專利名稱：利用彈性分組環(huán)(rpr)公平機制分配帶寬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用彈性分組環(huán)(RPR)公平機制來分配帶寬的方法，并且涉及一種可由機器讀取的程序存儲設(shè)備，確實地具體實現(xiàn)了可由機器執(zhí)行的指令的程序，用于執(zhí)行利用彈性分組環(huán)(RPR)公平機制來分配帶寬的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的因特網(wǎng)可以分類為三個部分，即，訂戶網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。盡管已經(jīng)開發(fā)了訂戶和骨干網(wǎng)來滿足當(dāng)前急劇增加的因特網(wǎng)業(yè)務(wù)量，將兩個網(wǎng)絡(luò)彼此相連的城域網(wǎng)被構(gòu)造為SONET/SDH(同步光網(wǎng)絡(luò)/同步數(shù)字序列)方案的環(huán)形網(wǎng)，所述方案是現(xiàn)有的電路交換方案。因此，帶寬未得到有效地使用。
因此，在當(dāng)前城域網(wǎng)中出現(xiàn)了瓶頸，并且在整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了速度不平衡。已經(jīng)提出了分組交換方案的城域以太網(wǎng)，作為彌補SONET/SDH網(wǎng)的缺點的技術(shù)。
然而，盡管城域以太網(wǎng)的極大優(yōu)點在于當(dāng)前因特網(wǎng)的業(yè)務(wù)是分組形式的，其具有的缺點在于不能夠提供在點到點環(huán)形網(wǎng)或網(wǎng)狀拓撲SONET網(wǎng)絡(luò)中所提供的高速保護機制，這是由于當(dāng)前大多數(shù)城域網(wǎng)具有環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。
另外，以太網(wǎng)還具有的缺點在于難以具體實現(xiàn)共享環(huán)中的帶寬時的整個公平機制。已經(jīng)提出了第二層協(xié)議的IEEE 802.17彈性分組環(huán)(RPR)，作為通過彌補現(xiàn)有城域網(wǎng)的缺點來在城域網(wǎng)中更高效地傳送業(yè)務(wù)的技術(shù)。
在RPR方案中定義了RPR公平機制，從而環(huán)中的所有節(jié)點能夠公平地使用環(huán)的帶寬。
RPR的所有節(jié)點與雙重環(huán)相連，并且針對兩個環(huán)，獨立地操作介質(zhì)接入控制(MAC)協(xié)議。RPR MAC根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，提供了A類(高優(yōu)先級)、B類(中等優(yōu)先級)和C類(低優(yōu)先級)服務(wù)。此外，B類服務(wù)劃分為遵循約定信息速率(CIR)的業(yè)務(wù)和不遵循預(yù)定CIR的業(yè)務(wù)。按照與A類業(yè)務(wù)相同的方式處理遵循CIR的業(yè)務(wù)，而違反CIR的業(yè)務(wù)被稱為過量介質(zhì)優(yōu)先級(eMP)(Excess Medium Priority)業(yè)務(wù)，并且按照與C類業(yè)務(wù)相同的方式對其進行處理。
僅上述的eMP和C類業(yè)務(wù)應(yīng)用于RPR公平機制。RPR MAC具有addA、addB和addC傳輸緩存器。
另外，通過addMac傳輸緩存器，將所有種類的控制業(yè)務(wù)傳送到所述環(huán)，以便控制該環(huán)。在RPR中的節(jié)點具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，從而每一個節(jié)點必須執(zhí)行用于向目的地節(jié)點傳送從源節(jié)點傳送來的業(yè)務(wù)的過渡節(jié)點的作用。
因此，存在兩個過渡緩存器，即，RPR MAC中的主過渡隊列(PTQ)和次過渡隊列(STQ)，以便執(zhí)行過渡節(jié)點的作用。另外，STQ過渡緩存器具有兩個閾值，高閾值和低閾值，以發(fā)現(xiàn)并控制擁塞。通過PTQ過渡緩存器，將來自上游節(jié)點的A類業(yè)務(wù)傳送到下游節(jié)點，并且通過STQ過渡緩存器，將來自上游節(jié)點的B類和C類業(yè)務(wù)傳送到下游節(jié)點。
通過監(jiān)視由節(jié)點的MAC客戶端傳送來的業(yè)務(wù)量和從上游節(jié)點傳送來的C類和eMP業(yè)務(wù)量，來驅(qū)動RPR公平機制，并且該機制具有以下的參數(shù)，以便控制這樣的業(yè)務(wù)量。
addRate測量從其客戶端傳送到環(huán)的C類和eMP業(yè)務(wù)量。
addRateCongested測量從其客戶端傳送到環(huán)和傳送到發(fā)生擁塞的節(jié)點之后的下游節(jié)點的addRate業(yè)務(wù)量。
fwRate測量通過其STQ過渡緩存器傳送到環(huán)的C類和eMP業(yè)務(wù)量。
fwRateCongested測量通過其STQ過渡緩存器傳輸?shù)剿霏h(huán)并傳送到其中已經(jīng)發(fā)生擁塞的節(jié)點之后的下游節(jié)點的fwRate業(yè)務(wù)量。
allowedRateCongested測量傳送到已經(jīng)發(fā)生擁塞的節(jié)點之后的下游節(jié)點的最大addRate業(yè)務(wù)量。當(dāng)在下游節(jié)點中未出現(xiàn)擁塞時，即，當(dāng)從下游節(jié)點中接收到等于Full值的公平傳輸速率時，該值間隔地增加。
每一個節(jié)點在每一個時效間隔(aging interval)處檢查其STQ緩存器。當(dāng)業(yè)務(wù)量超過低閾值時，在節(jié)點中已經(jīng)發(fā)生了擁塞，并且在公平消息中攜帶公平速率及其MAC地址，并當(dāng)完成了當(dāng)前通告間隔時，將其傳送到上游節(jié)點。
接收到公平消息的上游節(jié)點重新建立其allowedRateCongested值，作為接收到的公平消息的公平傳輸速率。即，在下一個時效間隔期間，接收到公平消息的節(jié)點傳輸由節(jié)點傳送來的業(yè)務(wù)量(C類+eMP)，從而不超過接收到的公平傳輸速率，從而不會發(fā)生擁塞。
即，當(dāng)減小了由于從上游節(jié)點傳送來的業(yè)務(wù)而由節(jié)點傳送的addRate(C類+eMP)量時，該節(jié)點利用公平消息，將減小的AddRate通告給上游節(jié)點。已經(jīng)接收到該公平消息的上游節(jié)點控制其傳輸速率，從而不超過接收到的公平傳輸速率，并且對其進行設(shè)置，從而當(dāng)減小了從上游節(jié)點中輸入的業(yè)務(wù)時，其中已經(jīng)發(fā)生擁塞的節(jié)點的addRate再次增加，從而解決了擁塞。
無論何時當(dāng)完成了被通告的間隔時，RPR網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點傳送公平消息，并且公平消息包括其中最嚴(yán)重地出現(xiàn)了擁塞的節(jié)點的公平傳輸速率、以及其節(jié)點的MAC地址，并且按照逐跳的方案，將公平消息傳送到上游節(jié)點。所傳送的公平傳輸速率是其中當(dāng)前最嚴(yán)重地出現(xiàn)了擁塞的節(jié)點在前一個時效間隔期間已經(jīng)傳輸?shù)腶ddRate(C類+eMP)的量。
如上所述，以上所討論的RPR公平機制具有的問題在于出現(xiàn)了擁塞，并且在已經(jīng)解決擁塞之后，未有效地使用可用但未使用的帶寬從而帶寬使用率較低。
以下的專利的每一個均公開了與本發(fā)明共有的特征，但是未教導(dǎo)或提出在本申請中所具體論述的本發(fā)明的特征美國專利申請No.2003/0163593，授予Knightly，標(biāo)題為“METHOD AND SYSTEMFOR IMPLEMENTING A FAIR，HIGH-PERFORMANCE PROTOCOL，F(xiàn)OR RESILIENT PACKET RING NETWORKS”，公布于2003年8月28日；美國專利申請No.2003/0035371，授予Reed等人，標(biāo)題為“MEANSAND APPARATUS FOR A SCALEABLE CONGESTION FREESWITCHING SYSTEM WITH INTELLIGENT CONTROL”，公布于2003年2月20日；美國專利申請No.2004/0100984，授予Nam等人，標(biāo)題為“RESOURCE ALLOCATION METHOD FOR PROVIDING LOADBALANCING AND FAIRNESS FOR DUAL RING”，公布于2004年5月27日；美國專利申請No.2004/0032826，授予Sridhar，標(biāo)題為“SYSTEMAND METHOD FOR INCREAS ING FAIRNESS IN PACKET RINGNETWORKS”，公布于2004年2月19日；以及美國專利申請No.2004/0103179，授予Damm等人，標(biāo)題為“TOPOLOGYMANAGEMENT OF DUAL RING NETWORK”，公布于2004年5月27日。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提出一種利用RPR公平機制來分配帶寬的方法，其中，將未使用但可用的帶寬有效地分配給當(dāng)前正在傳送業(yè)務(wù)的節(jié)點，從而增加了總帶寬使用率，并且平均地將未使用但可用的帶寬分配給當(dāng)前正在傳送該業(yè)務(wù)的節(jié)點，從而保持公平。
此外，本發(fā)明的目的是提出一種可由機器讀取的程序存儲設(shè)備，確實地具體實現(xiàn)了可由機器執(zhí)行的程序指令，以執(zhí)行以上所提到的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，當(dāng)出現(xiàn)擁塞時，將在一個時效間隔期間，將節(jié)點已經(jīng)傳送到環(huán)的業(yè)務(wù)量與標(biāo)識符一起記錄在公平消息中，作為要通告給其自身上游節(jié)點并存儲的公平傳輸速率。測量并存儲在時效間隔期間從上游節(jié)點傳送來的業(yè)務(wù)量。當(dāng)已經(jīng)解決了擁塞時，參考最近通告的第一公平傳輸速率和從上游節(jié)點傳送來的業(yè)務(wù)量，計算可用帶寬，并且計算公平傳輸速率，以便公平地向上游節(jié)點有效分配可用帶寬，從而將公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點。上游節(jié)點根據(jù)該公平傳輸速率來傳輸業(yè)務(wù)。通過這樣做，當(dāng)在節(jié)點中出現(xiàn)擁塞并解決時，能夠有效地使用可用帶寬，而沒有任何時延。


當(dāng)結(jié)合附圖來考慮時，通過參考以下詳細描述，本發(fā)明的更完整的意圖及其許多附加優(yōu)點將變得更加明顯，并且將得到更好地理解，在附圖中，相同的參考符號表示相同或相似的組件，其中圖1是RPR的MAC結(jié)構(gòu)的視圖；圖2是通過利用RPR公平機制來分配帶寬的方法，將公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點的處理的視圖；圖3是通過利用RPR公平機制來分配帶寬的方法，在解決擁塞之后的帶寬分配的流程圖；圖4是通過利用RPR公平機制來分配帶寬的方法的帶寬使用的曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的利用RPR公平機制來分配帶寬的方法的帶寬分配的流程圖；圖6是RPR仿真網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)視圖，用于測試根據(jù)本發(fā)明實施例的利用RPR公平機制來分配帶寬的方法的性能；圖7是在RPR仿真中的業(yè)務(wù)傳輸流程圖，用于測試根據(jù)本發(fā)明實施例的利用RPR公平機制來分配帶寬的方法的性能；圖8是當(dāng)啟用/斷開總周期是1000ΦS時，在傳送業(yè)務(wù)的情況下，將另一方法與根據(jù)本發(fā)明實施例的RPR公平機制相比的帶寬使用率比較曲線圖；圖9是當(dāng)傳送比值為1∶2的啟用/斷開業(yè)務(wù)時，將另一方法與根據(jù)本發(fā)明實施例的RPR公平機制相比的帶寬使用率比較曲線圖；圖10是當(dāng)傳送比值為X∶3的啟用/斷開業(yè)務(wù)時，將另一方法與根據(jù)本發(fā)明實施例的RPR公平機制相比的帶寬使用率比較曲線圖；以及圖11是在圖8中的仿真中，節(jié)點6、0和1的帶寬使用率的曲線圖。
具體實施例方式
RPR MAC具有addA、addB和addC傳輸緩存器，如圖1所示，用于傳送具有如上所述彼此不同的三個優(yōu)先級的業(yè)務(wù)，并且通過階段緩存器，將三種業(yè)務(wù)傳送到所述環(huán)。
圖2是通過利用RPR公平機制的帶寬分配方案，將公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點的處理的視圖。
在節(jié)點1、2、3和4向節(jié)點5傳送業(yè)務(wù)的處理中，當(dāng)在節(jié)點4中出現(xiàn)擁塞時，節(jié)點4將其公平傳輸速率和MAC地址記錄在公平消息中，并且在已經(jīng)完成了當(dāng)前的通告間隔之后，將所述消息傳送到節(jié)點3。已經(jīng)接收到該消息的節(jié)點3重新建立其allowedRateCongested值，作為從節(jié)點4接收到的公平傳輸速率，并且限制由節(jié)點傳送來的C類和eMP業(yè)務(wù)量，從而不超過由節(jié)點4傳送的公平傳輸速率。當(dāng)已經(jīng)完成了節(jié)點3的通告間隔時，節(jié)點3在公平消息中攜帶從節(jié)點4中接收到的公平傳輸速率和MAC地址，并且向節(jié)點2傳送該消息，以通知節(jié)點2在節(jié)點4中已經(jīng)發(fā)生擁塞，并且提供公平傳輸速率。然而，當(dāng)已經(jīng)接收到該消息的節(jié)點2當(dāng)前也處于擁塞狀態(tài)時，將節(jié)點2和節(jié)點4之間更擁塞的節(jié)點的公平傳輸速率傳送到節(jié)點1。因此，節(jié)點2將其自身公平傳輸速率與節(jié)點4中的公平傳輸速率進行比較，并且選擇具有更小值的公平傳輸速率。由于該公平傳輸速率具有更小的值，因此，在節(jié)點的前一個時效間隔期間所傳送的addRate量較小。即，由于已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的擁塞，已經(jīng)將更少量的業(yè)務(wù)傳送到所述環(huán)。因此，節(jié)點2在公平消息中攜帶其自身公平傳輸速率和MAC地址，并將該消息傳送到節(jié)點1。當(dāng)在如上所述的RPR網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了擁塞時，可以按照其中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點的公平傳輸速率來控制該擁塞。
在其中已經(jīng)發(fā)生了擁塞的節(jié)點中已經(jīng)解決擁塞之后，通過向上游節(jié)點通告等于FULL值的公平消息，所述節(jié)點提供當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)沒有擁塞的通知。已經(jīng)接收到FULL值的公平傳輸速率的上游節(jié)點增加其allowedRateCongested值。即，無論何時當(dāng)上游節(jié)點從其下游節(jié)點中接收到等于FULL值的公平傳輸速率時，其增加其業(yè)務(wù)傳輸?shù)牧?。可以通過以下數(shù)學(xué)表達式來獲得增加的業(yè)務(wù)量ΔR。
ΔR＝(MAX_ALLOWED_RATE-allowedRateCongested)/RAMPCOEFMAX_ALLOWED_RATE是節(jié)點在一個時效間隔期間能夠傳送的C類和eMP業(yè)務(wù)的最大量，并且RAMPCOEF是基本值4。
new_allowedRateCongested＝previous_allowedRateCongested+ΔR由上述數(shù)學(xué)表達式2定義了在下一個時效間隔期間已經(jīng)接收到具有FULL值的公平消息的節(jié)點能夠傳送的最大業(yè)務(wù)量。其是前一個時效間隔的allowedRateCongested加上從數(shù)學(xué)表達式1中所獲得的ΔR量的和。即，已經(jīng)接收到具有FULL值的公平消息的節(jié)點能夠傳送比在前一個時效間隔期間所傳送的業(yè)務(wù)多從所述表達式1中獲得的ΔR量的業(yè)務(wù)。
圖3是在通過利用RPR公平機制的帶寬分配方案解決擁塞之后，帶寬分配的流程圖。參考圖3，擁塞出現(xiàn)在節(jié)點3，然后在節(jié)點3中解決，并且節(jié)點3在公平消息中攜帶了等于FULL值的公平傳輸速率，并且將其傳送到節(jié)點1和2(S1)。節(jié)點1和2已經(jīng)接收到等于FULL值的公平傳輸速率，并且利用其當(dāng)前allowedRateCongested值，計算在下一個時效間隔中所要增加的業(yè)務(wù)ΔR，如由數(shù)學(xué)表達式1所定義的，并且通過將ΔR與當(dāng)前的allowedRateCongested值相加，計算在下一個時效間隔期間要傳送的總的業(yè)務(wù)allowedRateCongested，如由數(shù)學(xué)表達式2所定義的。
在已經(jīng)完成了當(dāng)前的時效間隔之后，節(jié)點1和2通過重新建立在下一個時效間隔期間的allowedRateCongested，來傳送業(yè)務(wù)(S2和S3)。節(jié)點3已經(jīng)從節(jié)點1和2接收到比前一個時效間隔的業(yè)務(wù)多ΔR的的業(yè)務(wù)，并且檢查其自身的STQ緩存器，并且當(dāng)業(yè)務(wù)量并未超過低閾值時，由于還未出現(xiàn)擁塞，節(jié)點3再次向節(jié)點1和2傳送具有FULL消息的公平消息(S4)。節(jié)點1和2再次接收具有FULL值的公平消息，并且利用數(shù)學(xué)表達式1和2來增加其業(yè)務(wù)傳輸?shù)牧?S5和S6)。當(dāng)在節(jié)點3中未出現(xiàn)擁塞時，節(jié)點3持續(xù)地向其上游節(jié)點傳送等于FULL值的公平傳輸速率(Sn)，并且已經(jīng)接收到等于FULL值的公平傳輸速率的上游節(jié)點繼續(xù)有規(guī)律地增加其業(yè)務(wù)傳輸?shù)牧?Sn+1和Sn+2)。當(dāng)上游節(jié)點繼續(xù)有規(guī)律地增加業(yè)務(wù)傳輸?shù)牧繒r，在節(jié)點3中再次出現(xiàn)擁塞，并且節(jié)點3計算其自身的公平傳輸速率，并且將其傳送到節(jié)點1和2，從而可以控制擁塞。
在以上定義的RPR公平機制中，當(dāng)在節(jié)點中出現(xiàn)擁塞時，可以按照在其中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點中計算出的公平傳輸速率，來控制上游節(jié)點的傳輸量，從而節(jié)點可以避免擁塞。
當(dāng)從已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點中解決了擁塞時，該節(jié)點向上游節(jié)點傳送具有FULL值的公平消息，并且通知其當(dāng)前未出現(xiàn)擁塞，而且，已經(jīng)接收到具有FULL值的公平消息的上游節(jié)點有規(guī)律地增加其業(yè)務(wù)傳輸?shù)牧俊?br> 然而，以在前一個時效間隔期間已經(jīng)傳送的業(yè)務(wù)量的預(yù)定比率，來簡單地增加業(yè)務(wù)量，而不必考慮當(dāng)前可用的帶寬。即，盡管使用非常多的帶寬，當(dāng)前傳送該業(yè)務(wù)的節(jié)點還是浪費了帶寬。這些節(jié)點具有的問題在于由于未有效地使用當(dāng)前未使用但可用的帶寬，因此，存在效率低下的帶寬使用。
圖4是通過利用以上所討論的RPR公平機制的帶寬分配方案的帶寬使用的曲線圖。參考圖4，當(dāng)節(jié)點0和1向下游節(jié)點2傳送業(yè)務(wù)時，每一個節(jié)點0和1的allowedRateCongested值發(fā)生變化。節(jié)點0以貪婪的方式向節(jié)點2傳送業(yè)務(wù)，并且節(jié)點1以100兆比特每秒的速率向節(jié)點2固定地傳送業(yè)務(wù)。由于節(jié)點1以100兆比特每秒的速率固定地向節(jié)點2傳送業(yè)務(wù)，節(jié)點1的allowedRateCongested值保持在100兆比特每秒的速率。當(dāng)節(jié)點0向節(jié)點2傳送極大的業(yè)務(wù)量時，在節(jié)點1中出現(xiàn)擁塞。其中出現(xiàn)擁塞的節(jié)點1向節(jié)點0傳送100兆比特每秒的其公平傳輸速率，并且已經(jīng)從節(jié)點1接收到100兆比特每秒的公平傳輸速率的節(jié)點0將其傳輸速率減小到100兆比特每秒，從而節(jié)點1避免了擁塞。然而，當(dāng)節(jié)點1避免了擁塞時，將等于FULL值的公平傳輸速率傳送到節(jié)點0。即使未使用但可用的帶寬是500兆比特每秒，已經(jīng)接收到等于FULL值的公平傳輸速率的節(jié)點0的傳輸速率逐漸增加，從而出現(xiàn)了帶寬使用率較低的問題。
現(xiàn)在，下文中將參考附圖更完整地描述本發(fā)明，其中，示出了本發(fā)明的典型實施例。然而，本發(fā)明可以按不同的形式來具體實現(xiàn)，而不應(yīng)該構(gòu)造為局限于這里所闡述的實施例。然而，提供了這些實施例，從而該公開將徹底且完整，并且將完整地向本領(lǐng)域的技術(shù)人員傳達本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了簡明，夸大了層和區(qū)域的厚度。在整個說明書中，相同的數(shù)字表示相同的組件。
與RPR網(wǎng)絡(luò)相連的所有節(jié)點在每一個時效間隔，檢查其STQ緩存器，然后確定業(yè)務(wù)量是否超過了低閾值。即，確定在任一個節(jié)點中是否出現(xiàn)了擁塞。
如果一個節(jié)點的STQ緩存器業(yè)務(wù)量超過了低閾值，則在該節(jié)點中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞，并且該節(jié)點記錄其addRate，即，該節(jié)點在當(dāng)前時效間隔期間傳送到環(huán)的C類和eMP業(yè)務(wù)的量、以及在具有作為公平傳輸速率的業(yè)務(wù)量的公平消息中的其MAC地址，并且當(dāng)當(dāng)前通告間隔已經(jīng)完成時，將其通告給其上游節(jié)點。
此時，該節(jié)點記錄并保持該節(jié)點最近已經(jīng)通告的公平傳輸速率。另一方面，已經(jīng)從其自身下游節(jié)點接收到公平消息的上游節(jié)點將其allowedRateCongested值重新建立為所接收到的公平傳輸速率。即，上游節(jié)點將其傳送的業(yè)務(wù)量減小到所接收到的公平傳輸速率。當(dāng)減小了由上游節(jié)點傳送到環(huán)的業(yè)務(wù)量時，其中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點的STQ緩存器的業(yè)務(wù)量不會超過低閾值，因此，在節(jié)點中已經(jīng)解決了擁塞。
在已經(jīng)解決擁塞之后，不傳送通過在公平消息中簡單地攜帶FULL值，該節(jié)點再次通告給其上游節(jié)點的公平傳輸速率。作為替代，考慮到當(dāng)前未使用但可用的帶寬，將其剩余帶寬公平地分配給上游節(jié)點，并且計算公平傳輸速率，以最大使用剩余帶寬。其中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點記錄并保持節(jié)點最近已經(jīng)通告的公平傳輸速率。
此外，還測量在當(dāng)前的時效間隔期間傳送到其STQ緩存器的業(yè)務(wù)量，并且對其進行記錄和保持。因此，當(dāng)以節(jié)點最近通告的公平傳輸速率來區(qū)分在當(dāng)前時效間隔期間傳送到STQ緩存器的業(yè)務(wù)量時，能夠預(yù)測多少上游節(jié)點當(dāng)前已經(jīng)向節(jié)點傳送了業(yè)務(wù)，這是由于上游節(jié)點傳送了與已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點在其公平傳輸速率中已經(jīng)通告的業(yè)務(wù)同樣多的業(yè)務(wù)。
接下來，其中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點計算正在使用當(dāng)前總帶寬中的多少帶寬，并且當(dāng)前總帶寬中的多少帶寬未使用但可用。如果將包括已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點的、正在傳送當(dāng)前業(yè)務(wù)的上游節(jié)點的數(shù)量乘以最近通告的公平傳輸速率，則可以確定使用了當(dāng)前總帶寬的多少帶寬，并且多少帶寬未使用但是可用。因此，其中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點能夠向當(dāng)前正在傳送業(yè)務(wù)的節(jié)點分配當(dāng)前未使用但可用的帶寬。
然而，當(dāng)將當(dāng)前未使用但可用的總帶寬總體地分配給正在傳送業(yè)務(wù)的節(jié)點時，在下一個時效間隔期間，將再次出現(xiàn)擁塞。因此，僅公平地將當(dāng)前未使用但可用的帶寬的一半分配給當(dāng)前正在傳送業(yè)務(wù)的節(jié)點。
這樣的操作可以表達如下。
N＝R/FM＝M-(N+1)*Ff＝(m/2)/NM環(huán)的總帶寬；m當(dāng)前未使用但可用的帶寬量；F最近傳送到上游節(jié)點的公平傳輸速率；f在已經(jīng)解決擁塞之后的公平傳輸速率；N在節(jié)點中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞之后正在向節(jié)點傳送業(yè)務(wù)的上游節(jié)點的數(shù)量；以及R傳送到在當(dāng)前時效間隔期間已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點的STQ緩存器的業(yè)務(wù)量。
無論何時當(dāng)已經(jīng)完成了時效間隔時，利用上述表達式將未使用但可用的帶寬繼續(xù)分配給節(jié)點。然而，為了使波動最小，當(dāng)使用了大于總帶寬的95％的帶寬時，將等于FULL值的公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點，并且以數(shù)學(xué)表達式1中所定義的增加比率來增加業(yè)務(wù)傳輸量，從而不會頻繁出現(xiàn)擁塞。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用RPR公平機制來分配帶寬的方法的帶寬分配的流程圖。鏈路的總帶寬是600兆比特每秒，并且節(jié)點1、2和3向節(jié)點4傳送業(yè)務(wù)。節(jié)點3以100兆比特每秒的固定傳輸速率，向節(jié)點4傳送業(yè)務(wù)。此時，如果由于在節(jié)點3中出現(xiàn)擁塞(S11)，將100兆比特每秒的公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點，則在下一個時效間隔期間，節(jié)點1和2向環(huán)傳送100兆比特每秒的業(yè)務(wù)(S12和S13)。因此，當(dāng)將200兆比特每秒的業(yè)務(wù)輸入到節(jié)點3的STQ緩存器，并且以節(jié)點3所通告的100兆比特每秒的公平傳輸速率來分割該量時，預(yù)測兩個上游節(jié)點當(dāng)前正在向節(jié)點3傳送該業(yè)務(wù)。
此外，當(dāng)將輸入到STQ緩存器的業(yè)務(wù)量添加到由STQ緩存器傳送來的業(yè)務(wù)上時，能夠知道當(dāng)前總帶寬中的多少帶寬正在使用，并且多少帶寬未使用但可用。因此，應(yīng)該理解，根據(jù)數(shù)學(xué)表達式3，使用了300兆比特每秒的帶寬，并且當(dāng)前可用帶寬是300兆比特每秒。
因此，由于在下一個時效間隔期間，能夠向當(dāng)前正在傳送業(yè)務(wù)的節(jié)點1和2另外分配150兆比特每秒，即可用的300兆比特每秒的1/2，也就是，向節(jié)點1和2中的每一個分配75兆比特每秒，將再次通告的公平傳輸速率按照175兆比特每秒傳送到節(jié)點1和2(S14)。因此，在下一個時效間隔期間，節(jié)點1和2分別向所述環(huán)傳送175兆比特每秒(S15和S16)，并且節(jié)點3也向所述環(huán)傳送100兆比特每秒。因此，應(yīng)該理解，當(dāng)前正在使用450兆比特每秒的帶寬，并且150兆比特每秒的帶寬是可用的。
另外，能夠分別向節(jié)點1和2另外分配75兆比特每秒，即，75兆比特每秒是150兆比特每秒的1/2，也就是，向節(jié)點1和2中每一個分配38兆比特每秒。因此，再次通告的公平傳輸速率是成為175兆比特每秒加上38兆比特每秒的213兆比特每秒(S17)。
將通過另一RPR公平機制來分配帶寬的方法的性能和根據(jù)本發(fā)明來分配帶寬的方法的性能進行比較，并且利用仿真來進行評估。仿真利用了網(wǎng)絡(luò)仿真器版本2。
圖6是RPR仿真網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的視圖，用于測試根據(jù)本發(fā)明實施例的利用RPR公平機制來分配帶寬的方法的性能。
兩個環(huán)的帶寬分別為600兆比特每秒，并且在一個節(jié)點和另一節(jié)點之間的傳播時延是0.1毫秒。所有節(jié)點的STQ緩存器尺寸是128千字節(jié)，并且低閾值是16千字節(jié)(STQ_buffer_size/8)，而高閾值是118784字節(jié)(STQ_buffer_size-MTU(9216字節(jié)))。另外，所有節(jié)點的時效間隔和通告間隔均為100ΦS。
圖7是在RPR仿真中的業(yè)務(wù)傳輸流程圖，所述仿真用于測試根據(jù)本發(fā)明實施例的利用RPR公平機制來分配帶寬的方法的性能。參考圖7，節(jié)點6和0以貪婪的方式向節(jié)點2傳送業(yè)務(wù)。此外，針對因特網(wǎng)業(yè)務(wù)當(dāng)前突發(fā)特性，已經(jīng)出現(xiàn)了指數(shù)分布的啟用/斷開業(yè)務(wù)。在啟用周期期間傳送該業(yè)務(wù)，而在斷開期間不傳送該業(yè)務(wù)。節(jié)點1以100兆比特每秒的固定傳輸速率將恒定比特率(CBR)業(yè)務(wù)傳送到節(jié)點2。這樣，周期性地在節(jié)點1中產(chǎn)生擁塞和擁塞解決。
圖8是當(dāng)在啟用/斷開總周期是100ΦS的情況下，傳送業(yè)務(wù)時，將另一方法和本發(fā)明進行比較的帶寬使用率比較曲線。參考圖8，當(dāng)在節(jié)點6和0中的啟用/斷開總周期是1000ΦS時，在從100ΦS到900ΦS的范圍內(nèi)，以100ΦS來增加啟用周期，并且在從900ΦS到100ΦS的范圍內(nèi)，以100ΦS來減小斷開周期，所有節(jié)點的總帶寬使用率得到表達。當(dāng)啟用周期較短而斷開周期較長時，如啟用/斷開周期是100/900ΦS和200/800ΦS，從而擁塞幾乎不會出現(xiàn)，這里可以看到，另一方法和本發(fā)明的帶寬使用率是類似的，但是隨著啟用周期增加而斷開周期減小，根據(jù)本發(fā)明分配帶寬的方法的帶寬使用率與另一方法的帶寬使用率相比變得更好。這是由于隨著啟用周期增加和斷開周期減小，擁塞出現(xiàn)得越來越多，并且在根據(jù)本發(fā)明的分配帶寬的方法中，在已經(jīng)出現(xiàn)擁塞之后，更有效地使用了帶寬。
圖9是當(dāng)傳送比值1∶2的啟用/斷開業(yè)務(wù)時，將另一方法和本發(fā)明進行比較的帶寬使用率比較曲線圖。參考圖9，在將其啟用/斷開比值設(shè)置為1∶2并且增加啟用/斷開周期的同時，當(dāng)兩個節(jié)點6和0傳送業(yè)務(wù)時，示出了這些節(jié)點的總帶寬使用率。這里，可以看到，根據(jù)本發(fā)明來分配帶寬的方法的帶寬使用率高于另一方法的帶寬使用率。然而，在將啟用/斷開間隔保持為1∶2的同時，當(dāng)增加啟用/斷開周期時減小了總帶寬使用率的原因在于即使啟用/斷開間隔相同均為1∶2，但是，隨著啟用周期的增加，擁塞出現(xiàn)得越來越多。
圖10是當(dāng)傳送比值為X∶3的啟用/斷開業(yè)務(wù)時，將另一方法和本發(fā)明進行比較的帶寬使用率比較曲線圖。參考圖10，在將斷開周期設(shè)置為300ΦS，并且在從100ΦS到1000ΦS的范圍內(nèi)，以100ΦS來增加啟用周期的同時，當(dāng)節(jié)點6和0傳送該業(yè)務(wù)時，所有節(jié)點的總帶寬比率得到表達。這里，能夠確認，根據(jù)本發(fā)明分配帶寬的方法中的帶寬使用率高于另一方法的帶寬使用率。
圖11是在圖8的仿真中的節(jié)點6、0和1的帶寬使用率的曲線圖。參考圖11，由于節(jié)點1以100兆比特每秒傳送固定業(yè)務(wù)，因此，節(jié)點1的帶寬使用率具有固定值。然而，隨著啟用周期增加和斷開周期減小，節(jié)點6和0的帶寬使用率得到增加。此外，由于兩個節(jié)點具有幾乎相同的帶寬使用率，這確認了節(jié)點6和0通過公平地對其進行分割來使用帶寬。
如上所述，本發(fā)明提供了一種分配帶寬的改進方法，以解決在IEEE 802.17中所定義的RPR公平機制中出現(xiàn)的擁塞問題、以及在已經(jīng)解決擁塞之后不能夠有效地使用帶寬的問題。
在根據(jù)本發(fā)明分配帶寬的方法中，當(dāng)在節(jié)點中出現(xiàn)擁塞和解決了擁塞時，其中出現(xiàn)擁塞的節(jié)點可以預(yù)測當(dāng)前正在向該節(jié)點傳送業(yè)務(wù)的節(jié)點的數(shù)量，并且可以公平地向當(dāng)前正在傳送業(yè)務(wù)的節(jié)點分配當(dāng)前可用帶寬，從而可以提高帶寬使用率。
另外，由于已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點繼續(xù)測量由節(jié)點通告的公平傳輸速率和從上游節(jié)點傳送到其STQ傳輸緩存器的業(yè)務(wù)量，因此，能夠知道當(dāng)前正在向該節(jié)點傳送業(yè)務(wù)的上游節(jié)點的數(shù)量，并且當(dāng)完成了時效間隔時，能夠使用總帶寬中的多少帶寬。
因此，與其中通過通告等于FULL值的傳輸速率，使源節(jié)點逐漸增加業(yè)務(wù)傳輸，而不考慮在已經(jīng)解決擁塞之后的當(dāng)前可用帶寬的另一方法相比，通過根據(jù)本發(fā)明以固定比率向源節(jié)點分配當(dāng)前可用的帶寬的方法，能夠提高帶寬使用率。
另外，已經(jīng)確認，根據(jù)利用符合因特網(wǎng)業(yè)務(wù)當(dāng)前突發(fā)特性的指數(shù)分布的啟用/斷開業(yè)務(wù)和利用網(wǎng)絡(luò)仿真器ns-2的性能分析的結(jié)果，與各種突發(fā)特性的業(yè)務(wù)傳輸中的另一方法帶寬使用率相比，根據(jù)本發(fā)明來分配帶寬的方法具有更高的帶寬使用率。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括確定在每一個時效間隔期間，在與RPR(彈性分組環(huán))網(wǎng)絡(luò)相連的節(jié)點中是否已經(jīng)出現(xiàn)了擁塞；在確定出現(xiàn)擁塞之后，定義第一公平傳輸速率，作為所述節(jié)點在一個時效間隔期間已經(jīng)傳送到環(huán)的第一業(yè)務(wù)量，以減小從上游節(jié)點中輸入的業(yè)務(wù)量，將第一業(yè)務(wù)量與其自身標(biāo)識符一起記錄在公平消息中，將所記錄的量通告給上游節(jié)點，并存儲所述第一公平傳輸速率；測量并存儲在一個時效間隔期間根據(jù)第一公平傳輸速率已經(jīng)減小、并且從上游節(jié)點傳送來的第二業(yè)務(wù)量；以及在已經(jīng)消除擁塞之后，根據(jù)所存儲的第一公平傳輸速率和第二業(yè)務(wù)量，計算可用帶寬，并根據(jù)所計算出的可用帶寬來確定第二公平傳輸速率，以及將所述第二公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在每一個時效間隔期間確定在與彈性分組環(huán)(RPR)網(wǎng)絡(luò)相連的節(jié)點中是否已經(jīng)出現(xiàn)了擁塞包括測試所述節(jié)點的次過渡隊列(STQ)和根據(jù)業(yè)務(wù)量等于和大于低閾值，確定是否已經(jīng)出現(xiàn)擁塞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第一業(yè)務(wù)包括C類(低優(yōu)先級)業(yè)務(wù)和eMP(過量介質(zhì)優(yōu)先級)業(yè)務(wù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于由以下步驟來確定第二公平傳輸速率計算已經(jīng)向節(jié)點傳送第二業(yè)務(wù)量的上游節(jié)點的數(shù)量；參考上游節(jié)點的數(shù)量，計算當(dāng)前正在使用的帶寬和相對于總帶寬的未使用但可用的帶寬；以及確定第二公平傳輸速率，以便按照可用帶寬的固定量來增加從上游節(jié)點中輸入的業(yè)務(wù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于計算上游節(jié)點的數(shù)量包括計算在由所述節(jié)點最近通告給所述數(shù)量的上游節(jié)點的第一公平傳輸速率分割的當(dāng)前時效間隔期間，已經(jīng)傳送到次過渡隊列(STQ)緩存器的業(yè)務(wù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于計算所述可用帶寬包括確定通過將包括其中已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的節(jié)點和正在向所述節(jié)點傳送業(yè)務(wù)的上游節(jié)點的節(jié)點數(shù)量與所述節(jié)點最近已經(jīng)通告的第一公平傳輸速率相乘而計算出的值，作為當(dāng)前使用帶寬；以及確定通過從當(dāng)前總帶寬中減去當(dāng)前使用帶寬而計算出的值，作為可用帶寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于帶寬的固定量是可用帶寬的1/2。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于確定第二公平傳輸速率包括確定通過在前一個公平傳輸速率上加上正在向節(jié)點傳送業(yè)務(wù)的上游節(jié)點的數(shù)量來分割可用帶寬的固定量帶寬計算得到的值而計算出的值，作為第二公平傳輸速率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于節(jié)點標(biāo)識符是介質(zhì)接入控制(MAC)地址。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括當(dāng)當(dāng)前使用帶寬等于或大于總帶寬的固定參考值時，向上游節(jié)點傳送等于FULL值的公平傳輸速率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述固定參考值是總帶寬的95％。
12.一種可由機器讀取的程序存儲設(shè)備，確實地具體實現(xiàn)了可由機器執(zhí)行的指令的程序，以執(zhí)行利用彈性分組環(huán)(RPR)來分配帶寬的方法，所述方法包括確定在每一個時效間隔期間，在與RPR(彈性分組環(huán))網(wǎng)絡(luò)相連的節(jié)點中是否已經(jīng)出現(xiàn)了擁塞；在確定出現(xiàn)擁塞之后，定義第一公平傳輸速率，作為所述節(jié)點在一個時效間隔期間已經(jīng)傳送到環(huán)的第一業(yè)務(wù)量，以減小從上游節(jié)點中輸入的業(yè)務(wù)量，將第一業(yè)務(wù)量與其自身標(biāo)識符一起記錄在公平消息中，將所記錄的量通告給上游節(jié)點，并存儲所述第一公平傳輸速率；測量并存儲在一個時效間隔期間根據(jù)第一公平傳輸速率已經(jīng)減小、并且從上游節(jié)點傳送來的第二業(yè)務(wù)量；以及在已經(jīng)消除擁塞之后，根據(jù)所存儲的第一公平傳輸速率和第二業(yè)務(wù)量，計算可用帶寬，并根據(jù)所計算出的可用帶寬來確定第二公平傳輸速率，以及將所述第二公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點。
全文摘要
在與RPR網(wǎng)絡(luò)相連的節(jié)點中利用彈性分組環(huán)(RPR)公平機制來分配帶寬時，當(dāng)出現(xiàn)擁塞時，將在一個時效間隔期間節(jié)點已經(jīng)傳送到環(huán)的業(yè)務(wù)量與其自身標(biāo)識符一起記錄在公平消息中，作為要通告給其自身上游節(jié)點和要存儲的公平傳輸速率。測量并存儲在時效間隔期間從上游節(jié)點傳送來的業(yè)務(wù)量。當(dāng)已經(jīng)解決了擁塞時，參考最近通告的公平傳輸速率和從上游節(jié)點傳送來的業(yè)務(wù)量，計算可用帶寬，并且計算公平傳輸速率，以便公平地向上游節(jié)點有效分配可用帶寬，從而將公平傳輸速率傳送到上游節(jié)點。上游節(jié)點根據(jù)公平傳輸速率來傳輸業(yè)務(wù)。
文檔編號H04L12/42GK1617521SQ20041009238
公開日2005年5月18日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者崔炳求, 李宰熏, 姜秉昌, 李東憲 申請人:三星電子株式會社