消息缓存队列长度的设置方法技术

本发明专利技术涉及一种消息缓存队列长度的设置方法，属于计算机网络技术领域。本发明专利技术先通过排队论建立以太网缓存队列数学模型，然后基于M/G/1/∞排队模型计算以太网通信损失代价，最后计算得到损失代价最小时的以太网最佳缓存队列长度，这样就能够根据以太网带宽利用率的变化，动态计算并设置当前最佳的网络缓存队列长度，从而降低网络数据的排队延时，保证网络数据的实时传输，达到最优的以太网带宽利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机网络
，具体涉及一种。
技术介绍
为了避免出现网络拥塞的现象，一般都会采用消息缓冲队列的结构来处理接收到 的网络数据。通常的做法是将接收到的网络数据存储在一个固定长度的消息缓存队列或者 循环消息缓冲队列中，且该消息缓存队列的长度一般设置为经验值。若该消息缓存队列的 长度设置得太小，当以太网上传输的数据量过多，负载过大时，就会出现该消息缓存队列被 消息"填充满"，甚至新接收的消息会覆盖该消息缓存队列中早先接收到的消息，最终导致 消息被丢弃；而若该消息缓存队列的长度设置得太大，当以太网上传输的数据量较少，一方 面会增加在消息队列中查找新接收的消息所用时间开销，影响网络数据传输的实时性，另 一方面以太网大多数时间处于"闲置期"，其利用效率很低，降低了网络数据传输的性能。 为了解决上述问题，迫切需要找到一种设置消息缓存队列长度的方法，使得其能 够保证在任何网络负载条件下，网络数据传输的正确性、完整性、实时性和可靠性。
技术实现思路
(一）要解决的技术问题 本专利技术要解决的技术问题是：如何设计一种设置消息缓存队列长度的方法，使得 其能够保证在任何网络负载条件下，网络数据传输的正确性、完整性、实时性和可靠性。 (二）技术方案 为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，包括 以下步骤： S1、基于排队论建立以太网缓存队列数学模型； S2、基于所述以太网缓存队列数学模型计算以太网通信损失代价； S3、计算以太网通信损失代价最小时的以太网缓存队列长度，作为最佳消息缓存 队列长度。 优选地，所述以太网缓存队列数学模型基于M/G/l/ m排队模型建立。 优选地，步骤S2具体为：由以太网缓存队列数学模型得到实时以太网在单位时间 的带宽利用率P，由生灭过程的平稳分布求解公式得到第η个进入队列的数据帧的概率， 并分别计算出当以太网处于繁忙期时，不能成功传输而被丢弃的平均数据帧数，和当以太 网处于闲置期时，没有进入队列而不能及时传输的平均数据帧数，从而获得以太网通信损 失代价表达式，η为整数。 优选地，步骤S3中，将所述以太网通信损失代价表达式作为目标函数，确定所述 目标函数取最小值时对应最佳消息缓存队列长度的值L。。 优选地，在所述以太网缓存队列数学模型中，设单位时间内消息进入缓存队列的 平均数据帧个数为λ，则消息到达时间间隔t服从参数为λ的负指数分布，分布密度函数 为： f(t) = λ e "。 优选地，排队系统在不同状态η下的概率分别为： P0= I-P P1=P(I-P) ...... Pn=Pn(I-P) 当以太网处于繁忙期时，不能成功传输而被丢弃的平均数据帧数记为Nd，则 当以太网处于闲置期时，没有进入队列而不能及时传输的平均数据帧数记为Np， 则 (三）有益效果 本专利技术先通过排队论建立以太网缓存队列数学模型，然后基于M/G/1/m排队模 型计算以太网通信损失代价，最后计算得到损失代价最小时的以太网最佳缓存队列长度， 这样就能够根据以太网带宽利用率的变化，动态计算并设置当前最佳的网络缓存队列长 度，从而降低网络数据的排队延时，保证网络数据的实时传输，达到最优的以太网带宽利用 率。【附图说明】 图1为采用本专利技术的方法得到的第一组通信损失代价和缓存队列长度关系的实 验结果图； 图2为采用本专利技术的方法得到的第二组通信损失代价和缓存队列长度关系的实 验结果图； 图3为采用本专利技术的方法得到的第三组通信损失代价和缓存队列长度关系的实 验结果图。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细描述。 为了提高以太网传输的实时性，降低网络排队的通信延迟率，本专利技术提供了一种 ，包括以下步骤： S1、基于排队论建立以太网缓存队列数学模型； 以太网上数据的传输过程可以看作是一种单服务员单队列的排队系统。以太网上 的每一条数据为等待服务的顾客，以太网为提供数据传输的服务员，服务时间为网络数据 传输时间。 以下给出该排队系统的排队规则： 1)网络数据的相继到达时间间隔独立，假设到达时间间隔服从指数分布，服务时 间服从任意概率分布； 2)排队队列的长度为无限长，服务方式服从先来先服务。 因此，该模型为一个M/G/l/ m排队模型。 在对链路层发送数据过程分析的基础上，建立与之对应的数学模型。假设上位机 中数据帧发送任务相互独立且发送次数没有限制，则由排队论可知发送数据帧过程服从无 限源的泊松分布。设单位时间内进入缓存队列的平均数据帧个数（即数据帧的平均到达速 率）为λ，则到达时间间隔服从参数为λ的负指数分布，其分布密度函数为： f (t) =Aext (1) S2、基于所述以太网缓存队列数学模型计算以太网通信损失代价； 本步骤中，由以太网缓存队列数学模型得到实时以太网在单位时间的带宽利用率 P，由生灭过程的平稳分布求解公式得到第η个进入队列的数据帧的概率Pn(认为此时排 队系统处于状态η)，并分别计算出当以太网处于繁忙期时，不能成功传输而被丢弃的平均 数据帧数N d，和当以太网处于闲置期时，没有进入队列而不能及时传输的平均数据帧数Νρ， 从而获得以太网通信损失代价表达式，η为整数。 具体而言，设实时以太网在单位时间内传输数据帧的平均个数（即实时以太网的 平均传输速率）为μ (μ > λ > 〇)，则以太网带宽利用率为： ρ = λ/μ (2) 当数据帧排队长度L过大时，以太网处于繁忙期，其负载过大，势必会导致队尾的 部分数据帧在一次以太网传输周期内不能及时传输而被丢弃，只能等到下一次传输周期到 来时重新申请传输，从而产生较大的排队延时，对系统性能造成一定的影响。相反如果数据 帧排队长度过小，现场总线处于闲置期，其利用效率很低。因此如何确定适当的缓存队列长 度使队列中数据帧都能成功发送且以太网带宽利用率最高是本专利技术研究的核心问题。为了 研究问题方便，做出如下假设： 设队列长度为L(L > 0)，最佳队列长度为U(L。〉0)，当队列长度L > L。时，不能 及时发送而被丢弃的每个数据帧的损失代价（即权值）为C1 (0 < Cl< 1)，当队列长度L > L。时，没有及时到达队列造成以太网闲置的每个数据帧的损失代价为c 2(0 &l当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消息缓存队列长度的设置方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于排队论建立以太网缓存队列数学模型；S2、基于所述以太网缓存队列数学模型计算以太网通信损失代价；S3、计算以太网通信损失代价最小时的以太网缓存队列长度，作为最佳消息缓存队列长度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵昶宇，
申请(专利权)人：中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12