专利名称：管理业务负荷的方法
技术领域：
本发明涉及管理网络节点的业务负荷的方法，其中网络节点接收从分组交换网络中多个短期应用流聚合的分组业务，以及涉及网络节点和计算机程序产品以执行所述方法。
背景技术：
RFC 2309描述了随机早期检测(RED)算法，它是在现有的用于处理分组业务的路由器中常用的拥塞通知算法。具体地，RED算法用于在诸如路由器或交换机的网络节点中管理业务负荷。
发明内容
本发明的目的是提供改进的网络节点的业务负荷的管理。本发明的第一个目的通过一种管理网络节点的业务负荷的方法达到，其中网络节点接收从分组交换网络中多个应用流聚合的分组业务，该方法包括a)估计分组业务的粒度为适合网络节点的传输容量B的应用流的最大数量；b)根据所估计的粒度和网络节点的业务负荷，计算丢弃概率Pd;以及c)提供所计算的丢弃概率Pd以用于拥塞控制。本发明的第二个目的通过接收从分组交换网络中多个应用流聚合的分组业务的网络节点达到，该网络节点包括控制单元，用于估计分组业务的粒度为适合网络节点的传输容量B的应用流的最大数量；根据所估计的粒度和网络节点的业务负荷，计算丢弃概率Pd ；以及提供所计算的丢弃概率Pd以用于拥塞控制。本发明的第三个目的通过一种用于管理网络节点的业务负荷的计算机程序产品达到，其中网络节点接收从分组交换网络中多个应用流聚合的分组业务，该计算机程序产品在被网络节点执行时执行以下步骤估计分组业务的粒度为适合网络节点的传输容量B的应用流的最大数量；根据所估计的粒度和网络节点的业务负荷，计算丢弃概率Pd ；以及提供所计算的丢弃概率Pd以用于拥塞控制。应用流是并发应用流，即，其生命周期彼此重叠的应用流。网络节点是在端点之间 (例如在源和目的地之间)的分组业务传输中的中间节点。网络节点代表源与目的地之间的传输能力。网络节点接收分组业务以处理分组，例如用于路由。作为分组业务的传输装置，网络节点具有一定的传输容量B。如果网络节点是路由器或交换机，则网络节点的传输容量受到分组分别通过路由器或交换机而被路由或交换的速率的限制。如果网络节点是传输链路，或者更准确地，是链路的进入点，则传输容量仅仅是链路的传输速度。如果分组业务量是零，则由网络节点表示的链路的负荷，即链路负荷，也在零，即，在它的最小值。如果分组业务量等于传输容量，则网络节点的链路负荷在1，即它的最大值。如果分组业务量大于传输容量，则链路负荷大于1，即，网络节点过载。分组业务从多个短期应用流中复用。由于本发明基于统计方法，因此，本方法为统计上有效数量的并发应用流更好地工作。尽管在所考虑的时标(time scale)上涉及多个应用流，但应当指出，在某一时间点，只有一个或几个应用流的分组可以到达网络节点。术语“短期”意味着应用流的持续时间是有限长的，优选地，至少比拥塞控制所涉及的系统(例如网络节点)的通常服务时间短得多。特定应用流代表终端用户应用的通信事件。其以比特率、大小和/或持续时间表征。应用流被例如通过基于分组的聚合网络而连接到所述节点的大量终端用户随机地发起并彼此独立。并发应用流的平均数量和平均比特率被称为分组业务的粒度，即，已被启动但在指定时刻还未结束的应用流的数量。为了能够吸收临时的高分组负荷，优选地，网络节点包括缓冲器，即队列，其中新到达的进入分组被缓冲，直到轮到它被处理。如果缓冲器在指定时刻已满，则进入分组不能被缓冲，而必须被丢弃，即分组丢失。在像以太网/IP的无连接分组传输网络中，在这些网络中广泛使用的拥塞缓解是弹性业务的概念(IP=因特网协议)。业务源被通知有关拥塞状况以及降低当前发送速率的要求。在本发明的说明中，术语“当前”是指包括现在时间的时间段，优选地，是从现在时间点开始并包括现在时间点、并持续预定的非零时间间隔的时间段，或者是在现在时间点结束并包括现在时间点、并持续预定的非零时间间隔的时间段。理想地，这导致接近于 100%资源利用和忽略不计的低损失的平衡，其中所有源得到公平的份额。在实践中，最流行的弹性业务实现是TCP协议(TCP =传输控制协议)。TCP跟踪分组到达连接端点，以用于重新传输丢失的分组。同时，所记录的分组丢失被解释为隐式拥塞通知。因此，正确的TCP 实现降低其发送速率。本发明的实施例可用于以溢出成为罕见的例外的方式管理弹性业务 (例如TCP)。本发明的实施例提供可安装在现有的TCP/IP网络中的路由或交换节点的可配置特征。好处是更平滑的TCP连接流，更大地降低队列抖动，更小的缓冲器。本发明的实施例在符合TCP协议的分组传输设备(例如路由器或交换机)中提供拥塞处理。上述的由于中间路由器或交换机中的分组丢弃而导致的隐式拥塞通知可通过特定的丢弃策略实现。简单的实现是将缓冲器看作简单的FIF0(FIF0 =先进先出)，其中只要分组到达但缓冲器已满，分组丢弃就发生。根据哪个分组被丢弃，可以区别分类为尾丢弃策略、头丢弃策略或随机丢弃策略。不幸的是，这些上述的简单溢出丢弃策略具有一些严重的缺点存在所谓全局同步的危险，即，所有受影响的连接同步地降低和重建它们的发送速率，其结果是交替过载周期和利用不足周期。第二，存在不公平的资源分配的可能性。这种缺陷的根本原因极有可能是在缓冲器溢出时类似突发的分组丢失的聚集，而这与普遍接受的TCP理论中随机分布的分组丢失的假定相反。对上述问题的已建立并实施的缓解是已建立的随机早期检测算法。不同于在当前缓冲器溢出时的简单的随机丢弃，RED依赖于平均队列大小。在分组交换机中的平均队列大小被用作危险过载的早期指示。如果平均队列大小超过接近缓冲器满状态的某个阈值，则启动随机分组丢弃以及早通知TCP端点将会出现过载，理想地，在确实的缓冲器溢出发生之前。该过程将避免危险的分组丢失的突发。本发明的实施例提供对RED的扩展。RED算法计算平均队列大小，作为控制度量。最近的研究表明该测量表明溢出状况在时间上的比例，而非想要的稳态队列大小。缓冲器填充通常在“接近空”和“几乎满”之间交替，其中强调“接近空”，而且位于这两者之间的某处是低概率(在两个拐点之间只是瞬态)。从这点来看，在RED中使用的“平均队列大小”更确切地是表明溢出状况在时间上的比例的人工测量。换句话说，RED中稳态队列大小的假定是无效的。RED在实践中确实起作用，但它没有真正防止具有所有不利结果(聚集的分组丢失，大的队列抖动等)的缓冲器溢出。另外，RED对缓存器的尺寸带来了额外负担，这对于特定转发过程是不需要的，而仅被误用为负荷测量设备。尽管RED通常由缓冲器溢出触发，但本发明是指对RED的替换，其不取决于缓冲器溢出。本发明的实施例提供平滑流畅的TCP连接，更好的资源利用，更少的抖动。本发明的实施例实现降低的缓冲器空间要求，以及服务的共存而无需繁琐的分类/优先级排序。 相对于RFC 2309，本发明的实施例提供了拥塞通知在时间上更好地扩散。本发明的实施例避免成群的丢失对TCP和更高(应用)层的重大影响。一个简单的避免RED的上述缺点的想法是只将拥塞通知链接到当前业务负荷。如果在特定的网络设备中，平均负荷正接近容量极限，则随机丢弃可通过在端点处的TCP发射器启动负荷降低。该简单方法不能起作用的关键点是在指定容量下的可容忍负荷取决于业务的易失性(volatility)，其显然不是在时间和所有类型的网络上都相同。相对于现有的方法，本发明考虑了业务的易失性。本发明在新的分组传输网络示例中提出，其中对于许多不同的服务可达到服务质量，而无需繁琐的分类和优先权排序方案。提出本发明的整个思想是以过载仅在极其例外的情况下发生的方式统计地管理业务。所提出的发明根据当前业务负荷和业务易失性确定丢弃概率。不同于在RED中， 根据本发明的实施例确定的丢弃概率并不取决于缓冲器负荷状况。根据本发明的实施例确定的丢弃概率独立于缓冲器空间而进行计算。因此，缓冲器溢出可以被极大地避免，具有平滑分布的丢失(TCP友好的)和低的队列抖动的好处。作为副作用，缓冲器空间被保持得小。在理论上，分组业务的粒度也可以通过查看分组协议确定，例如，分组的源和目的地地址。然而，这将要求所有中间网络节点中的状态全连接跟踪，而这是绑定多个资源并要求大量数据比较的费时过程。其它优点通过由从属权利要求限定的本发明的实施例获得。步骤b)可以包括以下步骤假定平均为A个应用流的分组业务包括k个应用流的概率服从泊松(Poisson)分布P(k) = A1VVk ！；计算溢出概率Pov为k > N时概率P(k) 的和，其中N是所估计的业务量小于网络节点的容量B的并发应用流的最大数量；假定丢弃概率Pd小于溢出概率P。v。N是所估计的业务量小于网络节点的容量B的应用流的最大数量。根据美国新泽西州Murray Hill的阿尔卡特朗讯贝尔实验室的Lautenschlager W.和Frohberg W.在2008年9月28日至10月2日在布达佩斯举行的第13届国际电信网络战略和规划研讨会2008(简称网络2008)上公开的“在基于分组的聚合网络中的带宽计算”(ISBN :978-963-8111-68-5，第 1-18 页，可从 http //ieeexplore. ieee. org/ 获取)，业务的易失性主要取决于组成当前业务负荷的并发应用流的数量。如果指定负荷由大量的窄应用流创建，则它的波动低。使特定传输容量过载将需要大量的附加流(其不可能发生)。 在相反情况下，即较少数量的超大应用流，则所期望的波动高。即使单个附加应用流也会使链路过载，其可在任何时候发生。这种效果在数学上说明如下在具有随机发生并发应用流的系统中，当前的流数量的概率分布服从泊松分布
权利要求
1.一种管理网络节点(2)的业务负荷的方法，其中所述网络节点(2)接收从分组交换网络(100)中多个应用流聚合的分组业务，所述方法包括以下步骤a)估计所述分组业务的粒度为适合所述网络节点(2)的传输容量B的应用流的最大数量；b)根据所估计的粒度和所述网络节点(2)的业务负荷，计算丢弃概率Pd;以及c)提供所计算的丢弃概率Pd以用于拥塞控制； 其特征在于，所述步骤a)包括以下步骤确定容量利用率χ为所述网络节点(2)的业务负荷对所述传输容量B的时间平均比率，其中，0 < χ < 1，并且所述时间平均基于第一时标；确定所述容量利用率χ的时间平均值Hi1和所述容量利用率χ的平方χ2的时间平均值 m2，其中，所述时间平均基于比所述第一时标长的第二时标；以及计算N = Hi1/(Hi2-Oii1)2)为所估计的适合所述网络节点(2)的传输容量B的应用流的最大数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时标与所述网络节点(2)的缓冲器保持时间相当。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时标在从500微秒到100毫秒的范围内，优选地，在从1毫秒至10毫秒的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二时标大于1秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二时标比所述第一时标大至少100倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包括以下步骤假定平均为A个应用流的分组业务包括k个应用流的概率P (k)服从泊松分布P (k)= A1VVk ！；计算溢出概率P。v*k>N时概率P(k)的和，其中，N是适合所述网络节点⑵的传输容量B的应用流的最大数量；以及假定所述丢弃概率Pd小于所述溢出概率P。v。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 根据所计算的丢弃概率Pd，丢弃和/或标记正接收的所述分组业务的分组。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 根据所计算的丢弃概率Pd，启动拥塞通知。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 由所述拥塞通知触发降低所述分组业务的速率。
10.一种网络节点(2)，其接收从分组交换网络(100)中多个应用流聚合的分组业务， 所述网络节点(2)包括控制单元(4)，其用于估计所述分组业务的粒度为适合所述网络节点(2)的传输容量B的应用流的最大数量；根据所估计的粒度和所述网络节点(2)的业务负荷，计算丢弃概率Pd ；以及提供所计算的丢弃概率Pd以用于拥塞控制；其特征在于，对于所述估计所述分组业务的粒度，所述控制单元(4)进一步用于 确定容量利用率χ为所述网络节点(2)的业务负荷对所述传输容量B的时间平均比率，其中，0 < χ < 1，并且所述时间平均基于第一时标；确定所述容量利用率χ的时间平均值Hl1和所述容量利用率X的平方X2的时间平均值 m2，其中，所述时间平均基于比所述第一时标长的第二时标；以及计算N = HI1/(Hi2-Oii1)2)为所估计的适合所述网络节点(2)的传输容量B的应用流的最大数量。
11. 一种用于管理网络节点(2)的业务负荷的计算机程序产品，其中，所述网络节点接收从分组交换网络(100)中多个应用流聚合的分组业务，所述计算机程序产品在被所述网络节点(2)执行时执行以下步骤a)估计所述分组业务的粒度为适合所述网络节点(2)的传输容量B的应用流的最大数量；b)根据所估计的粒度和所述网络节点(2)的业务负荷，计算丢弃概率Pd;以及c)提供所计算的丢弃概率Pd以用于拥塞控制； 其特征在于，所述步骤a)包括以下步骤确定容量利用率χ为所述网络节点(2)的业务负荷对所述传输容量B的时间平均比率，其中OSxS 1，并且所述时间平均基于第一时标；确定所述容量利用率χ的时间平均值Hi1和所述容量利用率χ的平方χ2的时间平均值 m2，其中，所述时间平均基于比所述第一时标长的第二时标；以及计算N = Hi1/(Hi2-Oii1)2)作为所估计的适合所述网络节点(2)的传输容量B的应用流的最大数量。
全文摘要
本发明涉及一种管理网络节点(2)的业务负荷的方法以及网络节点(2)和计算机程序产品以执行该方法。网络节点(2)接收从分组交换网络(100)中一个或多个并发应用流聚合的分组业务。一个或多个并发应用流的数量被估计为分组业务的粒度。根据所估计的粒度和网络节点(2)的当前业务负荷，计算丢弃概率Pd。所计算的丢弃概率Pd被提供用于拥塞控制。
文档编号H04L12/56GK102461093SQ201080027596
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月29日 优先权日2009年6月29日
发明者W·劳藤施雷格尔 申请人:阿尔卡特朗讯公司