Способ динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце

Изобретение раскрывает способ использования полосы пропускания линии связи на адаптивном пакетном кольце. Способ включает этапы, на которых измеряют переменные данные пакетов данных на одном интервале установки, вычисляют локальную справедливую скорость обмена с использованием измеренных переменных данных, устанавливают извещаемую скорость обмена на основе локальной справедливой скорости обмена и извещаемой скорости обмена, принятой из нижнего узла, пакеты данных передают в нижний узел с извещаемой скоростью обмена. По сравнению с существующими алгоритмами равноправия, новый способ вводит суммарную скорость обмена для достижения 100%-ного использования полосы пропускания. Он также исключает "состояние перегрузки", которое является недостатком существующего алгоритма равноправия. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технологии передачи данных, используемой в Глобальной сети связи (ГС, WAN) или в локальной сети связи (ЛС, LAN), более конкретно к способу динамического распределения полосы пропускания линии связи на Динамическом Пакетном Кольце (ДПК, RPR).

Уровень техники

RPR является региональной сетью связи (РСС, MAN) с совершенно новой кольцевой структурой, которая поддерживает трафик данных для трех уровней обслуживания и имеет преимущества большего использования полосы пропускания, высокой надежности и так далее. В одном из ключевых способов для реализации RPR полосу пропускания линии связи распределяют узлам, конкурирующим за ресурсы на кольце. В настоящем изобретении раскрыт способ, в котором полосу пропускания на динамическом пакетном кольце распределяют динамически. По сравнению с решением, предложенным существующей рабочей группой PRP (рабочей группой IEEE 802.17), указанный способ является более простым и обладает бóльшим использованием полосы пропускания. Задачей рабочей группы IEEE 802.17 является установление технического стандарта для RPR. Технология RPR используется при передаче данных в WAN или LAN и имеет два очевидных преимущества по сравнению с существующей технологией передачи данных, используемой в WAN или LAN:

1) большее использование полосы пропускания;

2) высокоскоростной механизм защиты. Защита срабатывает в пределах 50 мс, что соответствует уровню обнаружения сбоя.

Каждый узел на кольце RPR может ввести на кольцо некоторый пакет, имеющий право на равноправие (равноправный пакет). При добавлении пакета данных на кольцо он будет передаваться узлами нижнего уровня. В продолжение этого процесса узел верхнего уровняможет передавать слишком большой трафик, "подавляя" узлы нижнего уровня. Следовательно, требуется механизм для обеспечения каждому узлу на кольце одинаковой возможности передавать пакеты данных пользователя.

В механизме, предложенном рабочей группой IEEE 802.17, каждый узел должен передавать специальный пакет, называемый пакетом равноправия, который используется для передачи предложенной извещаемой интенсивности потока в узел верхнего уровня.

Для обеспечения каждому узлу на кольце определенной возможности передавать свои пакеты каждый узел должен удостовериться, что количество равноправных пакетов, добавляемых на кольцо, не превышает дозволенной интенсивности, которая является наименьшей из принятой извещаемой интенсивности и локальной справедливой интенсивности.

Ключевой момент обеспечения эффективности сети основан на том, как определить извещаемую интенсивность на основе извещаемой интенсивности, принятой из узла нижнего уровня, и локальной справедливой интенсивности. Кратко будет описан механизм, предложенный рабочей группой IEEE 802.17.

В настоящее время существует два режима равноправия(справедливого распределения ресурсов), предложенных рабочей группой IEEE 802.17, один называется агрессивным режимом, другой называется консервативным режимом.

Здесь обсуждается только вариантбез взвешивания существующего алгоритма равноправия, предложенного IEEE 802.17. Следует отметить, что способ динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце, предложенный в данной заявке на патент, является алгоритмом равноправия с взвешиванием.

Существующий алгоритм равноправия описывается:

добавочной интенсивностью (add_rate): это количество байтов в интервал извещения для локальных пакетов, добавленных на кольцо узлом, для равноправных (Р, FE) пакетов;

локальной справедливой интенсивностью (local_fair_rate): добавочная интенсивность, фильтрованная фильтром нижних частот, различные режимы используют различные алгоритмы для получения local_fair_rate;

принимаемой извещаемой интенсивностью (received_advertising_rate): извещаемая интенсивность, переносимая в пакете равноправия типа A, извещается узлом нижнего уровня;

интервалом извещения: на каждом интервале извещения станциям верхнего уровня должен передаваться пакет равноправия типа A с advertising_rate внутри сообщения равноправия типа A;

извещаемой интенсивностью: интенсивность определяется

Если (локальный узел перегружен и local_fair_rate<received_advertising_rate), то advertising_rate будет local_fair_rate, которая является фильтрованным вариантом add_rate. Add_rate является количеством байтов внутри Интервала извещения для пакетов с установленным битом FE (битом наличия права на равноправность). Received_advertising_rate является интенсивностью, которая переносится внутри сообщения равноправия типа A.

Если (локальный узел перегружен и local_fair_rate>=received_advertising_rate) имеет место перегрузка, то advertising_rate будет принятая извещаемая интенсивность с нижнего уровня (received_advertising_rate).

Если (локальный узел не перегружен), то advertising_rate будет принятая с нижнего уровня или нуль при приеме нулевой интенсивности, которая указывает максимальную интенсивность линии связи.

Наряду с некоторыми незначительными различиями, основное различие между агрессивным режимом и консервативным режимом основано на том, как определять local_fair_rate. В агрессивном режиме local_fair_rate является вариантом add_rate, фильтрованным фильтром нижних частот. В консервативном режиме local_fair_rate является вариантом add_rate, фильтрованным фильтром нижних частот, что подобно агрессивному режиму, и

- плюс часть фильтрованного варианта add_rate, если использование линии связи составляет менее 85% (ниже low_threshold)

- минус часть фильтрованного варианта add_rate, если использование линии связи составляет более 95% (выше high_threshold)

По сравнению с алгоритмом равноправия в агрессивном режиме алгоритм равноправия в консервативном режиме предлагает более высокую эффективность при изменяющихся условиях за счет максимум 95%-ного использования полосы пропускания, что в некоторых ситуациях является худшим.

Основная проблема в отношении агрессивного режима возникает, когда точкой перегрузки не является поглощающий (жадный)источник, как иллюстрируется фиг.1, при этом невозможно корректно распределить полосу пропускания среди всех источников, и это приводит к неэффективному использованию ресурса, как иллюстрируется моделированием фиг.2.

Раскрытие изобретения

Согласно раскрытию изобретения, основной проблемой в отношении алгоритма равноправия в агрессивном режиме является устойчивость распределения полосы пропускания, когда не поглощающий источник смешивается с поглощающим источником, что ведет к потерям в полосе пропускания. Основной проблемой в отношении алгоритма равноправия в консервативном режиме является максимум 95% использование полосы пропускания, что ведет к худшей эффективности, когда все источники являются поглощающими источниками.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце, которое может обеспечить равноправие в распределении полосы пропускания. Он должен быть более простым и давать большее использование полосы пропускания, чем существующий алгоритм равноправия в проектах стандарта 802.17.

Способ динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце для согласованности поддерживает базовую структуру и тип сообщения, определенные рабочей группой IEEE 802.17. Используется концепция интервала извещения. Внутри одного интервала извещения выполняются этапы, на которых

a. Измеряют значения для переменных

1) add_rate: является количеством байтов для локальных пакетов, добавленных на кольцо узлом, для равноправных пакетов;

2) total_add_rate: является общим количеством байтов для локальных пакетов, добавленных на кольцо узлом;

3) fw_rate: является количеством байтов для транзитных пакетов на кольце, для равноправных пакетов;

4) total_fw_rate: является общим количеством байтов для транзитных пакетов на кольце.

b. Задачей способа динамического распределения полосы пропускания связи на динамическом пакетном кольце является обеспечение полного использования линии связи наряду с корректным распределением полосы пропускания между всеми конкурирующими станциями. Для достижения этого local_fair_rate всегда вычисляют согласно этапам, на которых

b1. Вычисляют свободную интенсивность (idle_rate) уравнением:

idle_rate=link_rate-total_add_rate-total_fw_rate,

где link_rate является количеством байтов на один интервал извещения при полной интенсивности линии связи.

b2. Если idle_rate<idle_rate_threshold (idle_rate_threshold могут установить в 0,01 или даже ниже):

acc_idle=(α-1)*acc_idle/α,

иначе

acc_idle=acc_idle+idle_rate/β

acc_idle=min(acc_idle, unreserved_rate),

где acc_idle, в основном, является интегралом свободной интенсивности и его значение не превышает незарезервированную интенсивность (unreserved_rate).

b3. Вычисляют локальную справедливую интенсивность (local_fair_rate) по формуле:

local_fair_rate=(δ-1)*local_fair_rate/δ+add_rate(δ* weight)+acc_idle/δ,

где weight является весом станции для алгоритма равноправия с взвешиванием.

c. Определение извещаемой интенсивности (advertising_rate) включает этапы, на которых

с1. Если значение принятой извещаемой интенсивности меньше значения локальной справедливой интенсивности (то есть received_advertising_rate<local_fair_rate), то значение извещаемой интенсивности (advertising_rate) устанавливают в значение принятой извещаемой интенсивности (received_advertising_rate).

с2. Если (fw_rate<local_fair_rate), то извещаемую интенсивность (advertising_rate) устанавливают в локальную справедливую интенсивность (local_fair_rate). Это подобно существующему алгоритму для обработки разделения точек затора алгоритмом единственной точки затора.

с3. Если (add_rate>минимального размера пакета) или в очереди с более низким приоритетом существуют пакеты для передачи, то извещаемую интенсивность (advertising_rate) устанавливают в локальную справедливую интенсивность (local_fair_rate).

с4. Иначе извещаемую интенсивность (advertising_rate) устанавливают в принятую извещаемую интенсивность (received_advertising_rate).

d. Для обеспечения справедливого совместного использования кольца полосы пропускания каждый узел на кольце RPR передает пакеты данных с интенсивностью, не большей, чем извещаемая интенсивность, определенная на третьем этапе.

По сравнению с существующим алгоритмом равноправия в проекте стандарта 802.17 способ динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце в этом изобретении вводит интеграл для свободной интенсивности, чтобы получить 100%-ное использование полосы пропускания. (В большинстве случаев из-за правил извещения для local_fair_rate при практическом осуществлении только одна линия связи может достигнуть указанных 100%.) Новый алгоритм также исключает концепцию "состояния перегрузки", имеющуюся в существующих алгоритмах равноправия. Новый алгоритм в этом изобретении имеет следующие преимущества:

Философское преимущество:

1. В существующем алгоритме равноправия делается попытка получить справедливое распределение полосы пропускания между всеми конкурирующими станциями, только когда некоторые узлы находятся в "состоянии перегрузки".

2. В способе динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце делается попытка обеспечить 100%-ное использование линии связи на каждом сегменте. В большинстве случаев для алгоритма равноправия единственной точки затора только одна линия связи может достигнуть такого использования линии связи, что также является одной из задач алгоритма равноправия.

Алгоритмическое преимущество:

1. Состояние перегрузки: В существующем подходе каждая станция извещает "нуль", указывающий максимальную полосу пропускания, если на кольце отсутствуют точки перегрузки. Станция извещает ненулевое значение, только если она находится в состоянии перегрузки или принимает извещение с ненулевым значением. В новом подходе концепция "состояния перегрузки" отсутствует и каждая станция должна осуществлять извещение согласно алгоритму, приведенному выше, что существенно уменьшает сложность алгоритма.

2. Измерение свободной интенсивности: Задача такого измерения состоит в обеспечении 100%-ного использования полосы пропускания линии связи. Интегральный (подобный функции И контроллера PID (Пропорционального, Интегрального, Дифференциального) в теории управления) вариант свободной интенсивности способствует local_fair_rate. При существующем подходе требуется осуществлять измерение большого количества другой информации, которая не будет требоваться при новом подходе.

3. Извещаемая интенсивность: Определение advertising_rate является различным. При новом подходе станция RPR должна извещать свою local_fair_rate, если станция передает какой-либо пакет или если существует какой-либо пакет, ожидающий передачи, ограничения на local_fair_rate, меньшую, чем received_advertising_rate (правило c3 выше).

4. Локальная справедливая интенсивность (local_fair_rate): Механизм вычисления для получения local_fair_rate полностью различен в существующем алгоритме равноправия и в настоящем изобретении.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает сценарий равноправия не поглощающего и поглощающего источников, совместно использующих полосу пропускания линии связи. (Подробный возможный вариант, как и затора пар высокой/низкой полосы пропускания в Приложении I.3.7 к проекту 2.4 IEEE 802.17.)

Фиг.2 - результат моделирования возможного варианта фиг.1 при использовании агрессивного режима существующего алгоритма равноправия.

Фиг.3 - результат моделирования возможного варианта фиг.1 при использовании консервативного режима существующего алгоритма равноправия.

Фиг.4 изображает сценарий равноправия с четырьмя источниками, запрашивающими передачу пакетов FE (см. возможный вариант автостоянки, подробно описанный в Приложении I.3.1 к проекту 2.4 IEEE 802.17).

Фиг.5 - результат моделирования сценария равноправия фиг.4 при агрессивном режиме существующего алгоритма равноправия.

Фиг.6 - результат моделирования сценария равноправия Фиг.4 при консервативном режиме существующего алгоритма равноправия.

Фиг.7 - результат моделирования сценария равноправия фиг.4 при использовании способа этого изобретения.

Фиг.8 - результат моделирования сценария равноправия фиг.1 при использовании способа этого изобретения.

Фиг.9 - блок-схема для определения local_fair_rate в способе настоящего изобретения.

Фиг.10 - блок-схема для определения advertising_rate в способе настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Детальная реализация технического решения будет описана согласно чертежам. В этом изобретении раскрывается способ динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце. Способ включает в одном интервале извещения этапы, на которых

a. Измеряют значения для переменных

1) add_rate: является количеством байтов для локальных пакетов, добавленных на кольцо узлом, для равноправных пакетов;

2) total_add_rate: является общим количеством байтов для локальных пакетов, добавленных на кольцо узлом;

3) fw_rate: является количеством байтов для транзитных пакетов на кольце, для равноправных пакетов;

4) total_fw_rate: является общим количеством байтов для транзитных пакетов на кольце.

b. Задачей настоящего изобретения является обеспечение полного использования линии связи наряду с корректным распределением полосы пропускания между всеми конкурирующими станциями. Для достижения этого local_fair_rate всегда вычисляется согласно этапам (см. фиг.9), на которых

b1. Вычисляют свободную интенсивность (idle_rate) уравнением

idle_rate=link_rate-total_add_rate-total_fw_rate,

где link_rate является количеством байтов на один интервал извещения при полной интенсивности линии связи.

b2. Если idle_rate<idle_rate_threshold (idle_rate_threshold могут установить в 0,01 или даже ниже):

acc_idle=(α-1)*acc_idle/α,

иначе

acc_idle=acc_idle+idle_rate/β

acc_idle=min(acc_idle, unreserved_rate),

где acc_idle, в основном, является интегралом свободной интенсивности и его значение не превышает незарезервированную интенсивность (unreserved_rate).

b3. Вычисляют локальную справедливую интенсивность (local_fair_rate) по формуле:

local_fair_rate=(δ-1)*local_fair_rate/δ+add_rate(δ*weight)+ acc_idle/δ,

где weight является весом станции для алгоритма равноправия с взвешиванием.

c. Определение извещаемой интенсивности (advertising_rate) включает этапы (см. фиг.10), на которых

с1. Если значение принятой извещаемой интенсивности меньше значения локальной справедливой интенсивности (то есть received_advertising_rate<local_fair_rate), то значение извещаемой интенсивности (advertising_rate) устанавливают в значение принятой извещаемой интенсивности (received_advertising_rate).

с2. Если (fw_rate<local_fair_rate), то извещаемую интенсивность (advertising_rate) устанавливают в локальную справедливую интенсивность (local_fair_rate). Это подобно существующему алгоритму для обработки разделения точек затора алгоритмом единственной точки затора.

с3. Если (add_rate>минимального размера пакета) или в очереди с более низким приоритетом существуют пакеты для передачи, то извещаемую интенсивность (advertising_rate) устанавливают в локальную справедливую интенсивность (local_fair_rate).

с4. Иначе извещаемую интенсивность (advertising_rate) устанавливают в принятую извещаемую интенсивность (received_advertising_rate).

d. Для обеспечения справедливого совместного использования кольца полосы пропускания каждый узел на кольце RPR передает пакеты данных с интенсивностью, не большей, чем извещаемая интенсивность, определенная на третьем этапе.

По этому изобретению были выполнены исследования моделирования. Исследования моделирования охватывают все 8 случаев, предложенных рабочей группой IEEE 802.17 для оценки алгоритма равноправия, и межоперационное тестирование между существующим алгоритмом равноправия и этим изобретением. Здесь будет предложен выбранный результат, при этом остальная часть результатов доступна по запросу.

Сценарий (1) равноправия представляет высокую - низкую полосу пропускания:

Установку высокой - низкой полосы пропускания иллюстрирует фиг.1. Идеальным распределением полосы пропускания для узла S5 является 12.5M (более 5% из-за определенных параметров моделирования), а для узла S1 137.5M. Результат моделирования при агрессивном режиме изображен на фиг.2. При агрессивном режиме полоса пропускания, распределенная узлу S1, колеблется между 46M и 130M. Это является основной причиной введения консервативного режима существующего алгоритма равноправия. Основной проблемой в отношении консервативного режима является максимум 95%-е использование полосы пропускания, что ведет к худшей эффективности, когда все источники являются поглощающими источниками.

Фиг.3 изображает результат моделирования при консервативном режиме.

Фиг.8 изображает результат моделирования способа динамического распределения полосы пропускания линии связи на динамическом пакетном кольце.

Результаты моделирования показывают, что, как изображено на фиг.8, настоящее изобретение дает большое использование полосы пропускания. Настоящее изобретение достигает почти 100%-ного использования полосы пропускания. При сравнении с агрессивным режимом, изображенным на фиг.2, оно может исключить потери полосы пропускания.

Сценарий (2) равноправия представляет "автостоянку":

Фиг.4 изображает размещение станций и требования на трафик.

Фиг.5 - результат моделирования сценария равноправия фиг.4 при агрессивном режиме существующего алгоритма равноправия.

Фиг.6 - результат моделирования сценария равноправия фиг.4 при консервативном режиме существующего алгоритма равноправия.

Фиг.7 - результат моделирования сценария равноправия фиг.4 при использовании способа этого изобретения.

Фундаментальным требованием на распределение полосы пропускания является равноправие. По указанным результатам моделирования можно заметить, что новый алгоритм может обеспечить справедливое распределение полосы пропускания. Это могут все существующие алгоритмы равноправия. Новый алгоритм достигает использования полосы пропускания, идентичного достигаемому агрессивным режимом. Использование полосы пропускания при консервативном режиме составляет только около 90%.

1. Способ использования полосы пропускания линии связи на адаптивном пакетном кольце, основанный на равноправном распределении полосы пропускания для равноправных пакетов, отличающийся тем, что в каждом узле адаптивного пакетного кольца на одном интервале установки выполняют следующие этапы:

а. измеряют переменные данные пакетов данных,

b. вычисляют локальную справедливую скорость обмена с использованием измеренных переменных данных,

с. устанавливают извещаемую скорость обмена на основе локальной справедливой скорости обмена и извещаемой скорости обмена, принятой из нижнего узла,

d. передают пакеты данных с извещаемой скоростью обмена.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что переменные данные пакетов данных на этапе а представляют собой

a1. add_rate: является количеством байтов для равноправных локальных пакетов, добавленных на кольцо узлом,

а2. total_add_rate: является общим количеством байтов для локальных пакетов, добавленных на кольцо узлом,

а3. fw_rate: является количеством байтов для равноправных транзитных пакетов на кольце,

a4. total_fw_rate: является общим количеством байтов для транзитных пакетов на кольце.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап b включает в себя дополнительные этапы, на которых

b1. вычисляют скорость обмена в отсутствии нагрузки при помощи уравнения:

idle_rate=link_rate-total_add_rate-total_fw_rate,

где link_rate является количеством байтов в одном интервале установки при полной скорости обмена линии связи,

b2. если idle-rate меньше чем заданное пороговое значение idle-rate-threshold, причем idle-rate-threshold могут установить в 0,01 или даже ниже:

acc_idle устанавливают в значение (α-1)·acc_idle/α,

иначе

acc_idle устанавливают в значение acc_idle+idle_rate/β

и затем

acc_idle устанавливают в значение min(acc_idle, unreserved_rate),

где acc_idle, в основном, является суммарной скоростью обмена в отсутствии нагрузки, и его значение не превышает незарезервированную скорость обмена,

b3. локальную справедливую скорость обмена

local_fair_rate устанавливают в значение

(δ-1)·local_fair_rate/δ+add_rate(δ·weight)+acc_idle/δ,

где weight является весом станции для алгоритма равноправия с взвешиванием.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап с включает в себя дополнительные этапы, на которых

с1. извещаемую скорость обмена advertising_rate устанавливают в значение принятой извещаемой скорости обмена, если принятая извещаемая скорость обмена меньше локальной справедливой скорости обмена,

с2. advertising_rate устанавливают в local_fair_rate, если fw_rate меньше local fair rate,

с3. advertising_rate устанавливают в local_fair_rate, если add_rate больше минимального размера пакета или в очереди с более низким приоритетом существуют пакеты для передачи,

с4. advertising_rate устанавливают в принятую скорость обмена в ином случае.