一种具有自适应功能的优化数据帧聚合的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数据网络中的数据帖聚合处理，具体设及一种在数据网络中，采用帖 聚合算法，实现最大化吞吐量和最小化延迟的最优均衡方法。
【背景技术】
[0002] 数据网络中的帖聚合方法，通过降低协议开销来提高吞吐量。然而，由于数据帖在 被组装成一个聚合帖前，必须在缓冲区内等待其他数据帖，然后一同被组装成一个聚合帖， 其中，数据帖等待其他数据帖的过程中就产生了延迟，组装好的聚合帖的尺寸也就是一次 数据传输的吞吐量。因此吞吐量的提升同时伴随着延迟的提升。也就是说，吞吐量和延迟在 网络性能中是对立面。
[0003] 通常，在现代网络中，网络流量负载是由许多对网络性能要求差异很大的不同类 型的应用组合而成的（比如不同的应用，其数据帖大小和数据帖到达缓冲区的时间一般是 不同且随机的），但是现有的先进先出选择策略(FIFO)和最小尺寸先出选择策略(SSFS)并 没有考虑到运一特性。
[0004] 先进先出选择策略(FIFO)提供了最简单的帖选择策略，因此常被用作基准算法。 其中所有的数据帖都根据到达时间进行聚合，并不会启用选择窗口。图1展示了FIFO中不同 参数之间的相互作用。因为FIFO聚合数据帖是基于数据帖的到达时间，因此平均延迟随着 平均帖间到达时间的减少而降低。而每一个聚合帖的平均子帖数量会随着已到达数据帖的 平均大小减小而增多。FIFO希望能聚合更多数据帖到一个聚合帖中，W便于到达目标聚合 帖大小。
[0005] 在最小尺寸先出选择策略（SSFS)中，所有数据帖都按照它们的大小来聚合，同样 不启用选择窗口。55!^的目标就是实现聚合帖中子帖数量的最大化。然而由于运个算法会 经常试图去等待一个最小尺寸的帖到达，就导致了很大的延迟。图2展示了 SSFS中各参数间 的相互作用。当数据帖间平均到达时间降低时，缓冲区内就有了更多可供选择的小尺寸数 据帖，运样就能组装出一个由许多小尺寸数据帖组装而成的聚合帖，因此聚合帖中平均子 帖数目会增加。平均数据帖大小的降低导致了聚合帖中平均子帖数量的增加，因为它要求 更多的数据帖，W达到聚合分组的目标大小。
[0006] 所W通常情况下，现有技术并不会尝试去达到吞吐量和延迟之间的最优均衡，而 只能对单一度量进行最优化，运样并不能同时实现对不同流量类型应用的网络性能优化。
【发明内容】
[0007] 本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，公开了一种可W动态最佳均衡最 大化吞吐量和最小化延迟之间需求的聚合数据帖的方法，本发明通过反馈环路，能动态地 对因数据帖大小和数据帖达到缓冲区时间的不同产生相应的响应，在最短的时间组装最大 容量的聚合帖。
[000引本发明的一种具有自适应功能的优化数据帖聚合的方法，包括下列步骤：
[0009] 步骤I:从输入队列中选取最靠前的数据帖作为当前聚合帖的第一个子数据帖并 放入输出队列中，同时启动等待计时器，其中输入队列用于基于先进先出的方式接收到达 的数据帖；
[0010] 步骤2:判断第一个子数据帖的大小是否小于第一阔值，若是，则执行步骤3;否则 执行步骤7;
[0011] 步骤3:判断等待计时器是否小于第二阔值，若是，则执行步骤4;否则执行步骤7;
[0012] 步骤4:判断当前输入队列的数据帖的数目K是否小于选择窗口的大小N，若是，贝U 执行步骤6;否则，执行步骤5;
[0013] 步骤5:从输入队列中选择当前聚合帖的最优子数据帖:从输入队列中查找最小数 据帖，若同时存在两个及W上的最小数据帖，则选择输入队列中最靠前的最小数据帖作为 最优子数据帖，否则直接将所查找的最小数据帖作为最优子数据帖；
[0014] 将输出队列中的所有子数据帖大小与当前最优子数据帖的大小求和并与第一阔 值进行对比，若大于第一阔值，则执行步骤7;若等于第一阔值，则将当前最优子数据帖放入 输出队列中，再执行步骤7;若小于第一阔值，则将当前最优子数据帖放入输出队列中，并判 断等待计时器是否小于第二阔值，若是，则执行步骤4;否则执行步骤7;
[0015] 步骤6:检测是否还有数据帖到达输入队列，若是，则基于数据帖的到达情况更新K 的取值，并执行步骤4;否则判断等待计时器是否小于第二阔值，若小于，则继续执行步骤6; 若大于或等于，则执行步骤5;
[0016] 步骤7:将当前输出队列中的所有子数据帖聚合为当前聚合帖并传输，同时记录当 前聚合帖的子数据帖数量n，当接收到当前聚合帖的传输应答帖时，取对应当前聚合帖的等 待计时器的计时值为当前聚合帖的聚合帖延迟t并记录；
[0017] 步骤8:基于当前聚合帖与上一个聚合帖的子数据帖数量的差An、当前聚合帖与 上一个聚合帖的聚合帖延迟的差A t调整选择窗口的大小N的取值后，执行步骤1;
[0018] 其中N的初始值为预设值，调整N的取值为：
[0019] 若An大于0,且At大于或等于0,则N的值保持不变；
[0020] 若A n大于0，且A t小于0，贝阳的值加1;
[0021 ] 若A n等于0，且A t小于0，则N的值保持不变；
[0022] 若A n和A t均小于0,则N的值保持不变；
[002引若An小于0,且A t大于或等于0,当N的当前值大于1时，N的值减1;当N的当前值等 于1时，N的值保持为1;
[0024] 若A n和A t均等于0,当N的当前值大于1时，N的值减1;当N的当前值等于1时，N的 值保持为1。
[0025] 由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:本发明基于动态反馈环路优化 选择窗口的大小N，使其能更好地聚合到达的数据帖，并允许其对流量的变化做出快速地响 应，优化吞吐量的同时减少了延迟，在实现了吞吐量最大化的同时还保证了延迟最小化。
【附图说明】
[0026] 图1是现有的FIFO处理流程图；
[0027] 图2是现有的SSFS处理流程图；
[0028] 图3是本发明的实现系统结构示意图；
[0029] 图4是本发明选择数据帖进行聚合的示意图；
[0030] 图5是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发 明作进一步地详细描述。
[0032] W拥有众多不同流量类型的无线网络环境为例，参照图3,实现本发明的系统包括 =个处理模块:帖聚合处理模块，通过可调聚合方法(AAA，也可表示为A 3)从所输入的数据 帖中选取一个数据帖进行聚合处理，并将最终选取完成的数据帖组装成一个聚合帖。即从 输入队列中的选择窗口中选取一个数据帖进行聚合(选择窗口的大小N可调整）；聚合帖分 析模块，即聚合帖分析器(APA)，其用于分析聚合帖中子数据帖的数量nW及组装聚合帖所 产生的延迟t;聚合帖优化模块，通过聚合调谐方法(ATA)，其基于聚合帖分析器(APA)输出 的分析结果，动态地调整可调聚合方法(A 3)中所设及的选择窗口的大小，即基于当前聚合 帖与上一个聚合帖的子数据帖数量的差An、当前聚合帖与上一个聚合帖的聚合帖延迟的 差A t调整选择窗口的大小N的取值。
[0033] 聚合调谐方法(ATA)包括两个由用户输入的参数，第一个是聚合帖的大小阔值Tl, W下简称目标大小，第二个是延迟阔值T2, W下简称最大可接受延迟。
[0034] 可调聚合方法(A3)从输入队列的选择窗口中选取数据帖作为当前聚合帖的子数 据帖，并将所选择的所有子数据帖组装为聚合帖。其设及两个队列：用于接收到达的数据帖 的输入队列；用于容纳被选择窗口选取的所有子数据帖的输出队列。参照图4,数据帖从输 入队列中被选取并移动到输出队列中。在图4的例子中，输入队列中有超过7个数据帖，而可 调聚合方法选取了其中的4个数据帖(数据帖7、6、4、1)作为当前聚合帖的子数据帖，并将其 移动到输出队列。在完成上述选取工作后，判断输出队列中的各子数据帖总大小是否达到 目标大小，若是，则将输出队列中的所有子数据帖聚合为一个聚合帖，并开始传输，即实现 对输出队列的数据帖输出。
[0035] 聚合帖分析器(APA)被用来分析聚合帖的子数据帖数量n和聚合帖的聚合帖延迟 t，W确定下一个聚合帖的选择窗口大小。聚合帖的延迟t包括两部分:第一个子数据帖从到 达输入队列到在输出队列中组装的等待延迟，W及被选取的分组从被组装为聚合帖到收到 确认字符(ACK)之间的传输延迟。
[0036] 聚合帖分析器(APA)分析当前聚合帖与上一个聚合帖，W确定下一个聚合帖的N值 时，本实施方式采用寄存器来存储数据，每个寄存器有两个成员，一个是用于记录子数据帖 数目的计数器，另一个是用于记录聚合帖延迟的定时器。当被选择的子数据帖(第一个子数 据帖、最优子数据帖)被移动到输出缓冲器(用于保存输出队列)时，计数器的值增加1。当第 一个子数据帖被移动到输出缓冲器时，启动定时器