專利名稱：：一種彈性分組環上節點帶寬公平分配的方法及系統的制作方法
技術領域：
：本發明涉及城域網絡的彈性分組環(RPR，ResilientPacketRing)網絡資源的公平分配技術，尤其涉及RPR上對各節點實現帶寬的公平分配方法。
背景技術：
：RPR是一種新型的城域網絡技術，能夠優化當前城域網絡上分組數據業務傳輸。彈性分組環網技術融合了千兆以太網的經濟性、靈活性及可擴展性等特點，同時也吸收了同步數字體系(SDH,SynchronousDigitalHierarchy)或同步光網絡(SONET,SynchronousOpticalNetwork)50ms快速保護的優占彈性分組環研究了一種為城域網絡數據傳輸而優化的新的介質存取控制(MAC,MediaAccessControl)協議，具有共享介質傳輸、自動拓樸發現、空間重用以及公平的動態帶寬管理等特性，能夠實現網絡故障保護時的彈性功能。彈性分組環采用雙纖反向光纖傳輸環的拓樸結構，兩根光纖上可以分別以順、逆時針方向同時傳輸數據或控制分組。彈性分組環運行時在一條光纖上既可以發送數據，同時也可以傳輸同向控制信號而不依賴于反向光纖，因此彈性分組環的內外兩根光纖都可以同時傳輸數據或控制信號，使利用率有所提高。彈性分組環中采用的空間重用技術可以提高整個環網的利用效率，而公平性與動態帶寬分配特性能夠保證彈性分組環中的節點公平地共享整個環網的帶寬資源。通過自動拓樸發現、環網帶寬的公平分配以及可靠地保護倒換技術的協同作用，彈性分組環能夠智能化地自動調整網絡運行狀態，確保環網中分組數據業務的正常傳輸。在任何網絡中，只要存在不同用戶對網絡資源(如節點緩存器容量、節點處理能力及鏈路帶寬等)的共享，就會存在對資源的竟爭，因此，也就存在資源占用的公平性問題。公平性是和網絡節點擁塞聯系在一起的在低負載情況下，任何用戶的需求都能得到滿足，所以不需要考慮資源的公平分配。當不同的用戶共享同一資源而又不能滿足需求時，公平性問題也就隨之出現了。針對用戶的不同需求，RPR協議中提供了三個優先級等級，即等級A、B和C。對于等級A和等級B的未超額流量業務，網絡為其分配足夠大的節點緩存器容量、保證節點對其的處理、并采用預留的方式保證其對鏈路帶寬的占用。因此，公平性算法只針對等級C和等級B超額流量的業務，其目的是當該等級流量從不同源節點同時接入網絡時，為它們提供"公平"接入的機會；或者說，調整MAC層的接入，為該等級的流量或4妄入該等級流量的源節點，按比例或者加權地分配網絡資源，同時使帶寬利用率最大化，避免某些節點無限制接入數據而使得其它節點處于"饑餓"狀態。正EE802.17工作組在制定RPRMAC協議標準的過程中，提出了多種公平性算法，如DPT、Gandalf、Aladdin、Darwin和DVJ等提案中所采用的公平性算法，IKN、DVSR公平性算法等。經審定，在RPR協議草案D3.0中，除對公平性算法的基本功能進行規定之外，還給出了兩種RPRMAC協議公平性算法AM算法和CM算法。現有的這些算法大都是基于單阻塞點機制的公平算法，所謂單阻塞點機制是指如果一個擁塞節點的下游節點中有多個節點發生了擁塞，公平算法只考慮其中最擁塞節點的影響，即用最擁塞節點的公平速率來調整本地插入的流和經過最擁塞節點的業務速率；等到該擁塞節點不再擁塞后，再用下一個最擁塞節點的公平速率來調整本地插入的并經過新的最擁塞節點的業務，直到環路擁塞消失。如圖l所示，假設有三個阻塞點分別為節點2、4、6,而發生阻塞時節點1要向節點5傳送數據業務流。如果阻塞點6的公平速率在三個阻塞點中為最小，即節點6最阻塞，那么在單阻塞點機制下，即使流(1，5)不經過阻塞點6，但它的速率仍然會受到節點6所發出的公平速率的影響而受到限制，這顯然對流(l，5)來說是不公平的。顯然，基于單阻塞點機制的公平算法進行帶寬的公平分配方式會使得RPR內某些節點業務受到了限制，浪費了鏈路帶寬而影響實現帶寬的公平分配。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種彈性分組環上節點實現帶寬公平分配的方法，能夠克服現有的RPR節點帶寬分配公平算法的不足，有效地解決環網中帶寬的公平分配問題。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種彈性分組環上節點實現帶寬公平分配的方法，其步驟為彈性分組環才艮據本地節點的擁塞狀態，統計到達阻塞節點的業務流總數目A:，根據&依次確認到達阻塞節點的各業務流的公平速率值，并根據確認的公平速率值從系統當前剩余帶寬中為各業務流分配帶寬，阻塞節點將確認的業務流公平速率值封裝在多阻塞點公平幀MCFF中向其上游節點發送。進一步地，若本地節點為阻塞節點，則針對到達該節點的所有A:條業務流，計算當前第/條業務流的公平速率值；根據下游節點發送的業務流的相應的MCFF[/]調整確認業務流的公平速率值，并將確認的7>平速率值向其上游節點發送；同時，為下一條業務流帶寬的公平分配調整系統當前剩余帶寬值，直至所有業務流的公平速率值均得到確認并分配。進一步地，若本地節點不為阻塞節點，則針對到達阻塞節點的每一條業務流，確認當前第/條業務流的公平速率值，若當前業務流被分配了公平速率，即下游節點發送的業務流相應的MCFF[/]不為0,則以MCFF[。作為當前業務流的7>平速率值；若當前業務流未凈皮分配了^^平速率，則計算當前業務流的公平速率值，等于系統當前剩余帶寬占該業務流分配權值的權重；同時，根據確認的所述公平速率值為下一條業務流的公平分配調整系統當前帶寬值，直至所有業務流的公平速率值均得到確認并分配。進一步地，節點的擁塞狀態是根據對節點緩存器次發送隊列STQ的長度及本地接入和轉發的業務速率的監測判斷，若緩存器STQ的長度大于STQ的低門限值，或者本地接入和轉發的業務速率大于環路非預留帶寬，則該節點為阻塞節點；若緩存器STQ的長度小于STQ的低門限值，且本地接入和轉發的業務速率小于等于環路非預留帶寬，則該節點不為阻塞節點。進一步地，本發明方法包括步驟(a)計算第條業務流的公平速率值，等于系統當前的剩余帶寬乘以業務流的權重，該業務流的權重等于業務流的分配權值除以流經阻塞節點的所有業務流的總權值；(b)將計算出的第/條業務流的公平速率值與業務流相應的MCFF[/]進行比較，取二者中較小值作為確認的公平速率值分配；(c)計算下一狀態的剩余帶寬，等于當前狀態的剩余帶寬減去確認的公平速率值，同時將業務流的總數目減1，且業務流序號移動到下一業務流，返回步驟(a)執行，直至業務流的總數目減至O。進一步地，步驟(a)業務流的分配權值等于對阻塞節點產生影響的節點的權值與到阻塞節點的業務流的權值的乘積；流經阻塞節點的所有業務流的總權值等于所有業務流的分配權值的和。進一步地，阻塞節點向其上游節點發送公平速率值前，需將公平速率值歸一化處理為速率控制因子RCF后發送，即RCF等于公平速率值除以一個衰減系數；當上游節點接收到MCFF后，將MCFF中的RCF乘以衰減系數還原成下一個流量更新周期內允許插入的經過阻塞節點的帶寬。本發明所要解決的技術問題是提供一種彈性分組環上節點實現帶寬公平分配的系統，包括依次連接的控制部分、被控對象以及反^"部分，其中控制部分，用于根據反饋部分反饋的被控對象多個本地節點及其業務流確定的公平速率值，對流向阻塞節點的各節點業務流的速率值進行調節；同時，才艮據反饋部分反饋的阻塞節點序號，指示被控對象中的阻塞節點；被控對象，用于在控制部分的控制下，以調節的業務流的速率值向彈性分組環上發送業務數據，阻塞節點根據控制部分的指示，將確認的業務流公平速率值封裝在多阻塞點公平幀MCFF中向其上游節點發送；反饋部分，用于監測被控對象中本地節點的擁塞狀態，統計到達阻塞節點的業務流總數目A:，根據A依次確認到達阻塞節點的各業務流的公平速率值，根據確認的公平速率值從系統當前剩余帶寬中為各業務流分配帶寬，并將分配的帶寬反々貴給控制部分，同時，指示控制部分阻塞節點的序號。進一步地，反饋部分進一步包括相互連接的擁塞監測單元、計算單元以及調整單元，其中擁塞監測單元，用于進行擁塞狀態的監測和業務流總數目的統計，并指示出阻塞節點的序號；計算單元，用于依次為到達阻塞節點的各業務流計算其/>平速率值，等于系統當前的剩余帶寬乘以業務流的權重，該業務流的權重等于業務流的分配權值除以流經所述阻塞節點的所有業務流的總4又值；調整單元，用于將計算單元計算出的業務流的7>平速率^(直與下游節點發送的該業務流的相應的MCFF[/]進行比較，若MCFF[/]小于計算的業務流的公平速率值，則將MCFF[z']調整確認為該業務流的公平速率值；同時，為下一條業務流帶寬的公平分配調整系統當前剩余帶寬值，等于當前狀態的剩余帶寬減去確認的業務流的^^平速率值。進一步地，擁塞監測單元根據對節點緩存器次發送隊列STQ的長度及本地接入和轉發的業務速率的監測，若緩存器STQ的長度大于STQ的低門限值，或者本地接入和轉發的業務速率大于環路非預留帶寬，則判斷該節點處于擁塞狀態，為阻塞節點；若緩存器STQ的長度小于STQ的低門限值，且本地接入和轉發的業務速率小于等于環路非預留帶寬，則判斷該節點不為阻塞節點。本發明基于反饋控制的多阻塞點機制的RPR上節點實現帶寬公平分配方法，可以提高系統抵抗外部干擾的能力，降低系統對其內部參數變化的敏感度，實現帶寬的動態公平分配，使所有節點按照本地節點的權重值公平地占用帶寬，同時使帶寬利用率最大化，避免了某些節點無限制接入數據而使得下游節點處于資源饑餓狀態。并且，由于采用了反饋控制方法及模塊化設計，使得本發明的RPR上節點實現帶寬公平分配的方法具有良好的穩定性和可擴展性。圖1用于說明RPR網中發生多個阻塞點時釆用單阻塞才幾制的公平算法的局限性以及采用多阻塞機制的公平算法的原理；圖2所示為RPR網中只有一個阻塞點的場景模型；圖3所示為RPR網中兩個出口停車場場景模型；圖4所示為RPR網中多阻塞點公平算法實現空間重用的場景；圖5所示為本發明的彈性分組環上節點帶寬公平分配方法實施例流程圖；圖6本發明的彈性分組環上節點帶寬公平分配系統的結構框圖。具體實施方式本發明的彈性分組環上節點實現帶寬7>平分配的方法，其步驟為彈性分組環上節點根據擁塞狀態，統計到達阻塞節點的業務流數目，根據該數目依次確認到達阻塞節點的各業務流的公平速率值，并據此為各業務流從系統當前剩余帶寬中公平分配帶寬，阻塞節點還需將確認的公平速率值封裝在多阻塞點公平幀(MCFF,Multi-ChokeFairFrame)中向其上游節點發送。若本節點為阻塞節點，則針對到達阻塞節點的每一條業務流，計算當前業務流的公平速率值，等于系統當前剩余帶寬占該業務流分配權值的權重；根據下游節點發送的該業務流的MCFF的控制值的內容進一步確認該業務流的公平速率值，等于計算出的當前業務流的公平速率值與MCFF[z'](特指封裝到多阻塞點公平幀中的第z'條業務流的公平速率值)中最小值，并將確認的該業務流的公平速率值向其上游節點發送；同時，為下一條業務流的公平分配調整系統當前剩余帶寬值，直至所有到達阻塞節點的業務流的公平速率值均得到確認并分配；若本節點不為阻塞節點，則針對到達阻塞節點的每一條業務流，確認當前業務流的公平速率值，即查詢當前業務流是否分配了公平速率(相應的MCFF[/]不為0，MCFF為O:特指該業務流未流經下游的阻塞節點)，若分配了則以MCFF[!']作為當前業務流的公平速率值，若未分配則計算當前業務流的公平速率值，等于系統當前剩余帶寬占該業務流的權重；根據確認的當前業務流的公平速率值調整系統當前帶寬值，直至所有到達阻塞節點的業務流的公平速率值均得到確認并分配。本發明通過采用基于多阻塞點機制的公平算法，能有效地解決前述現有的基于單阻塞點機制的公平算法所帶來的問題，只要某個節點數據發送速率不大于源節點和目的節點之間所有擁塞點的公平速率，就允"i午源節點以此速率向目的節點發送數據。采用多阻塞公平算法能避免業務流受到排頭阻塞的影響，且能實現環網帶寬的空間重用。下面結合圖示舉例說明本發明釆用多阻塞點才幾制帶寬/>平控制的原理。仍如圖l所示，假設有三個阻塞點分別在節點2、4、6,而節點l要向節點5傳送數據業務流。在多阻塞點機制控制下，首先將針對阻塞點2的允許速率a//ow_rate，對通往目的節點3,4,5，...的整個上環速率a^W—rate相比較，如果測試通過，即節點2的"http://0—rate小于節點3，4，5,...的"^/—rate(如果"http://ow—mte不小于^W一rate,就降低節點2的rate),將繼續針對節點4的a〃ow—rate，對通往目的節點5,6,…的整個fl必一rate才目比4交，以確保節點4的小于節點5,6，...的a^/—rate。隨后，將所有節點的速率與最大速率max—rate相比較，以確保鏈路有帶寬剩余。當所有的測試通過后，節點1即允許發送業務至節點5。可以看出，多阻塞點機制下業務流(1，5)并不受阻塞點6的影響。為了消除非平衡流的問題，本發明采用了阻塞判斷函凄tIsCongested()進行阻塞監測，是以節點緩存器次發送隊列(STQ,SubordinateTransmittingQueue)的長度為監測對象，判定條件為(1)如果STQ緩存器的隊列長度大于STQ的低門限值，或者，本地接入和轉發的業務速率大于環路非預留帶寬，則判斷節點發生阻塞，處于阻塞狀態，函數返回值1;(2)如果STQ緩存器的隊列長度小于STQ的低門限值，且本地接入和轉發的業務速率小于等于環路非預留帶寬，則阻塞解除，處于非阻塞狀態，函凄t返回值0。當使用IsCongested()函數檢測到RPR環網發生阻塞后，計算公平分配鏈路的剩余帶寬是實現本發明多阻塞點機制帶寬公平分配的關鍵。下面先討論環網中只有一個阻塞點的情況下，公平帶寬的分配方式，后述分析的多阻塞點情況，正是基于此分析拓展而來。以圖2所示環網中只有一個阻塞點的場景;f莫型為例，在w+l個節點(So~S)的RPR環網中，分析阻塞點Sn的帶寬分配方法。設S"為阻塞節點，即節點Sn和So間的鏈路發生了阻塞，鏈路剩余帶寬為1,節點So，ShS2…到節點Sm(0<m《w)的業務流如圖2中yZow(O,m),y7ow(l，m),yow(2，m),…。除了節點S。外，其它每個節點都有業務流通過節點S;即節點So最多有O條業務流經過節點S，節點Si最多有1條業務流經過阻塞節點S"，......，節點S^最多有m條業務流經過阻塞節點Sw，......節點S^最多有w-l條業務流經過阻塞節點S;假設節點S。,Si，…S"的權值為"o,"i,fl2,…,a",令阻塞節點S計算得到的每條聚合流實際分配到的帶寬分配矩陣為w附m也就是說阻塞節點S"預留給節點S^的最大帶寬為與^有密切關系，"M的數值越大，此值就越大。設、為每一條業務流的權值，即節點/發往節點_/的一條業務流的權值。那么，總的權值矩陣為6006mZj,01乂02126206,'6.21勺200006"。6"162(3)實際上，Z)oo-^尸…Z^-0，而且公式(3)中的上半角系數都為0(不通過阻塞節點的業務流不參與帶寬分配)，但根據阻塞節點位置的不同，其流加權的系數矩陣都為A2經過初等變換(主要包括初等行變換與初等列變換)后的子集(經過該初等變換后，矩陣變換為類階梯形式，上半角或下半角全為0，而并不改變矩陣行列的相關性，包括矩陣的值、秩等重要參數)。進一步設<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(4)所有業務流在對應的聚合流內所占用的帶寬比例為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>那么，在節點加權和流加權下的帶寬分配矩陣為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>從公式(6)很容易得出在理想狀態下，每一條業務流實際分配的帶寬大<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>為了表述的一般化，進而假設環路總的鏈路帶寬為C,環上共有"個站點(即節點)，如果第/個節點預留的A類業務和B-CIR(承諾速率)類業務的帶寬m,,其剩余的C類和B-EIR(額外速率)類的某一業務流的分配權值為>^(區別于節點權值a,和業務流的權值^.),由式(1)和式(4)有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>fl,也稱為活躍節點(即對阻塞節點產生影響的節點)的權值。由式(8)可見/與7'無關，因此計算yow(zV)公平值的復雜度為0("+/)。實際算法實現中，可設3個指針嚴l、/^2及/7r3，其中，/^l指向fl/,;r2、嚴3分別指向~行與列。當/r2指到第/行后，/rl對a,的所有值求和，戶r3對第/行的所有列的值求和，然后把兩個和相乘，即可求出mA的值。為了方便描述，筒化公式表示，令w『flA.;那么每一業務流的本地公平帶寬C>。—》.)可以表示為C,(,v尸(C-尤附,.)^_(當且僅當/=/時)(9)i=。SIX即第z'個節點中，分配權值為^的一條業務流的本地公平速率值(即本地公平帶寬)v),等于環路給C類和B-EIR額外速率類剩余的帶寬占分配權值,在總權值下的比例。顯然，當節點發生阻塞后，除了要對本地插入的業務帶寬進行調整外，還要將本地公平帶寬C/。一》)以速率控制因子(RCF,RateControlFactor)的形式向環上各節點發送，以調整其它節點發向該節點的業務。本地公平帶寬Qfo—力經過歸一化處理(即把需要處理的數據通過某種算法處理后限制在需要的一定范圍內，既保證了運算的便捷，又能凸現出物理量的本質含義)后即為ACF:ACF=C/A(10)其中A為衰減系數。根據實際情況i殳定，如1000,10000等。當上游源節點接收到反饋回來的公平控制消息幀后，通過速率調節模塊調節速率控制器，得到在下一個流量更新周期內允許插入的經過阻塞節點的C類和B-EIR類的帶寬Ceb為Ccb=iCFxA(11)公式(10)和公式(11)的意義在于公平幀中控制值的實際大小只有16位，最大只能表示64KB的速率。為了能表示大于64KB的速率，需要除以一個系數A，使iCF在064KB范圍內。接收端接收到iCF后，需要乘以系數A,才能得到實際計算到的公平速率值。以圖3所示的兩個出口停車場場景為例(所謂停車場，RPR定義了多種場景一一停車場場景，每一種場景都至少說明了一種與性能相關的問題。兩個出口停車場場景即意味著存在一個節點，譬如圖3所示的節點4，它有2條發往不同目的地的業務流)，考察同一源節點的不同業務流如何受到業務流權值^.的影響。具體分析如下假設節點S4和Ss間的鏈路發生了擁塞，節點Si、S2、S3的權值都是l，節點S4的權值為2，流(1,5)、流(2，5)、流(3，5)的權值都為1,流(4，5)的權值為2，流(4，6)的權值為4，剩余帶寬為1,則根據公式(9)可如下求解業務流^/7ow(4,6)的公平值在—4時，只有645和646的值不為0(分別為2和4),所以/=/時的值為4，分子的值為a4x646=2x4=8，分母中E"產a!+"2+化+a^5;有:C/z。w(4,6)=8/|>,(645+646)=8/(5x6)=0.2667/=1即R46=0.2667，同理得出矩陣A5中其它元素的值(其它業務流的公平值)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>(12)即R15=0.2;R25=0.2;R35=0.2;&5=0.1333;R46=0.2667。在上述的計算中，由于節點Se沒有業務流通過阻塞節點S4,所以不考慮節點S6的權值。可見，上述算法滿足了RIAS(RingIngressAggregatedwithSpatialReuse)評價準則，同時實現了擁塞鏈路的剩余帶寬的最大分配，即在矩陣As中不為0的公平帶寬之和等于1:0.2+0.2+0.2+0.1333+0.2667=1,此值與假設的剩余帶寬1相同，故實現了剩余帶寬的最大分配。所謂RIAS準則是RPRMAC協議中一種針對流傳送速率的公平性評價準則，其基本思想是在給出網絡鏈路帶寬和流量需求的前提下，首先針對每條鏈路，以節點為分配對象，按照最大最小公平性(所謂最大最小公平性是在有著各自資源需求的多個相互竟爭的實體間分配資源的一種策略。此策略試圖為當前接受最少資源的實體提供更多資源，并保證沒有實體獲得超過其需求的資源。同時，剩下的任何資源則在所有需求尚未滿足的實體間平均共享，一是才艮據每個實體的需求超出最少資源多少，二是根據在每個實體收到其最少資源后，還剩下多少有效資源這兩個數據來實現這種資源的平均共享)分配帶寬資源；其次，對于具有同一源節點的不同流，根據不同的目的節點，對前一步分配得到的帶寬進行調整；然后，對經上兩步之后未分配的帶寬資源進行聲明并重復上述處理過程，最后實現公平的再分配。現在，將RPR網絡的阻塞情況拓展到更一般情況，即多阻塞點情況。當環上有多個節點阻塞，而同一條業務流在各個阻塞節點分配到的公平帶寬不一樣，因此為了確保某一業務流分配到的公平帶寬不大于源節點和目的節點之間所有擁塞點的公平速率，需要進一步修改公式(9)。對于某一阻塞點來說，它對接收到的下游阻塞節點廣播的公平信息幀的內容和自己計算的本地公平速率進行比較，選擇其中較小的速率作為本地公平速率，廣播給上游節點。因而，假設某一業務流經過調整后已分配到的公平帶寬為v,,g為RPR環網中阻塞點的個數，那么本地的^^平帶寬vy:v廣m/"(C一柳,C^7—》)2，.,Cy—,力g)(16)式中，Cyz。一,)g表示業務流y/0H^V)在第g個阻塞節點時期待的公平速率。顯然，經過7>式(16)調節后，確保了某一業務流本地的^^平帶寬不大于源節點和目的節點之間所有擁塞點的公平速率，這樣會使鏈路有多的帶寬空閑，為了最大限度地利用鏈路帶寬，實現空間重用，本地阻塞節點經公式(16)計算后，剩下的業務流應該分配到的帶寬也需要進一步調整，如圖4所示。從圖4觀察可知，僅有業務流/7ow(2,7)和yow(3,7)通過兩阻塞鏈路[S3,S4]、[S6,S7],所以需調整這2條業務流，得到它們的最小值公平速率，確保它們被分配到的公平帶寬不大于源節點和目的節點之間所有擁塞點的公平速率。那么yow(1,4)、yow(2，4)要共享剩余的帶寬(不小于公式(9)得到的分配帶寬)。具體實現過程如下分析。目前，沒有有效的辦法根據實際情況解決節點權值與業務流權值分配，其難點在于系統沒辦法智能地識別隨時間而改變的實際情況，動態分配節點與業務流的權值。假設節點1發送1條A等級的業務流，節點3發送3條C等級的業務流，如果在某個時間段內按業務流的高低等級(A-BX:)判斷，那么節點l分配的權值相對要大，從而限制了節點3獲得的帶寬，顯然節點3無法長時間忍受這樣的分配方式；如果在某個時間段內按業務流的多寡判斷，節點3將獲得更多的帶寬，便限制了節點l對帶寬的渴望，節點l也不能長時間忍受這樣的分配方式(節點1發送的業務流為A等級的，重要性要比節點3的業務流高)。因此在具體實現時，一般默認節點的權值與業務流的權值分別相等，以確保算法能夠實現，并降低開發成本，這里也同樣如此設定。對于公式(9),令"尸"，~-6，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>為通過某一節點的業務流的最大總數(包括自身發送和轉發的業務流)。又令W為某一業務流的分配權值顯然w產W。所以本地阻塞節點經公式(16)調節后，剩余的業務流分配到的帶寬C*—./:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>m為在某一阻塞節點上經過^^式(16)調節(通過本地阻塞節點而未流經下游的阻塞節點的業務流，在本地節點中不需要調節)的業務流總數，即首先經過式(9)算出本地節點公平速率，再經式(16)調節；W為業務流的分配^又Y直；《為第/行中^不等于0的業務流的個數，其中不包含經公式(16)調整過的業務流；p為產生未經過^^式(16)調節的業務流的節點總數。由于<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>/與"y無關，同時，7>式(17)與/相關，因此公式(17)的算法復雜度為0("+/+/)(第z'行中，6是隨機分布的，所以算法復雜度是0("+!'+/)，而不是0(《+,'+/))。令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>則公式(9)、(16)、(17)可進一步轉換為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中v/(m)=0特指yow(/，力沒有流經下游的阻塞節點。公式(18)由自上而下的順序計算，主要意思為(1)通過式(D)求出業務流y/mv(V)的當前本地節點估算的公平速率值(也稱為分配給業務流y7o—^)的帶寬)CAw0/)°，等于當前狀態的剩余帶寬占分配權值,在總權值下的權重；(2)通過式(G)計算下一個狀態(指環上業務流經過一次分配帶寬后，再將剩余帶寬分配給其他業務流)的剩余帶寬C/7,1,同時業務流的總數目m"w自動減1(當前已經計算出了一條業務流/7ow0',力的公平速率值)；(3)v/把CyU/力o和v,(w)中的最小值作為業務流yo—'，力的公平速率值封裝到多阻塞點公平幀(MCFF，Multi-ChokeFairFrame)中，發送給上游節點。其中-.mw":當前流經阻塞節點的業務流的總數目，每計算處理一個業務流，膽w自動減1(mww—);Cyz，(0〕G:當前計算的公平速率值；Q,:下一狀態的剩余帶寬；當前狀態的剩余帶寬；v/:當前節點向上游節點發送的MCFF的公平速率；v/(/w):當前節點接收到下游阻塞節點發送的公平速率。上面描述意味著，本發明的RPR上節點帶寬公平分配方法不再靠統計業務流公平幀的總數目進行分配，而是在本地節點一發生阻塞或接收到公平幀，就將經過該節點的所有業務流都按公式(18)處理一次，式(18)計算的是所有經過該阻塞節點的業務流，所有A:值的范圍是[O,WM"]。通過式(18)的處理后，系統的實時性獲得較大提高，即減少了統計公平幀總數目所帶來的時延，由此降低了硬件實現的難度和開發成本，同時算法計算某一業務流的復雜度為0(1)，即公式(18)只與mw"相關，與z'，y'無關(公式(18)中的式(D)可簡化成C/7。H^)^Q^丄)而mww由系統記錄的公式(3)得出，但與公式(9)、公式(16)和式(17)相結合的算法比較，公式(18)犧牲了某些業務流的公平性(參考下文的方案1與方案2的比較)。根據公式(16)得到的公平速率值的控制因子iC尸'為/CF=v/A'(19)根據公式(17)得到的本地公平速率Cyw^)''的速率控制因子iCF'為群'C何,/7B(20)根據公式(18)得到的MCFF的公平速率v/的速率控制因子尺CF"為AO^v/VC(21)A'、B、C:衰減系數，如1000,10000等。相對應地，在下一個流量更新周期內允許插入的經過阻塞節點的C類和B-EIR額外速率類的帶寬Ccb'、Ccb"和Ccb'"為Ccb=iCFxA'(22)Ccb'=WCF'xB(23)Ccb"=iCF"'xC(24)(22、23、24)式的計算與(11)式是一致的，即接收端接收到ACF后，需要乘以系數A,才能得到實際計算到的公平速率值。如圖4所示，設剩余帶寬為l,每條業務流的分配權值為1,節點S3和節點S6為阻塞節點。方案1:由公式(9)、公式(16)和公式(17)獲取多阻塞點的業務流的公平速率值通過式(9),得到節點S6的帶寬公平分配矩陣為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>節點S3最初的帶寬公平分配矩陣為以yow(2,4)為例當盧2時，只有624,627的值不為0,所有分子的值"2x624=l,分母中ZZ功^(a一a2+a3)(Z)24+627h6(僅有節點S2和Ss的業務流對阻塞節點S;/生影響，所以=ai+a2+fl3=3)所以R24=1/6,'其他業務流的值同理，求得如下速率分配矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>則,R14=R37=l/3,R24=R27=l/6。當節點S6的公平幀反饋回到節點S3后，經過比較，得知1127>1127';1137<R37'，依據公式(16),R"和R37'調整為R27=R27=l/6;R37=R37=0.2(27)為了最大P艮度地利用剩余帶寬,根據公式(17),R14'、R24'重新計算為其中；=2(y/ovv(1,4),ymv(2,4)分別由節點S!，Sz產生)，"^=1x1=1。第l行中，剩余的未經過公式(16)調節的業務流只有yow(1,4),所以此時《=1,則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>同理R24=19/60所以，系統構建新的矩陣A3"為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>(29)則最終的公平速率R14=R24=19/60-0.3167,R27=l/6-0.167，R37=R47=R57=R67=0.2(30)方案2:由公式(18)獲取多阻塞點的公平速率值觀察圖4可知，wf^=l,經過阻塞節點S6的業務流總數為5。那么由公式(l8)得到R27=R37=R47=R57=R67=0.2。當阻塞節點S6將/7ow(2,7)的公平速率值0.2反饋回到阻塞節點S3后，阻塞節點S3由公式(18)中的式(D)得到公平速率估算值為R27-hV^=1/4=0.25(31)經比較0.2<0.25，節點S3將0.2封裝到MCFF中，發送給上游節點，即R"最終的公平速率值R27=0.2此時的剩余帶寬1-0.2=0.8，經過阻塞節點S3的業務流的總數目變為3。同理，又當阻塞節點S6將y/ow(3，7)的公平速率值0.2反饋回到阻塞節點S3后，阻塞節點S3通過計算，得到公平速率的估算值為R37=(0.8x=0.2667(32)經比較得出R37'最終的公平速率值R37=0.2此時的剩余帶寬0.8-0.2=0.6,經過阻塞節點S3的業務流的總數目變為2。由于y/ow(1,4)、/7ow(2,4)沒流經阻塞節點S6，對節點S6不產生影響，所以它們的公平速率值由公式(l8)求得R14=R24=0.3(33)則最終的公平速率R14=R24=0.3,R27=0.2,R37=R47=R57=R67=0.2(34)通過方案1與方案2的比較可以看出2個方案的算法都實現了多阻塞點剩余帶寬的公平分配，且實現了阻塞鏈路的剩余帶寬的最大分配(流經阻塞節點S3、S6的業務流公平速率和為1)。但方案1需要對yJmv(2,7)、y7ow(3,7)調節完成后，才能求出y/ow(1，4)、y7ow(2,4)的最終z^平速率值。方案2則沒有方案l的要求，所以方案2中的算法復雜度低，但方案2卻犧牲了某些業務流的^平性(如比較式(30)和式(34)可知，y7ow(1,4)、y/ow(2,4)渴望的公平速率值為方案1中速率0.3167，但實際只分配了0.3);也放大了某些業務流的公平帶寬值(如ymv(2，7)，它期待的公平速率為方案1中的速率0.167，實際上卻放大到了0.2)。總體上看，由于方案2的算法復雜度低，因此該算法具有更好的實時性，能減少網絡因計算公平速率而帶來的時延，對快速解決網絡中的阻塞狀態具有更大的優勢。圖5給出了本發明的方法一實施例流程圖，該流程包括以下步驟步驟501:判斷本節點是否發生擁塞，若是執行步驟502,若否則執行步驟511;步驟502:統計到達本阻塞節點的業務流數目m;步驟503:計算第/條業務流的公平速率值，等于系統當前的剩余帶寬乘以業務流的權重，該業務流的權重等于該業務流的分配權值除以流經本阻塞節點的所有業務流的總權值；步驟504:判斷計算出的公平速率值是否小于來自下游節點的MCFF[O,若是執行步驟505,若否則執行步驟506;步驟505:將計算出的公平速率值確認為該業務流的公平速率值分配，然后執行步驟507;步驟506:將MCFF[i]確認為該業務流的公平速率值分配；步驟507:將該業務流的公平速率值封裝到MCFF[/],并向上游節點發送；步驟508:調整鏈路的剩余帶寬，且將業務流數目m-l;步驟509:判斷是否所有的業務流都經過處理，若是結束流程，若否則執行步驟510;步驟510:將業務流序號/移動(加1)后，返回步驟503執行；步驟511:非阻塞節點統計到達阻塞節點的業務流數目k;步驟512:判斷k是否為O,若是結束流程，若否則執行步驟513;步驟513:查詢是否已為當前第/條業務流分配了公平速率，即反饋回的業務流/相應的MCFF[i]是否為0，若是說明未分配，執行步驟514;若否說明已分配，則執行步驟515;步驟514:計算到阻塞節點業務流!'的公平速率值，然后調整鏈路剩余帶寬，且將k-l，然后執行步驟516;步驟515:將MCFF[i]作為到阻塞節點業務流i的公平速率值，調整鏈路剩余帶寬，且將k-l;步驟516:判斷是否所有的業務流都經過處理，若是結束流程，若否則執行步驟517;步驟517:將業務流序號/移動(加1)后，返回步驟512執行。如圖6所示，為本發明的彈性分組環上節點帶寬公平分配系統的結構框圖，該系統600包括依次連接的控制部分610、被控對象620以及反饋部分630,其中控制部分610,用于根據反饋部分反饋的被控對象多個節點及其業務流確定的公平速率值對流向阻塞節點的各節點業務流的速率值進行調節；同時，根據反饋部分反饋的阻塞節點序號，指示被控對象中的阻塞節點；被控對象620，用于在控制部分510的控制下，以調節的業務流的公平速率值向彈性分組環上發送業務數據，阻塞節點控制部分610的指示將確認的所述業務流公平速率值封裝在多阻塞點公平幀MCFF中向其上游節點發送；反饋部分630，用于對被控對象中節點的擁塞狀態進行監測，統計到達阻塞節點的業務流總數目，根據該業務流總數目依次確認到達阻塞節點的各業務流的公平速率值，根據確認的公平速率值從系統當前剩余帶寬中為各業務流分配帶寬，并將分配的帶寬反々貴給控制部分610，同時，指示控制部分610阻塞節點的序號。反饋部分630進一步包括相互連接的擁塞監測單元、計算單元以及調整單元，其中擁塞監測單元，用于進行擁塞狀態監測和業務流總數目的統計，并指示出阻塞節點的序號；計算單元，用于依次為到達阻塞節點的各業務流計算其公平速率值，等于系統當前的剩余帶寬乘以該業務流的權重，該業務流的權重等于該業務流的分配權值除以流經阻塞節點的所有業務流的總權值；調整單元，用于將計算單元計算出的業務流的公平速率值與下游節點發送的該業務流的相應的MCFF[z']進行比較，若MCFF[f]小于計算的業務流的公平速率值，則將MCFF[/]調整確認為該業務流的公平速率值；同時，為下一條業務流帶寬的公平分配調整系統當前剩余帶寬值。圖6中的"時延"是指RPR上各業務流的傳輸時間延遲。本發明基于反饋控制機制多阻塞點的環上節點帶寬公平分配方法，提高了系統抵抗外部干擾的能力，實現了帶寬的動態公平分配，使所有節點按照本地節點的權重值公平地占用帶寬，同時使帶寬利用率最大化，避免了某些節點無限制地接入數據而使得下游節點處于資源々幾餓狀態。由于采用了反饋控制方法及模塊化設計，使得本發明的RPR上節點實現帶寬公平分配的方法具有良好的穩定性和可擴展性。本發明設計的彈性分組環網多阻塞點公平算法，根據彈性分組環的特點，對算法進行了闡述和理論說明，解決了環網中帶寬的公平分配問題。并且采用了控制理論的反饋控制方法，采用模塊化設計，使得該算法具有良好的穩定性和可擴展性。權利要求1、一種彈性分組環上節點實現帶寬公平分配的方法，其特征在于，所述彈性分組環根據本地節點的擁塞狀態，統計到達阻塞節點的業務流總數目k，根據所述k依次確認到達阻塞節點的各業務流的公平速率值，并根據確認的所述公平速率值從系統當前剩余帶寬中為各業務流分配帶寬，阻塞節點將確認的所述業務流公平速率值封裝在多阻塞點公平幀MCFF中向其上游節點發送。2、按照權利要求1所述的方法，其特征在于，若所述本地節點為阻塞節點，則針對到達該節點的所有&條業務流，計算當前第z'條業務流的公平速率值；根據下游節點發送的所述業務流的相應的MCFF[z']調整確認所述業務流的公平速率值，并將確認的所述公平速率值向其上游節點發送；同時，為下一條業務流帶寬的公平分配調整系統當前剩余帶寬值，直至所有所述業務流的公平速率值均得到確認并分配。3、按照權利要求1所述的方法，其特征在于，若所述本地節點不為阻塞節點，則針對到達所述阻塞節點的每一條業務流，確認當前第z'條業務流的公平速率值，若當前業務流被分配了公平速率，即下游節點發送的所述業務流相應的MCFF[/]不為0,則以所述MCFF[/]作為當前業務流的公平速率值；若當前業務流未被分配了公平速率，則計算所述當前業務流的公平速率值，等于系統當前剩余帶寬占該業務流分配權值的權重；同時，根據確認的所述公平速率值為下一條業務流的公平分配調整系統當前帶寬值，直至所有所述業務流的公平速率值均得到確認并分配。4、按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述節點的擁塞狀態是根據對節點緩存器次發送隊列STQ的長度及本地接入和轉發的業務速率的監測判斷，若所述緩存器STQ的長度大于STQ的低門限值，或者所述本地接入和轉發的業務速率大于環路非預留帶寬，則所述節點為阻塞節點；若所述緩存器STQ的長度小于所述STQ的低門限值，且所述本地接入和轉發的業務速率小于等于所述環;洛非預留帶寬，則所述節點不為阻塞節點。5、按照權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括步驟(a)計算所述第/條業務流的公平速率值，等于所述系統當前的剩余帶寬乘以所述業務流的權重，所述業務流的權重等于所述業務流的分配權值除以流經所述阻塞節點的所有業務流的總;f又值；(b)將計算出的所述第z'條業務流的公平速率值與所述業務流相應的MCFF[z']進行比較，取二者中較小值作為所述確認的公平速率值分配；(c)計算下一狀態的剩余帶寬，等于當前狀態的剩余帶寬減去所述確認的公平速率值，同時將所述業務流的總凄史目減1,且業務流序號移動到下一業務流，返回步驟(a)執行，直至所述業務流的總數目減至O。6、按照權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(a)所述業務流的分配權值等于對所述阻塞節點產生影響的節點的權值與到所述阻塞節點的所述業務流的權值的乘積；所述流經阻塞節點的所有業務流的總權值等于所有所述業務流的分配^又值的和。7、按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述阻塞節點向其上游節點發送所述公平速率值前，需將所述公平速率值歸一化處理為速率控制因子RCF后發送，即所述RCF等于所述公平速率值除以一個衰減系數；當所述上游節點接收到所述MCFF后，將所述MCFF中的所述RCF乘以所述衰減系數還原成下一個流量更新周期內允許插入的經過阻塞節點的帶寬。8、一種彈性分組環上節點實現帶寬公平分配的系統，包括依次連接的控制部分、被控對象以及反饋部分，其中所述控制部分，用于根據所述反饋部分反饋的所述被控對象多個本地節點及其業務流確定的公平速率值，對流向阻塞節點的各節點業務流的速率值進行調節；同時，根據所述反饋部分反饋的阻塞節點序號，指示所述被控對象中的所述阻塞節點；所述被控對象，用于在控制部分的控制下，以調節的所述業務流的速率值向所述彈性分組環上發送業務數據，所述阻塞節點根據所述控制部分的所述指示，將確認的所述業務流公平速率值封裝在多阻塞點公平幀MCFF中向其上游節點發送；所述反饋部分，用于監測被控對象中本地節點的擁塞狀態，統計到達阻塞節點的業務流總數目A,根據所述A:依次確認到達所述阻塞節點的各業務流的公平速率值，根據確認的所述公平速率值從系統當前剩余帶寬中為各業務流分配帶寬，并將分配的所述帶寬反饋給控制部分，同時，指示所述控制部分所述阻塞節點的序號。9、按照權利要求8所述的系統，其特征在于，所述反饋部分進一步包括相互連接的擁塞監測單元、計算單元以及調整單元，其中所述擁塞監測單元，用于進行所述擁塞狀態的監測和所述業務流總數目的統計，并指示出所述阻塞節點的序號；所述計算單元，用于依次為到達阻塞節點的各業務流計算其公平速率值，等于系統當前的剩余帶寬乘以所述業務流的權重，所述業務流的權重等于所述業務流的分配權值除以流經所述阻塞節點的所有業務流的總權值；所述調整單元，用于將計算單元計算出的所述業務流的/>平速率值與下游節點發送的該業務流的相應的MCFF[z']進行比較，若MCFF[/]小于計算的業務流的公平速率值，則將MCFF[/]調整確認為該業務流的/^平速率值；同時，為下一條業務流帶寬的公平分配調整系統當前剩余帶寬值，等于當前狀態的剩余帶寬減去確認的所述業務流的公平速率值。10、按照權利要求9所述的系統，其特征在于，所述擁塞監測單元根據對節點緩存器次發送隊列STQ的長度及本地接入和轉發的業務速率的監測，若所述緩存器STQ的長度大于STQ的低門限值，或者所述本地接入和轉發的業務速率大于環路非預留帶寬，則判斷所述節點處于擁塞狀態，為阻塞節點；若所述緩存器STQ的長度小于所述STQ的低門限值，且所述本地接入和轉發的業務速率小于等于所述環路非預留帶寬，則判斷所述節點不為阻塞節點。全文摘要一種彈性分組環上節點實現帶寬公平分配的方法，其步驟為彈性分組環RPR根據本地節點的擁塞狀態，統計到達阻塞節點的業務流總數目k，根據k依次確認到達阻塞節點的各業務流的公平速率值，并根據確認的公平速率值從系統當前剩余帶寬中為各業務流分配帶寬，阻塞節點將確認的業務流公平速率值封裝在多阻塞點公平幀MCFF中向其上游節點發送。本發明提高系統抵抗外部干擾的能力，降低系統對其內部參數變化的敏感度，實現帶寬動態地公平分配，使所有節點按照本地節點的權重值公平地占用帶寬，同時使帶寬利用率最大化。文檔編號H04L12/42GK101227369SQ20081000593公開日2008年7月23日申請日期2008年2月18日優先權日2008年2月18日發明者張治中,方程,郁志勇申請人:中興通訊股份有限公司