重和-路徑長度×權重，如步驟1030所示。當此使用者之舊狀態為非活化狀態時，則再檢查此使用者之新狀態是否為活化狀態，如步驟1040所示。若此使用者之新狀態為活化狀態，則將新權重和設定為舊權重和+路徑長度×權重，如步驟1050所示。也就是說，此使用者之舊狀態為活化狀態且新狀態為非活化狀態時，將新權重和設定為舊權重和-路徑長度×權重；此使用者舊狀態為非活化狀態且新狀態為活化狀態時，將新權重和設定為舊權重和+路徑長度×權重。將非活化狀態以0表示，活化狀態以1表示，則權重和更新的計算公式可表示如下：
新權重和=舊權重和+路徑長度×權重×(新狀態-舊狀態)。
依此，以下先以本揭露之節點公平模式為例，說明如何實現資源分配。首先，使用一標準尺作為分配資源使用量的基準，依據此標準尺的標準週期資源用量扣除其中的額外花費以取得實際可用的標準週期服務量，並且使全部使用者的基本量總和等於此標準週期服務量。在本揭露實施例的資源分配中，依照各使用者(節點)對應的權重來定義每一使用者的基本量。其中標準週期服務量=標準週期資源用量-一週期內切換使用者的總花費，一使用者的基本量=標準週期服務量×此使用者的權重/全部使用者的權重總和。在每一週期中，每一使用者依序獲得資源使用權，並且提出對系統資源的需求量。對每一使用者而言，其本次資源分配後的新狀態與個體優惠基準分別即是其下一次資源分配前的舊狀態與個體優惠基準，且上一個使用者於資源分配後的新權重和與系統優惠位準分別即是此使用者於資源分配前的舊權重和與系統優惠位準。基於上述應用情境的前提，則節點公平模式的資源分配程序可用下列資源管理變數及運算來描述。
優惠量←舊狀態×權重×(分配前系統優惠位準-分配前個體優惠基準)，
分配量←基本量+優惠量，
使用量←min{需求量，分配量}，
剩餘量←分配量-使用量，
新狀態←(需求量>基本量)？1:0，
新權重和←舊權重和+權重×(新狀態-舊狀態)，
分配後個體優惠基準←分配前系統優惠位準，
分配後系統優惠位準←分配前系統優惠位準+(剩餘量/新權重和)。
根據上述描述，第十一圖以範例說明在節點公平模式下的分配資源。參考第十一圖，根據右上方之應用情境的前提，標準尺的標準週期服務量為100，使用者1、使用者2、使用者3、以及使用者4共用系統資源，其權重分別為1、2、3、以及4，則此4個使用者對應的基本量分別為10、20、30、以及40。在系統初始階段設定全部使用者皆為活化狀態(上述描述中以1來表示)，權重和為10。
以使用者4在第一週期的資源分配為例，其權重為4，基本量為40，所提需求量為45。依據上述描述，則優惠量=舊狀態×權重×(分配前系統優惠位準-分配前
個體優惠基準)=1×4×(3-0)=12，
分配量=基本量+優惠量=40+12=52，
使用量=min{需求量，分配量}=min{45,52}=45，
剩餘量=分配量-使用量=52-45=7，
因為需求量大於基本量，新狀態=1，
新權重和=舊權重和+權重×(新狀態-舊狀態)=7+4×(1-1)=7，
分配後個體優惠基準=分配前系統優惠位準=3，
分配後系統優惠位準=分配前系統優惠位準+(剩餘量/新權重和)=3+7/7=4。
同理，以使用者4在第二週期的資源分配為例，其需求量為30，依據上述描述，則優惠量=舊狀態×權重×(分配前系統優惠位準-分配前個體優惠基準)=1×4×(5-3)=8；分配量=基本量+優惠量=48；使用量=min{需求量，分配量}=30；剩餘量=分配量-使用量=18；因為需求量小於基本量，新狀態=0；新權重和=舊權重和+權重×(新狀態-舊狀態)=10+4×(0-1)=6；分配後個體優惠基準=分配前系統優惠位準=5；分配後系統優惠位準=分配前系統優惠位準+(剩餘量/新權重和)=5+18/6=8。
類似地，資料流公平模式的資源分配程序也可以用資源管理變數及運算來描述。在資料流公平之資源分配當中，資料流所經過的每一傳輸介面的基本量均與其權重成正比，所以全部使用者的基本量與路徑長度的乘積的總和等於標準週期服務量。在本揭露實施例的資源分配中，一資料流之基本量=標準週期服務量×此資料流權重/全部資料流的路徑權重總和；其中一資料流的路徑權重=資料流權重×路徑長度。當資料流在源節點讓出資源時，沿途所經過的每一傳輸介面均節省等量的資源，所以在本揭露實施例的資源分配中，系統資源剩餘量=資料流在源節點的資源剩餘量×路徑長度。再者，因為狀態為活化的資料流在所經過的每一傳輸介面皆可獲得與其權重成正比的優惠量，所以在本揭露實施例的資源分配中，權重和的計算方式為，全部活化路徑權重的總和；其中活化路徑權重=活化資料流權重×路徑長度。
在本揭露實施例的資源分配中，一介面資源使用量是指供應經過本介面之資料流所需的資源用量，其中經過本介面的資料流=本節點轉送的資料流+本節點產生的資料流。當資料流在源節點相對於基本量提早或延遲結束資源使用時，沿途所經過的每一傳輸介面均累加相同的進度偏移量，所以，資料流新增的進度偏移量=(資料流的基本量-資料流在源節點的資源使用量)×路徑長度。
依此，資料流公平模式的資源分配程序以下列資源管理變數及運算來描述。
優惠量←舊狀態×權重×(分配前系統優惠位準-分配前個體優惠基準)，
分配量←基本量+優惠量，
使用量←min{需求量，分配量}，
介面使用量←本節點轉送的資料流使用量+本節點產生的資料流使用量，
剩餘量←路徑長度×(分配量-使用量)，
新狀態←(需求量>基本量)？1:0，
新權重和←舊權重和+路徑長度×權重×(新狀態-舊狀態)，
分配後個體優惠基準←分配前系統優惠位準，
分配後系統優惠位準←分配前系統優惠位準+(剩餘量/新權重和)。
根據上述描述，假設在第五B圖的網狀網路系統中，標準週期服務量為100，使用者1、使用者2、以及使用者3共用系統上行頻寬，其資料流權重分別為1、2、以及3，路徑長度分別為3、2、以及1，則此3個使用者對應的基本量分別為10、20、以及30。在系統初始階段設定全部使用者皆為活化狀態(上述描述中以1來表示)，權重和為10(各別使用者的權重×路徑長度的總和)。第十二圖以範例說明在資料流公平模式下的分配資源。在第十二圖的範例中，以第五B圖的網路為應用情境的前提。
參考第十二圖，以使用者3在第一週期的資源分配為例，其權重為3，基本量為30，所提需求量為16。依據上述描述，則
優惠量=舊狀態×權重×(分配前系統優惠位準-分配前個體優惠基準)=1×3×(0-0)=0，
分配量=基本量+優惠量=30+0=30，
使用量=min{需求量，分配量}=min{16,30}=16，
介面使用量=本節點轉送的資料流使用量+本節點產生的資料流使用量=30+16=46，
剩餘量=路徑長度×(分配量-使用量)=1×(30-16)=14，
因為需求量小於基本量，新狀態=0，
新權重和=舊權重和+路徑長度×權重×(新狀態-舊狀態)=10+1×3×(0-1)=7，
分配後個體優惠基準=分配前系統優惠位準=0，
分配後系統優惠位準=分配前系統優惠位準+(剩餘量/新權重和)=0+14/7=2。
同理，以使用者1在第三週期的資源分配為例，其權重為1，基本量為10，需求量為4，依據上述描述，則優惠量=舊狀態×權重×(分配前系統優惠位準-分配前個體優惠基準)=1×1×(3-2)=1；分配量=基本量+優惠量=11；使用量=min{需求量，分配量}=4；剩餘量=路徑長度×(分配量-使用量)=3×(11-4)=21；介面使用量=轉送資料流使用量+節點產生資料流使用量=0+4=4；因為需求量小於基本量，新狀態=0；新權重和=舊權重和+路徑長度×權重×(新狀態-舊狀態)=10+3×1×(0-1)=7；分配後個體優惠基準=分配前系統優惠位準=3；分配後系統優惠位準=分配前系統優惠位準+(剩餘量/新權重和)=3+21/7=6。
所以，使用本揭露實施例的資源分配，不論在節點公平模式下或是資料流公平模式下，計算單一使用者在單一週期內的資源使用量，可降低其計算複雜度。換言之，所需的計算量為一常數，與系統中的使用者數量無關。
在本揭露實施例的資源分配中，限制每一使用者的資源使用量必須大或等於一最小值，來控制實際資源使用進度相對於標準尺的偏移量，以保障使用者等待資源的最長潛伏期。所以，資料流新增的進度偏移量小於或等於允許的進度偏移增量，其中資料流新增的進度偏移量=(資料流的基本量-資料流在源節點的資源使用量)×路徑長度；允許的進度偏移增量=進度偏移量上限-目前的進度偏移量。依此，資料流在源節點的資源使用量≧資料流的基本量-(進度偏移量上限-目前的進度偏移量)/路徑長度。其中，當資源使用權轉移至下一新資料流時，新資料流的目前進度偏移量=上一資料流的進度偏移量+(新資料流的基本量-新資料流在源節點的資源使用量)×新資料流的路徑長度。
在本揭露實施例的資源分配中，藉由節點之間傳遞公用的資源管理變數，來計算使用者的資源使用量，如此，可提高網路拓樸彈性，並且降低資源分配的計算量。例如，使用者不需要以廣播方式將其讓出的剩餘量通知所有使用者，而僅由獲得資源使用權的使用者負責維護資源管理變數，即可將使用者讓出的資源按照權重比例即時地分配給網路中的全部使用者。並且簡化此公用的資源管理變數，例如W、B、L，來降低傳遞訊息的額外花費，其中W是權重和，B是系統優惠位準，L是資源使用進度的偏移量。這些公用變數的數量與使用者數量無關。
本揭露實施例在表達上述資源分配物理量及計算程序中，先定義了一些定值代號(constant notation)及一些變數代號(variable notation)。第十三圖是根據本揭露一實施例，所定義的定值代號與變數代號的範例與說明。從第十三圖可以看出，所維護的此組資源管理變數是作為計算資源使用量的參考。並且，根據上述資源分配的物理量及計算程序也可以看出，當使用者釋出多餘資源時，將資源剩餘量正規化後累加至一資源管理變數(即系統優惠位準)；當使用者取用額外資源時，所獲得的優惠量即為此資源管理變數的週期增量乘以使用者的權重。從上述的運作流程中也可以得知，每一資源使用者傳遞公用的資源管理變數至下一個獲得資源使用權的使用者；各資源使用者據以計算本身在本次服務週期中的資源使用量，並且共同維護這些公用的資源管理變數的最新進度。
利用第十三圖所定義的代號，第十四圖是根據本揭露一實施例，說明如何實現使用系統優惠位準來計算使用者的資源使用量。其中，假設使用者數量N=3，W(x)代表系統在第x次資源分配後的權重和，e(x)代表系統在第x次資源分配中產生的資源剩餘量。從各使用者的優惠量的組成元素中提出共同項e(x)/W(x)，定義系統優惠位準B(x)如下：
依此，狀態為活化的使用者在一週期內累積的優惠量的共同項總和等於此使用者在本次與上一次獲得資源使用權時的系統優惠位準的差值，其值為為B(x)-B(x-N)，其中N是使用者總數，B(x-N)即是使用者在上一次資源分配後所儲存的個體優惠基準。例如，使用者3在第2週期的優惠量共同項總和為B(5)-B(2)。並且將此系統優惠位準的差值乘以此使用者的權重，即為此使用者在本次資源分配中所獲得的優惠量。
上述依照權重最大-最小公平準則分配資源、控制資源使用進度的偏移量、節點公平模式的資源分配程序、以及資料流公平模式的資源分配程序可經整合後以物理量及運算來描述。第十五圖是根據本揭露一實施例，以物理量及運算來描述將資源使用進度偏移量的限制納入考量後的資源分配程序，其中，按照權重比例分配資源剩餘量、控制資源使用進度偏移量、以及節點與資料流公平模式的資源分配程序的細節可參照前面敘述。因此，第十五圖的步驟流程不再重述。
在分散式分時多工系統的節點公平模式的使用情境下進行了兩種資源分配方法，即限制服務方法與本揭露的方法，的模擬實驗，模擬模型(simulation model)的實驗參數包括如模擬時間(simulation time)、節點數量(number of nodes)、總頻寬(total bandwidth)、標準輪循週期(round cycle time)、過渡間隔(transition gap)、訊息大小(message size)、需求量(request quantity)等，並比較此兩種資源分配方法的效能。效能分析的指標(performance criteria)包括頻寬使用率(utilization)、滿意係數(satisfaction factor)、公平偏離(fairness index)、最長潛伏期(latency)、輪循頻率(round frequency)、以及計算量(complexity)。
其中，頻寬使用率是系統用來傳送資料的頻寬佔總頻寬的比例。滿意係數是系統傳送未滿足使用者資料的頻寬佔總頻寬的比例。公平偏離是在任意時段內，對於兩個持續未滿足的使用者，其資料傳送量除以權重的最大差異。最長潛伏期是對任意使用者而言，從資料進入空佇列到開始傳送的最長時間間隔。輪循頻率是任一使用者平均每秒的資料傳送次數。計算量是系統平均每秒的基本運算次數。
在一模擬實驗中，條件設定包括節點數量為50、所有節點的權重皆為1、節點1持續不滿足、以及改變背景負載(background load，此處為節點2~節點50的頻寬使用率)，以比較此兩種方法之頻寬使用率、滿意係數、以及輪循頻率。在不同背景負載下，頻寬使用率、滿意係數、以及輪循頻率之模擬結果的數據分析分別如第十六A圖、第十六B圖以及第十六C圖所示。
在另一模擬實驗中，條件設定包括節點數量為50、全部節點的權重總和為100、節點1與節點2持續不滿足，且其權重分別為1與3、以及改變背景負載(節點3~節點50的頻寬使用率)，以比較此兩種方法之最長潛伏期與公平偏離。在不同背景負載下，最長潛伏期與公平偏離之模擬結果的數據分析分別如第十七A圖與第十七B圖所示。
在又一模擬實驗中，條件設定包括模擬時間為10秒、節點數量為50、全部節點的權重總和為100、節點1與節點2持續不滿足，且其權重分別為1與3、以及背景負載由0.9降至0且每秒突降0.1，以比較此兩種方法之動態頻寬分配結果與計算量。在不同背景負載下，動態頻寬分配結果與計算量之模擬結果的數據分析分別如第十八A圖與第十八B圖所示。
從上述各分析圖的範例可看出，相較於限制服務方法，本揭露實施例的方法有較高的頻寬使用率、資料吞吐量、使用者滿意係數、以及較低的輪循頻率，所付出的代價是需要額外的四則運算，其在單一節點的計算量為一常數，與節點數量無關。此外，與限制服務方法相同，本揭露實施例的方法可保障使用者等待資源的最長潛伏期，並且可限制公平偏離量的最大範圍，因此，節點資料吞吐量的比例恰等於節點權重的比例。
綜上所述，本揭露實施例提出一種應用在分散式分時多工系統的資源分配方法與系統。藉由限制輪循頻率來降低切換使用者所造成的資源額外花費，因而提升系統資源使用率。同時，藉由限制輪循頻率並且可避免使用者持續監聽與傳送訊息，因而降低收發器的耗電量。同時，藉由此限制亦可減少訊息漏接與網路重建的機率，因而提升系統的穩定度。藉由將資源剩餘量按照權重比例重新分配給狀態為活化的使用者以符合最大-最小公平分配準則，保障使用者的最低資源使用量。藉由控制資源使用進度偏移量，因而保障使用者等待資源的最長潛伏期。藉由節點之間傳遞公用的資源管理變數，可即時地將剩餘資源按照權重比例分配給全部節點，適用於非全網狀拓樸系統，因而增加網路拓樸彈性。藉由簡化公用資源管理變數，該變數數量與使用者數量無關，因而降低訊息欄位的負擔。並且使用系統優惠位準之計算方法，因而降低資源分配的計算複雜度。
以上所述者僅為本揭露實施例，當不能依此限定本揭露實施之範圍。即大凡本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍。
T1 ~T3 ．．．訊息
D1 ~D3 ．．．資料
310．．．標準尺
320．．．資源使用量
420、430．．．資源使用量
N1 ~N4 ．．．網路節點
w1 ~w4 ．．．權重
B．．．基地台
S1 ~S3 ．．．用戶
f1 ~f3 、f1 ’~f3 ’．．．資料流
600．．．資源分配系統
610．．．第一訊息
612．．．計算其資源使用量
614．．．選擇下一位使用者
620．．．第二訊息
710．．．經由複數個使用者中，獲得一資源使用權的一使用者讀取一第一訊息，此訊息中包含一權重和與一系統優惠位準
720．．．計算此使用者的一資源使用量
730．．．計算此使用者的一資源剩餘量、更新此權重和、以及儲存此使用者的一個體優惠基準
740．．．將此資源剩餘量除以此權重和後累加至此系統優惠位準
750．．．此使用者傳遞一第二訊息給獲得此資源使用權的下一個使用者，此第二訊息中包含此更新後的權重和與此累加後的系統優惠位準
810．．．新狀態是否為活化狀態
820．．．資源使用量設定為此使用者之需求量
830．．．舊狀態是否為活化狀態
840．．．資源使用量設定為此使用者之基本量
850．．．資源使用量設定為min{需求量，基本量+權重×(系統優惠位準-個體優惠基準)}
910．．．舊狀態是否為活化狀態
920．．．資源剩餘量設定為路徑長度×{基本量+權重×(系統優惠位準-個體優惠基準)-資源使用量}
930．．．新狀態是否為活化狀態
940．．．資源剩餘量設定為0
950．．．資源剩餘量設定為路徑長度×(基本量-資源使用量)
1010．．．舊狀態是否為活化狀態
1020．．．新狀態是否為活化狀態
1030．．．新權重和設定為舊權重和-路徑長度×權重
1040．．．新狀態是否為活化狀態
1050．．．新權重和設定為舊權重和+路徑長度×權重
第一圖是限制服務方法之資源分配的一案例。
第二圖是彈性服務方法之資源分配的一案例。
第三圖是根據本揭露一實施例的一示意圖，說明依照權重最大-最小公平準則分配資源。
第四圖是根據本揭露一實施例的一示意圖，說明控制實際資源使用進度相對於標準資源使用進度的偏移量。
第五A圖是根據本揭露一實施例，說明分散式分時多工系統之基於節點公平的一種使用情境。
第五B圖是根據本揭露一實施例，說明分散式分時多工系統之基於資料流公平的一種使用情境。
第五C圖是根據本揭露一實施例，說明分散式分時多工系統之基於資料流公平的另一種使用情境。
第六圖是根據本揭露一實施例，說明應用在分散式TDM系統的資源分配系統的架構。
第七圖是根據本揭露一實施例，說明應用在分散式TDM系統的資源分配方法的運作。
第八圖是根據本揭露一實施例，說明計算一使用者之資源使用量的流程。
第九圖是根據本揭露一實施例，說明資料流公平的資源分配計算一使用者之資源剩餘量的流程。
第十圖是根據本揭露一實施例，說明資料流公平的資源分配其更新權重和的流程。
第十一圖是以範例說明在節點公平模式下的分配資源。
第十二圖以範例說明在資料流公平模式下的分配資源。
第十三圖是根據本揭露一實施例，所定義的定值代號與變數代號的範例與說明。
第十四圖是利用第十三圖所定義的代號，根據本揭露一實施例，說明如何實現使用系統優惠位準來計算使用者的資源使用量。
第十五圖是根據本揭露一實施例，以物理量及運算來描述將資源使用進度偏移量的限制納入考量後的資源分配程序。
第十六A圖是在不同背景負載下，兩種方法之頻寬使用率之模擬結果的數據分析圖。
第十六B圖是在不同背景負載下，兩種方法之滿意係數之模擬結果的數據分析圖。
第十六C圖是在不同背景負載下，兩種方法之輪循頻率之模擬結果的數據分析圖。
第十七A圖是在不同背景負載下，兩種方法之最長潛伏期之模擬結果的數據分析圖。
第十七B圖是在不同背景負載下，兩種方法之公平偏離之模擬結果的數據分析圖。
第十八A圖是在不同背景負載下，兩種方法之動態頻寬分配結果之模擬結果的數據分析圖。
第十八B圖是在不同背景負載下，兩種方法之計算量之模擬結果的數據分析圖。
710．．．經由複數個使用者中獲得一資源使用權的一使用者，讀取一第一訊息，此訊息中包含一權重和與一系統優惠位準
720．．．計算此使用者的一資源使用量
730．．．計算此使用者的一資源剩餘量、更新此權重和、以及儲存此使用者的一個體優惠基準
740．．．將此資源剩餘量除以此權重和後累加至此系統優惠位準
750．．．此使用者傳遞一第二訊息給獲得此資源使用權的下一個使用者，此第二訊息中包含此更新後的權重和與此累加後的系統優惠位準

Claims (37)

  1. 一種應用在一分散式分時多工系統中的資源分配方法，該系統由複數個使用者組成，每一使用者分別對應一權重，該方法包含：經由該複數個使用者中，獲得一資源使用權的一使用者，讀取一第一訊息，該訊息中包含一權重和與一系統優惠位準；計算該使用者的一資源使用量；計算該使用者的一資源剩餘量、更新該權重和、以及儲存該使用者的一個體優惠基準；將該資源剩餘量除以該權重和後累加至該系統優惠位準；該使用者傳遞一第二訊息給下一個獲得該資源使用權的使用者，該第二訊息中包含該更新後的權重和與該累加後的系統優惠位準；以及重覆執行上述所有步驟以持續分配該系統的資源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該使用者係選自一資料流、一節點、或是節點內對應特定服務等級的一資料佇列，並且在一專屬時間內使用一頻道的頻寬進行資料傳輸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該使用者係選自一軟體程序、一執行緒、或是一工作任務，並且在一專屬時間內使用一中央處理單元內部的一處理核心的運算資源。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該使用者獲得該資源使用權的順序有多種方式，至少包括按照一預定順序、依據每一使用者的該權重、依據每一使用者的目前的一狀態、以及依據每一使用者的一需求量，之前述方式的任一組合而動態調整。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該複數個使用者以一輪循方式來使用該系統的資源。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中當該複數個使用者的每一使用者係一節點、或是節點內對應特定服務等級的一資料佇列時，在該每一使用者的資源使用量達成權重最大-最小公平準則。
  7. 如申請專利範圍第第2項所述之方法，其中當該複數個使用者的每一使用者係一資料流時，在該每一使用者的資源使用量達成權重最大-最小公平準則。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，還包括儲存該使用者的一新狀態，該新狀態是依據該使用者的一需求量與一基本量的計算結果，且該使用者在一本次資源分配後儲存的該新狀態當作該使用者在一下次資源分配前的一舊狀態，其中該新狀態是一活化狀態與一非活化狀態之其中之一，且該舊狀態也是該活化狀態與該非活化狀態之其中之一。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，該新狀態是依據該使用者的該需求量、該使用者的該基本量、該使用者的該權重、該使用者的該舊狀態、該使用者的該個體優惠基準、以及該系統優惠位準的計算結果。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中依據一標準週期資源用量中可供使用的一標準週期服務量，決定每一使用者的該基本量，使全部該使用者的該基本量與該使用者的一路徑長度的乘積的總和等於該標準週期服務量，其中該路徑長度為一正整數。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中每一使用者的該基本量與該使用者的該權重成正比。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中當該使用者在一本次資源分配中提出的該需求量大於該使用者的該基本量時，該使用者的該新狀態為活化狀態，否則為非活化狀態。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該使用者的該資源使用量是依據該使用者的該權重、依據該使用者的該需求量、依據該使用者的該基本量、依據該使用者的該舊狀態、依據該使用者的該新狀態、依據該使用者的該個體優惠基準、以及依據該系統優惠位準，之前述依據的任一組合的計算結果。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中當該使用者的該新狀態為非活化狀態時，該使用者的該資源使用量為該使用者的該需求量。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中當該使用者的該新狀態為活化狀態且該使用者的該舊狀態為非活化狀態時，該使用者的該資源使用量為該使用者的該基本量。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中當該使用者該新狀態與該舊狀態皆為活化狀態時，該使用者的該資源使用量為min{該使用者的該需求量，該使用者的該基本量+該使用者的該權重×(該系統優惠位準-該使用者的該個體優惠基準)}，其中min為一最小值函數。
  17. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該使用者的該資源剩餘量是依據該使用者的該權重、依據該使用者的該基本量、依據該使用者的該舊狀態、依據該使用者的該新狀態、依據該使用者的該個體優惠基準、依據該使用者的該資源使用量、依據該使用者的一路徑長度、以及依據該系統優惠位準，之前述依據的任一組合的計算結果，其中該路徑長度為一正整數。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中當該使用者的該舊狀態為活化狀態時，該使用者的該資源剩餘量為該使用者的該路徑長度×{該使用者的該基本量+該使用者的該權重×(該系統優惠位準-該使用者的該個體優惠基準)-該使用者的該資源使用量}。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中當該使用者的該舊狀態與該新狀態皆為非活化狀態時，該使用者的該資源剩餘量為該使用者的該路徑長度×(該使用者的該基本量-該使用者的該資源使用量)。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中當該使用者的該舊狀態為非活化狀態且該使用者的該新狀態為活化狀態時，該使用者的該資源剩餘量為零。
  21. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中當該使用者的該舊狀態為非活化狀態且該使用者的該新狀態為活化狀態時，該權重和更新為舊的該權重和+該使用者的一路徑長度×該使用者的該權重，其中該路徑長度為一正整數。
  22. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中當該使用者的該舊狀態為活化狀態且該使用者的該新狀態為非活化狀態時，該權重和更新為舊的該權重和-該使用者的一路徑長度×該使用者的該權重，其中該路徑長度為一正整數。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所儲存的該使用者的該個體優惠基準是該使用者自該第一訊息中讀取且尚未累加的該系統優惠位準。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一訊息還包含一進度偏移量，該方法還包括至少使用該第一訊息的該進度偏移量、該使用者的該基本量、該使用者的該資源使用量、以及該使用者的一路徑長度來更新該進度偏移量，且該第二訊息還包含該更新後的進度偏移量。其中該路徑長度為一正整數，其中該路徑長度為一正整數。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該進度偏移量更新為該第一訊息的該進度偏移量+(該使用者的該基本量-該使用者的該資源使用量)×該使用者的該路徑長度。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之方法，該方法還包括限制該使用者的該資源使用量，來控制該進度偏移量不超過一進度偏移量上限。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中限制該使用者的該資源使用量大於或等於該使用者的該基本量-(該進度偏移量上限-該第一訊息的該進度偏移量)÷該使用者的該路徑長度。
  28. 如申請專利範圍第8項所述之方法，計算該使用者的該資源使用量之前，該方法還包括計算該使用者的一分配量，該分配量是依據該使用者的該基本量、依據該使用者的該權重、依據該使用者的該舊狀態、依據該使用者的該個體優惠基準、以及依據該系統優惠位準，之前述依據的任一組合的計算結果。
  29. 一種應用在一分散式分時多工系統中的資源分配系統，該資源分配系統包含複數個使用者，每一使用者輪流使用該分散式分時多工系統的資源，並分別對應一權重，每一使用者重複執行：獲得一資源使用權，讀取含有一權重和與一系統優惠位準的一第一訊息；計算一資源使用量與一資源剩餘量、更新該權重和、以及儲存該使用者的一個體優惠基準、並且將該資源剩餘量除以該權重和後累加至該系統優惠位準；以及傳遞含有該更新後的權重和與該累加後的系統優惠位準的一第二訊息給下一個獲得該資源使用權的使用者。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之資源分配系統，其中每一使用者包含一收發器，來讀取該第一訊息與傳遞該第二訊息。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之資源分配系統，其中每一使用者包含一計算裝置，來計算該使用者的該資源使用量與該資源剩餘量、更新該權重和、以及儲存該使用者的該個體優惠基準、並且將該資源剩餘量除以該權重和後累加至該系統優惠位準。
  32. 如申請專利範圍第29項所述之資源分配系統，其中該使用者係選自一資料流、一網路節點、或是節點內對應特定服務等級的一資料佇列，並且在一專屬時間內使用一頻道的頻寬進行資料傳輸。
  33. 如申請專利範圍第29項所述之資源分配系統，其中該使用者係選自一軟體程序、一執行緒、或是一工作任務，並且在一專屬時間內使用一中央處理單元內部的一處理核心的運算資源。
  34. 如申請專利範圍第29項所述之資源分配系統，該資源分配系統維護一組資源管理變數於至少一記憶體中，並作為分配資源時間的參考。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之資源分配系統，其中該組資源管理變數還包含一組公用的資源管理變數，該組公用的資源管理變數至少包含該權重和與該系統優惠位準。
  36. 如申請專利範圍第34項所述之資源分配系統，其中對應每一使用者，該組資源管理變數還包含一組相對應的私有的資源管理變數，該組相對應的私有的資源管理變數至少包含該使用者的一狀態與該使用者的該個體優惠基準。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之資源分配系統，該資源分配系統傳遞該組公用的資源管理變數，其中該組公用的資源管理變數還包含一進度偏移量。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108270805B (zh) * 2016-12-30 2021-03-05 中国移动通信集团河北有限公司 用于数据处理的资源分配方法及装置
TWI740884B (zh) * 2017-01-20 2021-10-01 香港商阿里巴巴集團服務有限公司 分散式檔案系統中的資料寫入方法和裝置
CN108399102A (zh) * 2017-02-08 2018-08-14 阿里巴巴集团控股有限公司 一种资源分配方法和装置
CN108401277B (zh) * 2018-01-19 2020-07-17 京信通信系统（中国）有限公司 无线网络接入的方法及装置、终端设备
US11308109B2 (en) * 2018-10-12 2022-04-19 International Business Machines Corporation Transfer between different combinations of source and destination nodes
CN111796933B (zh) * 2020-06-28 2023-11-21 北京小米松果电子有限公司 资源调度方法、装置、存储介质和电子设备
TWI742774B (zh) * 2020-07-22 2021-10-11 財團法人國家實驗研究院 運算系統及其主機資源分配方法
CN114339711B (zh) * 2021-12-24 2023-09-19 重庆杰夫与友文化创意有限公司 一种基于分布式架构的互联网接入系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030048805A1 (en) * 2001-09-10 2003-03-13 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Dynamic bandwidth allocation circuit, dynamic bandwidth allocation method, dynamic bandwidth allocation program and recording medium
US20060227801A1 (en) * 2004-03-26 2006-10-12 Sanjiv Nanda Method and apparatus for an ad-hoc wireless communications system
US20100091793A1 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Tellabs Operations, Inc. Max-min fair network bandwidth allocator
US20110013572A1 (en) * 2009-07-15 2011-01-20 Qualcomm Incorporated Systems and methods for resource allocation serving communication requirements and fairness

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8099098B2 (en) * 2003-04-24 2012-01-17 Alcatel Lucent Methods and apparatus for planning wireless data networks using analytical modeling of user level performance
US7564852B2 (en) * 2005-07-20 2009-07-21 Cortina Systems, Inc. Intelligent bandwidth allocation for ethernet passive optical networks
CN101436996B (zh) * 2008-12-19 2010-12-15 广东工业大学 基于短时公平性的分组反馈调度方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030048805A1 (en) * 2001-09-10 2003-03-13 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Dynamic bandwidth allocation circuit, dynamic bandwidth allocation method, dynamic bandwidth allocation program and recording medium
US20060227801A1 (en) * 2004-03-26 2006-10-12 Sanjiv Nanda Method and apparatus for an ad-hoc wireless communications system
US20100091793A1 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Tellabs Operations, Inc. Max-min fair network bandwidth allocator
US20110013572A1 (en) * 2009-07-15 2011-01-20 Qualcomm Incorporated Systems and methods for resource allocation serving communication requirements and fairness

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