专利名称：基于数据包到达间隔滤波的业务源整形方法
技术领域：
本发明涉及移动通信组网方法体系中的业务整形技术领域，具体涉及一种基于数据包到达间隔滤波的业务源整形方法。
背景技术：
移动网络就是节点移动的网络，由于节点的移动引入了网络拓扑结构的不确定性，从而提高了业务到达的突发度和数据流的突发度，为移动网络的组网以及网络协议和系统设计带来了新的技术难度。业务整形是网络方法体系业务处理的主要内容之一，是在业务进入网络以前和业务进入某节点以前，对到达业务的聚合流进行处理，以改变业务的统计特征。到达业务的突发度越低，节点状态越平稳，从而网络效率越高。整形方法分两类到达业务处理和到达业务前处理。到达业务处理是指对到达业务的数据流进行某种处理，以降低业务流的突发度， 称之为被动整形方法。业务到达前处理是指对业务到达的申请过程进行处理，以降低业务到达的突发度，从而降低业务数据流的突发度。这类方法的主要整形对象是持续时间较长的业务，如IP电话、视频会议等。它们的一个共同特点是业务持续时间较长，可以将业务接入过程分为业务申请过程和业务接入过程，业务申请过程不会过多消耗网络资源，申请过程延时也可以较长，而对传输过程的延时要求高。可以对业务申请过程进行处理，在不影响业务传输过程的同时降低业务聚合流的突发度。将此类方法称为主动整形方法。由于主动整形方法不影响数据传输过程，它可以与其它被动整形方法结合，共同完成业务整形，以提高整形效果。目前已有为ATM网络设计的基于RC滤波器的业务整形器。这种业务整形器引入了一种与漏桶整形(LB)完全不同的概念。RC业务整形器是在RC滤波器可以对电流进行整形理论即低通滤波理论基础上提出的。该方法通过滤波器方法平滑每个单位时间内的数据包个数，可以使输出速率随着输入速率变化而相应的变化。该方法主要有两个不足之处。 一个是在整形过程中，由于平滑对象是单位时间内到达的数据包个数，需要对到达的数据包进行一定量的缓存，且需要缓存的长度一般大于10个数据包。因此会对每个数据包都引入一个固定延时Be/Xin(其中Bc是需要的缓存大小，λ in是平均业务到达率)。所以延时比较长。另外，该方法在实现中需要知道到达业务流的峰值速率才能设计合适的整形器，因此实现比较困难。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明所要解决的技术问题是解决传统被动整形方法中延时较长和实现困难的问题。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数据包到达间隔滤波的业务源整形方法，包括以下步骤Si、假设业务源各个数据包的到达时间{ τ nin :n = 0，1，2，. . . }用一个随机过程描述，先统计前L个数据包的平均到达时间间隔，作为数据包平均到达时间间隔T的取值，得到T后，认为传输开始，τ:表示第n个数据包的到达时间；S2、传输开始时，设置记录最近一个数据包到达时间的计时器Timer为0，并设置前k-1个初始到达间隔为{T，T，. . .，T}，其中k为低通滤波器的抽头系数；S3、如果有数据到达，先使数据进入缓存器，如果数据包未进入缓存器，缓存器为空，则触发计时器Timer开始计时，如果经过最小缓存时长Tw，下一个数据包仍没有到达， 则将缓存器中的数据包发送出去，并认为一次新的传输开始，返回执行步骤S2，如果在Tw 时间内有新数据包到达，则将后续数据包的到达时间间隔依次放入第i个数据包与第i_l 个数据包的到达时间间隔序列{ ΧΓ Z=I,2,…丨中，并与低通滤波器系统函数Η(ω)进行卷积运算，将得到的输出依次放入第i个数据包与第i_l个数据包的输出时间间隔序列 {Xiut ι=\,2,-},同时每统计到连续L个数据包的到达时间间隔的均值，就用该均值更新 T的值；S4、当计时器Timer的数值达到Tw时，输出调度机开始按照输出间隔序列依次将数据包输出，每输出一个数据包，分别将该数据包从对应的输入、输出时间间隔序列中清除，同时输出调度机指向下一个待输出的数据包，在此过程中新到达的数据包仍依次进入缓存器；S5、如果缓存器为空，则返回执行步骤S2。优选地，所述滤波器为低通滤波器。优选地，所述低通滤波器为因果系统。优选地，所述卷积运算与数据包进入缓存器的缓存过程并行进行。优选地，步骤S4中，在所述缓存器至少存储了 2个数据包后输出调度机才触发缓存器队首的数据包输出。(三)有益效果和RC业务整形器相比，本发明基于包间隔滤波的整形工作在时域范围，平滑的对象是数据包到达的时间间隔。对IFSA方法的性能分析与仿真结果表明IFSA在三个方面性能比较突出，首先，该方法具有低延时特性(大约有几个数据包的延时)；其次，该方法具有实时特性；第三，该方法实现时不需要对业务特性进行预测，可实现性好。
图1是本发明实施例的方法流程图；图2是本发明实施例的方法实现装置结构框图。
具体实施例方式下面对于本发明所提出的一种基于数据包到达间隔滤波的业务源整形方法，结合附图和实施例详细说明。如图1所示，本发明的基于数据包到达间隔滤波的业务整形方法anterval Filter Shaping Algorithm，简称IFSA)。和RC业务整形器相比，基于包间隔滤波的整形工作在时域范围，平滑的对象是数据包到达的间隔。对IFSA方法的性能分析与仿真结果表明IFSA在三个方面性能比较突出。首先，该方法具有低延时特性(大约有几个数据包的延时)；其次，该方法具有实时特性；第三，该方法实现时不需要对业务特性进行预测，可实现性好。方法描述如下1.1.1符号说明(1) λ (packets/s)数据包的平均到达率(2)T(s/packet)数据包平均到达时间间隔T = 1/ λ(3) B (packets)缓存器长度(4)hi; . . .，hk 离散低通滤波器(LPF)的抽头系数，其中k是抽头个数(5)H(GJ)LPF 的频域响应(6) r/w第i个数据包的到达时间(7) Γ广第i个数据包的输出时间(8) Χ，第i个数据包与第i_l个数据包的到达时间间隔X/"= τΓ - TiJn(9) Π i个数据包与第i_l个数据包的输出时间间隔X10"'= Τ""' - Ti."11'(IO)Timer 记录最近一个数据包到达时间的计时器1. 1. 2突发度的定义假设业务源各个数据包的到达时间{>nin:n = 0,1,2, ...}(其中，η = 0，1， 2，...表示η为大于或等于0的整数)可以用一个随机过程描述，则各个数据包到达的时间间隔构成序列{Xn, |Xn,= TiZn-Ti^1iW = 1，2，...}也是一个随机过程，而且业务源的到达时间可以由此序列得到。因此，也可以用数据包到达时间间隔序列描述一个业务源。 业务源的突发度是用来表征业务源到达速率变化程度或数据包到达时间间隔变化程度的一个参量。不同的文章对突发度都有不同的定义，主要有以下几种a.简单描述β =峰值速率/平均速率
Var(X)b.方差系数广=
h
Vrc.扩散系数人=
E\X)
Var(XM+... + Xi+n)
nE\X)简单描述不能提供峰值速率出现的频率、持续时间及数据包相关性等足够的信息。方差系数C能够描述业务量的变化，一般认为方差系数大于1的信源为突发信源，它的缺点是不能用于反映相邻数据包的相关性。扩散系数可以得到数据包的相关性，但是此定义使分析比较复杂。从以上三种突发性描述可以看出，改变峰值速率、数据包间隔的方差都可以减小业务源的突发度。考虑分析的精确度和复杂度，采用方差系数来描述突发度，这也是常用的一种描述方法。1.1. 3IFSA 方法描述IFSA由整形器和调度器实现。整形器由输入缓存器和低通滤波器(LPF)组成。IFSA的实现结构图如图2所示。图中ω^是低通滤波器的截止频率。假设数据包包长相同， 且无数据包丢失，IFSA方法描述如下。数据包到达后，首先进入输入缓存器。计时器Timer记录每个数据包的到达时间 τ Γ ,并获得数据包到达时间间隔序列:Ζ+=1,2,...丨。以Pf M乍为低通滤波器的输入序列，相应的输出序列就是数据包输出时间间隔序列ζ=ι,2,...丨,其中不-是第i个数据包和第i+l个数据包的输出时间间隔，输出调度就按照该间隔调度输出。第i个数据包
的调度输出时间为=Ii^Ti。
k=\1. 1. 4IFSA方法实现方案为了更好地理解方法实现，先进行以下说明。在方法实现中，序列 {Xiaut:户1,2,...} (i = 1，2，· · ·，表示i为大于或等于1的整数)是由Pf :z+=l,2,...}和低通滤波器的系统函数Η(ω)卷积得到的。此卷积过程可以和输入的缓存过程并行进行。 由于该系统是一个因果系统，即有输入才能有输出，因此，在有数据到达时需要缓存一定数量的数据包，才能够按照输出序列对数据包输出进行调度。以基本缓存量N作为触发输出的最小缓存数据包数目，则N的最小值为2，即缓存器至少存储了 2个数据包后才能触发缓存器队首的数据包输出。在实现中用基本缓存时长替代基本缓存量，则最小缓存时长Tw = NT的最小值为min{Tw} = 2T。其中T为数据包平均到达时间间隔。在实现过程中T通过对L个连续数据包的到达时间间隔统计平均得到(仿真实验中L = 10)。因为输入序列经低通滤波器需要经过一定时间才能得到稳定的输出，为了加快稳定，在传输开始时，假设已经有k-Ι个输入，且输入时间间隔均为T。另外，在实现中，缓冲器为空即表示一次传输结束，同时等待下一次传输的开始。IFSA具体步骤如下Sl 系统初始化过程先统计前L个数据包的平均时间间隔，作为T的取值。对这 L个包不作平滑，得到T后，认为传输开始。S2 传输开始时，设置Timer = 0，并设定前k_l个初始到达间隔为{T，T，· · ·，T}。S3 如果有数据到达，先进入缓存器。如果数据包未进入缓存器，缓存器为空，则触发计时器开始计时。如果经过Tw时间下一个数据包仍没有到达，则将缓存器中的数据包发送出去，并认为一次新的传输开始，返回执行步骤S2。如果在Tw时间内有新数据包到达，就将后续数据包的到达间隔依次放入时间间隔序列丨Af: Z=I,2,...丨,并与滤波器系数进行卷积运算，将得到的输出依次放入输出间隔时间序列{Xiut-. I=IX...丨。同时每统计到连续L个数据包的到达时间间隔的均值，就用该均值更新T的值。S4 当Timer = Tw时，输出调度机开始按照输出间隔序列依次将数据包输出。每输出一个数据包，分别将该数据包从对应的输入、输出间隔序列中清除，同时输出调度指向下一个待输出的数据包。在此过程(指步骤S4的过程)中新到达的数据包仍依次进入缓存器。S5 如果缓存器为空，则返回执行步骤S2。由以上实施例可以看出，和现有的RC业务整形器相比，本发明基于包间隔滤波的整形工作在时域范围，平滑的对象是数据包到达的时间间隔。对IFSA的性能分析与仿真结
6果表明，IFSA在三个方面性能比较突出，首先，该方法具有低延时特性(大约有几个数据包的延时)；其次，该方法具有实时特性；第三，该方法实现时不需要对业务特性进行预测，可实现性好。 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种基于数据包到达间隔滤波的业务源整形方法，其特征在于，包括以下步骤s1、假设业务源各个数据包的到达时间{τ:;η= 0，1，2，. . . }用一个随机过程描述， 先统计前L个数据包的平均到达时间间隔，作为数据包平均到达时间间隔T的取值，得到T 后，认为传输开始，τ:表示第η个数据包的到达时间；s2、传输开始时，设置记录最近一个数据包到达时间的计时器Timer为0，并设置前k_l 个数据包的初始到达时间间隔为{T，T，. . .，T}，其中k为滤波器的抽头系数；s3、如果有数据包到达，先使数据包进入缓存器，如果数据包未进入缓存器，缓存器为空，则触发计时器Timer开始计时，如果经过最小缓存时长Tw，下一个数据包仍没有到达， 则将缓存器中的数据包发送出去，并认为一次新的传输开始，返回执行步骤S2，如果在Tw 时间内有新数据包到达，则将后续数据包的到达时间间隔依次放入第i个数据包与第i_l 个数据包的到达时间间隔序列{ ΧΓ Z=I,2,…丨中，并与滤波器的系统函数Η(ω)进行卷积运算，将得到的输出依次放入第i个数据包与第i_l个数据包的输出时间间隔序列 {ΧΓ1·. Z=I,2,...丨中，同时每统计到连续L个数据包的到达时间间隔的均值，就用该均值更新T的值；s4、当计时器Timer数值达到Tw时，输出调度机开始按照输出时间间隔序列依次将数据包输出，每输出一个数据包，分别将输出的数据包从对应的输入、输出时间间隔序列中清除，同时输出调度机指向下一个待输出的数据包，在此过程中新到达的数据包仍依次进入缓存器；s5、当缓存器为空时，则返回执行步骤S2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低通滤波器为因果系统。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卷积运算与数据包进入缓存器的缓存过程并行进行。
5.如权利要求1 4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤S4中，在所述缓存器至少存储了 2个数据包后输出调度机才触发缓存器队首的数据包输出。
全文摘要
本发明涉及移动通信组网方法体系中的业务整形技术领域，公开了一种基于数据包到达间隔滤波的业务源整形方法，本发明基于包间隔滤波的整形工作在时域范围，平滑的对象是数据包到达的时间间隔。对IFSA方法的性能分析与仿真结果表明IFSA在三个方面性能比较突出，首先，该方法具有低延时特性(大约有几个数据包的延时)；其次，该方法具有实时特性；第三，该方法实现时不需要对业务特性进行预测，可实现性好。
文档编号H04L12/56GK102420747SQ20111036604
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者宁永忠, 李涛, 王毓晗, 马正新 申请人:北京中科国信科技股份有限公司, 清华大学