一种支持QoS的新型带宽分配算法制造技术

本发明专利技术公开了一种支持QoS的新型带宽分配算法，该算法以效用函数为基础，统筹考虑用户需求和业务需求两方面因素。根据网络中各种业务的效用函数，分析出带宽对各种业务效用的影响，从而为各种业务分配权重。根据Internet提供商制定的收费策略，得到各类用户在分配带宽时的权重。利用层次分析法，将业务权重和用户权重统一成特定用户特定业务的权重，作为网络带宽分配时的依据。为了能更好提供服务质量，该算法对网络负载均衡问题也做了一些研究，以便减小因网络负载不均对服务质量造成的影响。

A novel bandwidth allocation algorithm supporting QoS

The invention discloses a novel bandwidth allocation algorithm supporting QoS, which takes the utility function as the basis and considers two aspects of user demand and service demand as a whole. According to the utility function of various services in the network, the influence of bandwidth on the utility of various services is analyzed, and the weights are assigned to various services. According to the pricing strategy formulated by Internet providers, the weights of various users in allocating bandwidth are obtained. By using the analytic hierarchy process (AHP), the weight of the business and the user's weight are unified into the weight of the specific user specific service, which is used as the basis for the distribution of network bandwidth. In order to provide better service quality, the algorithm has also done some research on network load balancing, in order to reduce the impact of uneven network load on the quality of service.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机
，涉及一种支持QoS的新型带宽分配算法。
技术介绍
Internet从产生至今的几十年中，发展迅猛，终端数量不断增加，服务种类层出不穷，网络中的信息量急剧攀升。这些现象的出现使得网络带宽分配问题变的尤为重要。以前，语音、视频和数据流分别是由PSTN、有线电视网和原有的Internet网络提供的，但是对于下一代网络(NGN)来说，语音、视频和数据则都由Internet提供，如何在提供三网合一服务的Internet中进行带宽分配，并且保证各种流类的服务质量，如时延控制、抖动、吞吐率等，将是NGN面临的一个关键性问题。目前Internet是基于TCP/IP协议的网络，而它的最基础的协议是IP协议。对于IP协议，它提供的是一种无连接的、尽力而为的服务，在这种服务中，应用程序不需要事先建立连接，就能发送数据，而路由器则对它收到的数据采用先进先出(FIFO)方式进行处理。虽然这种服务能够满足目前Internet的大部分服务需求，如HTTP和E-mail等，但它无法保证实时性，因此对于NGN中的语音流以及视频流，尤其是语音流来说，无法满足它们的服务需求。以往也有一些工作研究NGN下的网络带宽分配，但是他们的研究往往保证Internet提供商(ISP)或用户的利益，因此本专利技术基于效用函数理论提出一种新的网络带宽分配方法，以期尽可能的保证双方的利益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种支持QoS的新型带宽分配算法。其具体技术方案为：一种支持QoS的新型带宽分配算法，包括以下步骤：第一，建立网络，路由器通过相互之间发送信息，获得网络的拓扑结构，从而获得网络的路由矩阵。第二，ISP制定几个不同等级的网络服务费用，用户根据自己愿意支付的费用以及需求的服务质量选择服务等级，从而得到自己的用户类别。第三，通过对网络中业务情况的分析，得出相应的判断矩阵，进而利用层次分析法，得出每类业务在传输过程中的权重pi。第四，ISP根据网络服务费用和不同类用户获得的服务质量，制定出各个用户类的数据流在传输时的权重qi。第五，ISP制定链路负载临界值h0。第六，计算第i类用户的第j类业务的权重wij。第七，网络投入使用，路由器通过发送统计数据包和接收统计数据包来获得链路负载hi，并判断hi和h0的大小关系。第八，路由器接收到数据时，首先选择最佳路由，并判断该路由上的链路是否负载过重。如果负载过重，则检测其他路由上的链路是否负载较小，如果有，则将数据转发到次佳路由端口；如果负载较轻，则将该数据流加入等待传输队列中，并根据用户业务权重为用户业务安排优先级。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术所述算法以效用函数为基础，统筹考虑用户需求和业务需求两方面因素。根据网络中各种业务的效用函数，分析出带宽对各种业务效用的影响，从而为各种业务分配权重。根据Internet提供商制定的收费策略，得到各类用户在分配带宽时的权重。利用层次分析法，将业务权重和用户权重统一成特定用户特定业务的权重，作为网络带宽分配时的依据。为了能更好提供服务质量，该算法对网络负载均衡问题也做了一些研究，以便减小因网络负载不均对服务质量造成的影响。在网络负载均衡问题上，本专利技术提出了负载临界值的概念，通过比较链路负载与负载临界值的关系，判断链路是否负载过重，进而判断是否需要对网络负载进行均衡。为了验证层次化带宽分配算法的有效性，本专利技术通过理论分析证明了层次化带宽分配算法能够使网络资源有效利用，达到网络效用最大化。层次化带宽分配算法对不同用户不同业务服务质量的保证有很好的效果。附图说明图1为ISP和用户的关系；图2为实例网络拓扑结构；图3为层次化网络带宽分配的结构；图4为本专利技术支持QoS的新型带宽分配算法流程图；图5为实例网络拓扑结构；图6为获得链路负载的过程。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。模型的建立网络中有各种各样的业务流，不同的业务流对QoS有不同的要求，表1中就列出了一些不同业务流的QoS要求。表1新一代网络上一些主要业务的业务特征及其QoS需求VoIP流和IPTV流对时延比较敏感；一般TCP业务对可靠性要求较高；UDP流对实时性要求较高，但对丢包率等因素要求不高；HTTP流和VoIP流对带宽都有最低的要求。通过带宽分配算法提供的带宽必须能保证这些不同业务的QoS。因此不同的用户对带宽的需求不同，带宽分配时应对不同用户区别对待，综合考虑用户因素和业务因素。带宽分配时还要考虑的一个重要问题就是网络负载。由于负载不均衡的问题，网络中有一些链路非常地繁忙，几乎达到带宽容量，而另一方面，一些链路却被闲置几乎不会被使用到。这样不仅会造成网络资源的浪费，而且繁忙链路的链路时延也将受到影响。网络效用最大化是指通过网络带宽分配使网络中各类用户各类业务的效用总和达到最大，即maxU(bij)，其中bij为网络中第i类用户第j种业务流所获得的带宽。在网络带宽分配过程中，网络用户通过向Internet提供商交付上网费用来获得网络服务，这和经济活动中的生产者、消费者、资源的关系很类似。在网络带宽分配模型中，ISP是网络提供商，他们为用户提供网络带宽供用户上网使用，并且制定一定的收费标准，向用户收取费用；用户是消费者，他们通过向ISP租用网络带宽来获得上网服务；网络带宽是资源，它联系了ISP和用户。对于提供商ISP来说，他们希望网络带宽能够得到尽可能充分的利用，也即达到网络效用最大化(NUM)；对于消费者用户来说，他们希望他们所支付的费用能够达到他们的服务要求，也即要保证服务质量(QoS)。他们之间的关系如图1所示。要对不同的业务提供不同的服务质量，因此需要先研究网络中的业务类，本专利技术选择网络中的五种业务作为研究对象，它们分别是VoIP流、IPTV流、一般TCP流、HTTP流以及UDP流，并且将他们分别标记为第1、2、3、4、5类业务，在带宽分配过程中分别用pi(i＝1，2，3，4，5)来表示第i类数据流的比重。对于用户，本专利技术将他们分成s类，每类用户所愿付出的网络费用都是不同的，因此他们在带宽分配过程中所获得的权重也是不同的，在带宽分配过程中分别用qj(j＝1，2，L，s)来表示第j类用户的权重。对于网络来说，本专利技术将其建模为一个图G＝<V，E>，其中V＝{v1，v2，L，vn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持QoS的新型带宽分配算法，其特征在于，包括以下步骤：第一，建立网络，路由器通过相互之间发送信息，获得网络的拓扑结构，从而获得网络的路由矩阵；第二，ISP制定几个不同等级的网络服务费用，用户根据自己愿意支付的费用以及需求的服务质量选择服务等级，从而得到自己的用户类别；第三，通过对网络中业务情况的分析，得出相应的判断矩阵，进而利用层次分析法，得出每类业务在传输过程中的权重pi；第四，ISP根据网络服务费用和不同类用户获得的服务质量，制定出各个用户类的数据流在传输时的权重qi；第五，ISP制定链路负载临界值h0；第六，计算第i类用户的第j类业务的权重wij；第七，网络投入使用，路由器通过发送统计数据包和接收统计数据包来获得链路负载hi，并判断hi和h0的大小关系；第八，路由器接收到数据时，首先选择最佳路由，并判断该路由上的链路是否负载过重；如果负载过重，则检测其他路由上的链路是否负载较小，如果有，则将数据转发到次佳路由端口；如果负载较轻，则将该数据流加入等待传输队列中，并根据用户业务权重为用户业务安排优先级。

【技术特征摘要】
1.一种支持QoS的新型带宽分配算法，其特征在于，包括以下步骤：
第一，建立网络，路由器通过相互之间发送信息，获得网络的拓扑结构，从而获得网络
的路由矩阵；
第二，ISP制定几个不同等级的网络服务费用，用户根据自己愿意支付的费用以及需求
的服务质量选择服务等级，从而得到自己的用户类别；
第三，通过对网络中业务情况的分析，得出相应的判断矩阵，进而利用层次分析法，得
出每类业务在传输过程中的权重pi；
第四，ISP根据网络服务费用和不同类用户获得的服务质量，制定出各个用户类的数据
流...

【专利技术属性】
技术研发人员：都文和，姚志强，房汉雄，王艳春，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23