一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法及系统，针对具有灵活截止时间特性预留请求FD‑BRR，通过在为对应的请求分配单个时隙的网络资源，并通过优先级动态调整资源的分配解决高性能网络中的周期性调度问题。灵活截止时间预留请求指请求的目的是传输指定大小的数据量，而对于在网络资源不足的情况下对于是否能够在截止时间内完成所有数据量的传输的要求比较灵活，尽力去在要求约束下提高数据传输率，最终目的是为了传输更多数据，同时尽可能降低传输时长。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法及系统
本专利技术属于计算机网络
，具体涉及一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法及系统。
技术介绍
在各种科学，工程和商业领域中的大型应用程序产生了海量的数据，这些大数据经常都需要快速可靠的进行长距离传输。高性能网络通过带宽预留提供专用通道，已成为满足大数据传输需求的有前景的解决方案。通常，高性能网络的带宽调度器负责为用户计算出适当的网络路径，并分配需要的链路带宽。高性能网络是具有带宽预留能力的网络，其中的带宽调度问题是一个极其重要的问题，直接关系到网络资源利用率和用户满意程度，特别是，很多科学应用任务需要可调度的、灵活的网络服务，而调度通过积攒请求来进行的带宽预留，达到更高的网络利用率。为了评估带宽调度算法的性能，应主要从用户请求成功率和网络的利用率来衡量算法优劣。目前高性能网络带宽调度领域中比较常见的问题是为一批具有截止时间约束的传输请求计算可以为他们的传输任务预留的路径和带宽。常见的带宽调度算法会选择使用不同的带宽分配方式，针对特定的优化指标如预留成功率、请求传输完成时间、传输持续时间等，去提出更具有针对性的带宽调度算法来满足当前业务的需要。如Zuo等人研究了在高性能网络中对多个请求在具有截止时间的约束下同时进行带宽调度的问题，以平均完成时间和传输时间最为指标提出了有效的启发式算法，但是算法对于无法完成全部需求数据量传输的请求是拒绝的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法及系统，用以解决现有技术中中缺少最大化请求的完成率和网络带宽利用率为目标的周期性调度算法的问题。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法，包括如下步骤：步骤1：获取所有传输请求，所述的每个传输请求包括源节点、目的节点、传输数据量、最大传输带宽、传输开始时隙和传输截止时隙；将所有传输请求中最早的传输开始时隙作为时隙窗口的第一个时隙t0，将所有传输请求中最晚的传输截止时隙作为时隙窗口的最后一个时隙tn-1，构建时隙窗口，所述的时隙窗口包括n个时隙，n≥0；步骤2：建立未处理集合UPR、处理中集合PR、已完成集合FR和未完成集合UFR，并将所有集合置为空；步骤3：将所有传输请求移至UPR中，将时隙窗口中每个时隙对应的所有传输请求从第一个时隙起依次从UPR移至PR，每移动一个时隙则对PR中的所有传输请求进行一次带宽分配，其中，将每次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量为0的传输请求移至已完成集合FR，将每次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量不为0的传输请求保留；移动至UPR为空时，对PR中所有传输请求进行最后一次带宽分配，将最后一次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量为0的传输请求移至FR，将最后一次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量不为0的传输请求移至UFR；将FR中所有请求的预留带宽作为时隙窗口内完成传输需求的资源预留方案，将UFR中所有请求的预留带宽作为时隙窗口内未完成传输需求的资源预留方案；其中，在时隙ti对PR进行带宽分配包括如下子步骤，i∈[1,n]：步骤3.1：将UPR中所有传输开始时隙为ti的传输请求从UPR加入PR中；步骤3.2：计算PR中所有传输请求的优先级，根据传输请求的优先级由大到小对PR中所有传输请求进行排序；步骤3.3：根据PR中每个传输请求的源节点、目的节点、传输数据量和最大传输带宽采用Dijkstra算法按照优先级排序依次计算PR中每个传输请求的最优路径和带宽，将每个传输请求的最优路径置为无效，所述的带宽满足最大带宽限制；步骤3.4：根据PR中每个传输请求的带宽计算每个传输请求的剩余传输数据量，依据剩余传输数据量计算每个传输请求的预留带宽。进一步的，步骤3.2中采用式Ⅰ计算每个传输请求的优先级：其中，gk表示传输请求rk的优先级，表示传输请求rk的剩余数据传输量，表示请求的传输开始时隙，表示请求的传输截止时隙，k表示传输请求的序号，k∈[1,K]，K为传输请求的总数，i表示时隙的序号。进一步的，步骤3.3中，计算PR中第k个传输请求rk的预留带宽包括如下子步骤：步骤a：获取rk的源节点、目的节点、传输数据量和最大传输带宽，采用Dijkstra算法计算rk的最优路径p和最优路径对应的带宽b，并将p经过的链路置为无效；步骤b：计算rk的剩余传输数据量并进行判断：若则获得rk的预留带宽b且令其中，若则返回步骤a重新寻找p以外的最优路径，至无法找到最优路径为止。一种基于单时隙动态优先级的带宽调度系统，包括请求采集及划分模块、初始化模块和带宽分配模块；所述的请求采集及划分模块用于获取所有传输请求，所述的每个传输请求包括源节点、目的节点、传输数据量、最大传输带宽、传输开始时隙和传输截止时隙；将所有传输请求中最早的传输开始时隙作为时隙窗口的第一个时隙t0，将所有传输请求中最晚的传输截止时隙作为时隙窗口的最后一个时隙tn-1，构建时隙窗口，所述的时隙窗口包括n个时隙，n≥0；所述的初始化模块用于建立未处理集合UPR、处理中集合PR、已完成集合FR和未完成集合UFR，并将所有集合置为空；所述的带宽分配模块用于将所有传输请求移至UPR中，将时隙窗口中每个时隙对应的所有传输请求从第一个时隙起依次从UPR移至PR，每移动一个时隙则对PR中的所有传输请求进行一次带宽分配，其中，将每次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量为0的传输请求移至已完成集合FR，将每次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量不为0的传输请求保留；移动至UPR为空时，对PR中所有传输请求进行最后一次带宽分配，将最后一次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量为0的传输请求移至FR，将最后一次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量不为0的传输请求移至UFR；将FR中所有请求的预留带宽作为时隙窗口内完成传输需求的资源预留方案，将UFR中所有请求的预留带宽作为时隙窗口内未完成传输需求的资源预留方案；其中，在时隙ti对PR进行带宽分配包括如下子模块，i∈[1,n]：第一子模块用于将UPR中所有传输开始时隙为ti的传输请求从UPR加入PR中；第二子模块用于计算PR中所有传输请求的优先级，根据传输请求的优先级由大到小对PR中所有传输请求进行排序；第三子模块用于根据PR中每个传输请求的源节点、目的节点、传输数据量和最大传输带宽采用Dijkstra算法按照优先级排序依次计算PR中每个传输请求的最优路径和带宽，将每个传输请求的最优路径置为无效，所述的带宽满足最大带宽限制；第四子模块用于根据PR中每个传输请求的带宽计算每个传输请求的剩余传输数据量，依据剩余传输数据量计算每个传输请求的预留带宽。进一步的，第二子模块中采用式Ⅰ每个传输请求的优先级：其中，gk表示传输请求rk的优先级，表示传输请求rk的剩余数据传输量，表示请求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：获取所有传输请求，所述的每个传输请求包括源节点、目的节点、传输数据量、最大传输带宽、传输开始时隙和传输截止时隙；/n将所有传输请求中最早的传输开始时隙作为时隙窗口的第一个时隙t

【技术特征摘要】
1.一种基于单时隙动态优先级的带宽调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：获取所有传输请求，所述的每个传输请求包括源节点、目的节点、传输数据量、最大传输带宽、传输开始时隙和传输截止时隙；
将所有传输请求中最早的传输开始时隙作为时隙窗口的第一个时隙t0，将所有传输请求中最晚的传输截止时隙作为时隙窗口的最后一个时隙tn-1，构建时隙窗口，所述的时隙窗口包括n个时隙，n≥0；
步骤2：建立未处理集合UPR、处理中集合PR、已完成集合FR和未完成集合UFR，并将所有集合置为空；
步骤3：将所有传输请求移至UPR中，将时隙窗口中每个时隙对应的所有传输请求从第一个时隙起依次从UPR移至PR，每移动一个时隙则对PR中的所有传输请求进行一次带宽分配，其中，将每次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量为0的传输请求移至已完成集合FR，将每次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量不为0的传输请求保留；
移动至UPR为空时，对PR中所有传输请求进行最后一次带宽分配，将最后一次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量为0的传输请求移至FR，将最后一次带宽分配后PR中所有剩余传输数据量不为0的传输请求移至UFR；
将FR中所有请求的预留带宽作为时隙窗口内完成传输需求的资源预留方案，将UFR中所有请求的预留带宽作为时隙窗口内未完成传输需求的资源预留方案；
其中，在时隙ti对PR进行带宽分配包括如下子步骤，i∈[1,n]：
步骤3.1：将UPR中所有传输开始时隙为ti的传输请求从UPR加入PR中；
步骤3.2：计算PR中所有传输请求的优先级，根据传输请求的优先级由大到小对PR中所有传输请求进行排序；
步骤3.3：根据PR中每个传输请求的源节点、目的节点、传输数据量和最大传输带宽采用Dijkstra算法按照优先级排序依次计算PR中每个传输请求的最优路径和带宽，将每个传输请求的最优路径置为无效，所述的带宽满足最大带宽限制；
步骤3.4：根据PR中每个传输请求的带宽计算每个传输请求的剩余传输数据量，依据剩余传输数据量计算每个传输请求的预留带宽。


2.如权利要求1所述的基于单时隙动态优先级的带宽调度方法，其特征在于，步骤3.2中采用式Ⅰ计算每个传输请求的优先级：



其中，gk表示传输请求rk的优先级，表示传输请求rk的剩余数据传输量，表示请求的传输开始时隙，表示请求的传输截止时隙，k表示传输请求的序号，k∈[1,K]，K为传输请求的总数，i表示时隙的序号。


3.如权利要求1所述的基于单时隙动态优先级的带宽调度方法，其特征在于，步骤3.3中，计算PR中第k个传输请求rk的预留带宽包括如下子步骤：
步骤a：获取rk的源节点、目的节点、传输数据量和最大传输带宽，采用Dijkstra算法计算rk的最优路径p和最优路径对应的带宽b，并将p经过的链路置为无效；
步骤b：计算rk的剩余传输数据量并进行判断：
若则获得rk的预留带宽b且令其中，
若则返回步骤a重新寻找p以外的最优路径，至无法找到最优路径为止。


4.一种基于单时隙动态优先级...

【专利技术属性】
技术研发人员：权大玮，侯爱琴，李阳阳，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61