一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法和系统。所述方法包括：根据用户对终端业务的满意度获取针对所述终端业务的效用函数；根据所述效用函数判断光网络单元的负载状态，并根据所述负载状态为所述光网络单元分配带宽；根据所述效用函数，采用效用最大最小原则对所述光网络单元对应的所述终端业务进行带宽分配，获取所述终端业务的效用值；根据所述效用值，通过所述效用函数的反函数计算所述终端业务的分配带宽。本发明专利技术提供一种集中的带宽分配方案，解决了由于客户端从单一角度适应网络条件带来的不公平性问题，保证各终端业务间的公平性。

A Bandwidth Allocation Method and System Based on Application Awareness to Ensure Service Fairness

The invention discloses a bandwidth allocation method and system based on application awareness to ensure service fairness. The method includes: obtaining the utility function for the terminal service according to the user's satisfaction with the terminal service; judging the load state of the optical network unit according to the utility function, and allocating the bandwidth for the optical network unit according to the load state; and adopting the principle of maximum and minimum utility according to the utility function. The terminal service corresponding to the optical network unit is allocated bandwidth to obtain the utility value of the terminal service, and the allocation bandwidth of the terminal service is calculated by the inverse function of the utility function according to the utility value. The invention provides a centralized bandwidth allocation scheme, which solves the unfairness caused by the client adapting to the network conditions from a single point of view, and guarantees the fairness among the terminal services.

【技术实现步骤摘要】
一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法和系统
本专利技术涉及光通信网络领域，特别是指一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法和系统。
技术介绍
近年来，无源光网络(PassiveOpticalNetworks,PONs)技术由于其高带宽、低维护成本、低能耗等优势在接入网中得到了广泛应用。为了满足终端用户对更高带宽的需求，PONs应用技术正在由传统的时分复用(TimeDivisionMultiplexed，TDM)向波分复用(WavelengthDivisionMultiplexed，WDM)、时分和波分复用(TimeandwavelengthDivisionMultiplexed，TWDM)以及正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexed，OFDM)发展。不同的大流量互联网业务采用不同的机制适应网络条件的变化，常见的应用机制包括速率自适应以及时延自适应机制。典型的应用速率自适应机制的业务为视频会议，该业务实时评估网络条件，并根据评估结果产生分层的带宽需求，以此确保业务运行的流畅性。典型的应用速率自适应机制的业务为直播业务，该业务对网络带宽有固有的需求，此需求不因网络条件的变化而发生改变。在实际应用场景中，无论终端业务采用哪种适应机制，其均无法知道同一条链路上其他业务的带宽需求，因此每一个客户端都是根据单方面的判断去适应网络，从而产生了不公平的带宽竞争问题。随着直播业务、视频会议以及电话医疗等大流量互联网业务的爆发式增长，PON上行带宽被大量消耗，如何确保业务间的公平性已成为带宽分配的一个关键问题。现有技术中，一种解决业务间公平性的方法包括：各ONU将本地业务流按照优先级由高到低分为以下三个类别：加速转发(ExpeditedForwarding，EF)、确保转发(AssuredForwarding，AF)和尽力而为(BestEffort，BE)。其中，EF业务主要是指对实时性要求较高的业务，如语音业务；AF业务主要是指对带宽有较大需求，但是对时延不是特别敏感的应用，如视频类业务；BE业务主要是对数据包抖动、时延和带宽等都没有特殊性要求的业务，如数据业务。具体执行时，各业务流首先在ONU缓存区内按照各自等级进入不同的队列中等待发送，当ONU缓存区满时，具有较高优先级的业务流将取代具有较低优先级的数据。当ONU接收到OLT的授权时，ONU按照服务等级为不同的业务提供带宽。这种分配方式效率较高，但是其业务分类粒度较粗，对着业务类型多样化的发展，该方式无法有针对性地满足不同类型业务的需求，从而影响了用户的业务体验。另一种解决业务间公平性的方法包括：针对不同的业务流，各ONU将其划分为不同的业务类型，并将不同类型的业务流进行分级，然后根据预设规则，对不同等级的业务设定相应的带宽区间，由此保证了各业务流的公平接入。该分配方法以业务请求为依据，无法有效解决各业务从单一角度适应带宽带来的公平性问题。此外，网络应用的最终目标在于提高用户的网络体验，而上述方法均未考虑用户层面的需求，不能很好地提高用户体验。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法和系统，解决上行通信中大流量互联网业务间的公平性问题。基于上述目的本专利技术提供的一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法，包括：根据用户对终端业务的满意度获取针对所述终端业务的效用函数；根据所述效用函数判断光网络单元的负载状态，并根据所述负载状态为所述光网络单元分配带宽；根据所述效用函数，采用效用最大最小原则对所述光网络单元对应的所述终端业务进行带宽分配，获取所述终端业务的效用值；根据所述效用值，通过所述效用函数的反函数计算所述终端业务的分配带宽。优选的，判断所述光网络单元的负载状态，包括：获取所述光网络单元的最小确保带宽获取所述光网络单元所对应的全部终端业务在效用值最大时的所需带宽若则所述光网络单元处于轻载状态；若则所述光网络单元处于重载状态。优选的，所述光网络单元的所述最小确保带宽的计算公式为：其中，Tcycle为轮询周期，Tg为各所述光网络单元间轮询的保护时隙，N为光线路终端所连接的所述光网络单元的数量，R为光线路终端上行带宽。优选的，所述根据所述效用函数判断光网络单元的负载状态，并根据所述负载状态为所述光网络单元分配带宽，包括：若所述光网络单元处于轻载状态，则为所述光网络单元分配的带宽满足若所述光网络单元处于重载状态，则为所述光网络单元分配的带宽满足其中，为各个所述光网络单元分配的带宽，K为处于轻载状态的所述光网络单元的数量。优选的，所述采用效用最大最小原则对所述光网络单元对应的所述终端业务进行带宽分配，所采用的问题模型为：其中Ui(xi)为所述效用函数，xi为给第i支业务流所分配的带宽，C为网络总带宽；mi和Mi分别为实现第i支业务流最小效用和最大效用所需要的带宽。优选的，为降低求问题P1最优解的时间复杂度，将所述问题模型转换为：其中Fi(xi)为严格凸函数；求解上述问题模型，得到P2的最优解为且满足优选的，将求解P2转化为求解P2的对偶函数：其中根据牛顿迭代法求P3：λ(t+1)＝λ(t)-▽2g(λ(t))-1▽g(λ(t))，其中通过迭代计算获取所述终端业务的所述效用值。优选的，所述终端业务包括Skype视频会议业务，所述Skype视频会议业务的效用函数为：其中，U为分配带宽为r时的效用值，rmax、rmax分别表示Skype实现分层编码所支持的最大带宽和最小带宽，rmax为20Kbps，rmax为2～5Mbps，α和β决定效用函数的倾斜程度，1-β为光网络单元分配带宽为最小值时Skype取得的效用值。优选的，所述终端业务包括直播业务，所述直播业务的效用函数为：其中α和β决定效用函数的倾斜程度，rd代表直播业务达到效用值为β时所需要的带宽。本专利技术还提出一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配系统，包括：第一获取单元，用于根据用户对终端业务的满意度获取针对所述终端业务的效用函数；分配单元，用于根据所述效用函数判断光网络单元的负载状态，并根据所述负载状态为所述光网络单元分配带宽；第二获取单元，用于根据所述效用函数，采用效用最大最小原则对所述光网络单元对应的所述终端业务进行带宽分配，获取所述终端业务的效用值；计算单元，用于根据所述效用值，通过所述效用函数的反函数计算所述终端业务的分配带宽。从上面所述可以看出，本专利技术提供的基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法和系统，通过在PON网络OLT侧引入具有集中控制能力的SDN控制器，获取每一个大流量业务终端的效用函数，从而在OLT侧实现资源的集中分配；OLT执行ONU间带宽分配后，将授权带宽和效用函数相关信息传递到各ONU。各ONU利用效用最大最小原则执行带宽分配策略，从而使得与ONU所连接的终端用户具有相同的保证各终端业务间的公平性。附图说明图1为本专利技术实施例系统架构示意图；图2为本专利技术实施例所述基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法的流程图；图3为本专利技术实施例所述基于应用感知确保业务公平性的带宽分配系统的结构图；图4为本专利技术实施例两终端业务的带宽分配图；图5为本专利技术实施例两终端业务的效用分布图；图6为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法，其特征在于，包括：根据用户对终端业务的满意度获取针对所述终端业务的效用函数；根据所述效用函数判断光网络单元的负载状态，并根据所述负载状态为所述光网络单元分配带宽；根据所述效用函数，采用效用最大最小原则对所述光网络单元对应的所述终端业务进行带宽分配，获取所述终端业务的效用值；根据所述效用值，通过所述效用函数的反函数计算所述终端业务的分配带宽。

【技术特征摘要】
1.一种基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法，其特征在于，包括：根据用户对终端业务的满意度获取针对所述终端业务的效用函数；根据所述效用函数判断光网络单元的负载状态，并根据所述负载状态为所述光网络单元分配带宽；根据所述效用函数，采用效用最大最小原则对所述光网络单元对应的所述终端业务进行带宽分配，获取所述终端业务的效用值；根据所述效用值，通过所述效用函数的反函数计算所述终端业务的分配带宽。2.根据权利要求1所述的基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法，其特征在于，判断所述光网络单元的负载状态，包括：获取所述光网络单元的最小确保带宽获取所述光网络单元所对应的全部终端业务在效用值最大时的所需带宽若则所述光网络单元处于轻载状态；若则所述光网络单元处于重载状态。3.根据权利要求2所述的基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法，其特征在于，所述光网络单元的所述最小确保带宽的计算公式为：其中，Tcycle为轮询周期，Tg为各所述光网络单元间轮询的保护时隙，N为光线路终端所连接的所述光网络单元的数量，R为光线路终端上行带宽。4.根据权利要求3所述的基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法，其特征在于，所述根据所述效用函数判断光网络单元的负载状态，并根据所述负载状态为所述光网络单元分配带宽，包括：若所述光网络单元处于轻载状态，则为所述光网络单元分配的带宽满足若所述光网络单元处于重载状态，则为所述光网络单元分配的带宽满足其中，为各个所述光网络单元分配的带宽，K为处于轻载状态的所述光网络单元的数量。5.根据权利要求1所述的基于应用感知确保业务公平性的带宽分配方法，其特征在于，所述采用效用最大最小原则对所述光网络单元对应的所述终端业务进行带宽分配，所采用的问题模型为：其中Ui(xi)为所述效用函数，xi为给第i支业务流所分配的带宽，C为网络总带宽；mi和Mi分别为实现第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文安，林立霞，葛维春，张东龙，胡大帅，李树阳，罗桓桓，周桂平，张锐，邓伟，郭栋，
申请(专利权)人：北京邮电大学，国网辽宁省电力有限公司，北京国电通网络技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11