基于服务等级协议的时间片散列调度方法技术

基于服务等级协议的时间片散列调度方法包括时间片描述机制、时间片的快速预排法和综合ＱｏＳ参数的动态队列权重，能够合理分配资源，确保服务质量，达到整体精确的ＱｏＳ优化和ＳＬＡ保障；本方法中提出时间片描述机制，是为了精确保障各个业务类的时延、抖动、带宽、丢包率等ＱｏＳ参数；提出快照法预排，是为了在一段时间内预分配资源，提高各个队列的总体服务质量；为了克服实际网络情况变化带来的影响，提出综合ＱｏＳ参数的动态队列权重，即根据当前实际的路由器资源和队列状况动态调整队列的权重。本调度方法提出时间片描述机制，通过对时间片的预排和动态调整，精确保证ＱｏＳ的多种参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种优化的路由器队列调度方法，主要用于解决队列中的数据包优化转发的问题，属于QoS(服务质量)保障

技术介绍
SLA(Service Level Agreement为“服务等级协议”)是关于网络服务供应商(ISP)和用户间的一份合同，其中定义了服务类型、服务质量和客户费用等术语。网络服务供应商和用户间签订SLA，就是要按照SLA的具体条款来保证用户的服务质量。同时，用户根据SLA的具体条款来付费。随着Internet规模的不断增大，各种各样的网络服务争相涌现，先进的多媒体系统层出不穷。由于实时业务对网络传输时延、抖动、丢包率等特性较为敏感，当网络上有突发流量时，实时业务就会受到很大影响；另一方面，多媒体业务占用了大量的带宽，这样，现有网络要保证的关键业务就难以得到可靠的传输。解决这些问题的最简单的办法当然是增大带宽，但是这种方法代价高昂，可行性不高。这就要求网络管理者对不同的服务区别管理，而不能对所有的数据包一视同仁。队列调度机制作为IP网络QoS的实现机制之一，对数据包进行合理的调度，对含有内容标识的数据包进行优化，并对其中特定的数据包赋以较高的优先级，从而加速传输的进程，并实现实时交互。路由器中调度算法所要完成的功能就是如何从多个(或一个)队列中选择下一个待转发的分组。一个有效的队列调度算法应达到的性能指标主要有：公平性、时延特性、对恶意业务流的隔离能力、链路带宽的利用率和复杂性等，前4个指标与QoS密切相关。基于SLA的时间片散列调度算法充分考虑以上几个性能指标。与本专利技术相关的现有技术分析：当前，成熟的队列调度算法有FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBWFQ、LLQ等。它们只考虑带宽这个QoS参数，以带宽来间接保障时延、抖动、丢包率等QoS参数；而且都是根据事先确定的算法对当前情况作出处理，不对以后的情况作出预判；也不能根据实际的网络负载状况来动态改变调度策略。其中，CBWFQ队列调度算法是思科路由器的主要调度算法，它是一种动态的调度算法，根据事先确定的算法对当前情况作出处理，不对以后的情况作出预判。CBWFQ算法为每个类分配一个队列，每个队列规定了带宽、权重、最大数据包限制。权重是基于带宽确定的，即CBWFQ只考虑了带宽这个QoS参数。CBWFQ算法中的权重是静态的，根据设定好的带宽确定权重后，就不再改变。当某个队列处于空闲状态，会导致处理资源的浪费。-->
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种基于SLA的时间片散列调度方法，来解决路由器内部QoS保障的问题。与传统的队列调度算法不同，本调度方法提出时间片描述机制，通过对时间片的预排和动态调整，精确保证QoS的多种参数。技术方案：本方法中提出时间片描述机制，是为了精确保障各个业务类的时延、抖动、带宽、丢包率等QoS参数；提出快照法预排，是为了在一段时间内预分配资源，提高各个队列的总体服务质量；为了克服实际网络情况变化带来的影响，提出综合QoS参数的动态队列权重，即根据当前实际的路由器资源和队列状况动态调整队列的权重。各种业务类有自己的特性，它们对QoS参数的要求也各有侧重。例如，高清晰视频业务，要求带宽大、时延小、抖动小；FTP业务，要求带宽大，而对时延和抖动的要求不严格。各种业务对QoS的具体需求，在SLA中已经做了规定。本算法中，标准时间片的大小固定。在一个标准时间片里，转发的数据包流量是相同的。在时间轴上，带宽表现为队列分到的标准时间片的个数；时延表现为某个队列的两个相邻时间片之间的最大间隔大小；抖动表现为某一队列的相邻时间片之间间隔的均匀程度，QoS参数与时间片分布的对应关系如图1所示。基于服务等级协议的时间片散列调度方法包括时间片描述机制、时间片的快速预排方法和综合QoS参数的动态队列权重，能够合理分配资源，确保服务质量，达到整体精确的QoS优化和SLA保障；该方法所包含的步骤为：步骤1).对路由器上的所有业务队列，根据SLA映射的QoS参数，计算静态队列权重wS；步骤2).判断路由器上是否有等待预排的队列，即队列长度大于0的队列，如果没有，转步骤23)，否则继续；步骤3).根据当前路由器资源，对所有等待预排的队列计算可分配的时间片个数，设第i个队列的时间片数为Mi；步骤4).读取一个待预排的队列i，从时间片分布轴上从头开始查找出第一个为空的位置，插入该队列第一个时间片，且使队列i的时间片数Mi减1；步骤5).为队列i计算出下一个时间片的插入位置：下一个时间片与当前时间片间隔个时间片，这里di为队列i所对应业务在SLA中签订的最小时延，t为标准时间片的大小；判断该位置是否空闲，若不空闲，转步骤7)；空闲，则继续；步骤6).插入队列i的时间片，转步骤10)；步骤7).判断此队列是否为延时敏感的队列，若不是敏感队列，转步骤9)；步骤8).从冲突点向前查找，找出离冲突点最近的空位点插入时间片，转步骤10)；步骤9).从冲突点向后查找，找出离冲突点最近的空位点插入时间片；步骤10).使队列i的时间片数Mi减1，并判断Mi是否大于0，如果是，则转步骤5)；步骤11).判断是否有等待预排时间片的队列，如果有，转步骤4)；没有，则继续；步骤12).从当前时刻开始，按已排列好的时间片顺序对业务队列进行调度；步骤13).判断是否到达一个周期T，若未达到，转步骤17)；若到达一个周期T，继续；步骤14).根据当前路由器资源和队列状态计算所有队列的动态权重；判断是否到达时间间隔10T，若已到达时间间隔10T，重置周期计数器，转步骤2)；步骤15).判断处于非正常状态的队列数与总队列数的比值是否达到快照更新触发阀值V，若达到快照更新触发阀值V，转步骤2)；-->步骤16).本周期T沿用上一个周期T的快照，转步骤12)；步骤17).判断当前是否出现空时间片且空时间片与标准时间片的比值达到转让阀值R，若是，则转步骤19)；步骤18).判断是否有队列出现突发抢占事件，若有，则选择一个权重最高的队列，转步骤20)；步骤19).挑选当前权重最高的队列，占用该空时间片，转步骤12)；步骤20).判断当前标准时间片是否执行完成，若未完成，等待该时间片执行完成；步骤21).抢占当前时间片；步骤22).判断是否抢占超时，若超时，转步骤12)；若未超时，判断抢占事件是否完成，若完成，转步骤12)，若未完成，转步骤21)；步骤23).全过程结束。有益效果：与现行的队列调度算法相比，本专利技术设计的基于SLA的时间片散列调度算法具有以下特点：(1)时间片描述机制，精确保障QoS。用时间片的描述方法量化带宽资源，在排列时间片的时间轴上，带宽表现为某一队列分到的时间片的个数；时延表现为某个队列的两个相邻时间片之间的最大间隔大小；抖动表现为某一队列相邻时间片之间的间隔的均匀程度。(2)通过时间片的快速预排，达到整体的QoS优化和SLA保障。基于SLA的时间片散列调度算法使用了时间片预排的方法，参考当前的队列调度结果，按照SLA为各个队列提前分配和排列时间片。并以预排结果为基础，根据需要动态调整队列的调度。通过对时间片的数量和间隔的控制，既精确保障各个QoS参数，又充分利用资源。不仅保障当前情况下某个队列的服务质量，而且能提高各队列的总体服务质量；CBWF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于服务等级协议的时间片散列调度方法，其特征在于该方法包括时间片描述机制、时间片的快速预排方法和综合ＱｏＳ参数的动态队列权重，能够合理分配资源，确保服务质量，达到整体精确的ＱｏＳ优化和ＳＬＡ保障；该方法所包含的步骤为：　步骤１）． 对路由器上的所有业务队列，根据ＳＬＡ映射的ＱｏＳ参数，计算静态队列权重ｗ↓［Ｓ］；　步骤２）．判断路由器上是否有等待预排的队列，即队列长度大于０的队列，如果没有，转步骤２３），否则继续；　步骤３）．根据当前路由器资源，对所有等待 预排的队列计算可分配的时间片个数，设第ｉ个队列的时间片数为Ｍ↓［ｉ］；　步骤４）．读取一个待预排的队列ｉ，从时间片分布轴上从头开始查找出第一个为空的位置，插入该队列第一个时间片，且使队列ｉ的时间片数Ｍ↓［ｉ］减１；　步骤５）．为 队列ｉ计算出下一个时间片的插入位置：下一个时间片与当前时间片间隔ｓ↓［ｉ］＝「ｄ↓［ｉ］／ｔ」个时间片，这里ｄ↓［ｉ］为队列ｉ所对应业务等级在ＳＬＡ中签订的最小时延，ｔ为标准时间片的大小；判断该位置是否空闲，若不空闲，转步骤７）；空闲，则继续；　步骤６）．插入队列ｉ的时间片，转步骤１０）；　步骤７）．判断此队列是否为延时敏感的队列，若不是敏感队列，转步骤９）；　步骤８）．从冲突点向前查找，找出离冲突点最近的空位点插入时间片，转步骤１０）；　步骤９）．从 冲突点向后查找，找出离冲突点最近的空位点插入时间片；　步骤１０）．使队列ｉ的时间片数Ｍ↓［ｉ］减１，并判断Ｍ↓［ｉ］是否大于０，如果是，则转步骤５）；　步骤１１）．判断是否有等待预排时间片的队列，如果有，转步骤４）；没有，则继续 ；　步骤１２）．从当前时刻开始，按已排列好的时间片顺序对业务队列进行调度；　步骤１３）．判断是否到达一个周期Ｔ，若未达到，转步骤１７）；若到达一个周期Ｔ，继续；　步骤１４）．根据当前路由器资源和队列状态计算所有队列的动态权 重；判断是否到达时间间隔１０Ｔ，若已到达时间间隔１０Ｔ，重置周期计数器，转步骤２）；　步骤１５）．判断处于非正常状态的队列数与总队列数的比值是否达到快照更新触发阀值Ｖ，若达到快照更新触发阀值Ｖ，转步骤２）；　步骤１６）．本周期Ｔ 沿用上一个周期Ｔ的快照，转步骤１２）；　步骤１７）．判断当前是否出现空时间片且空时间片与标准时间片的比值达到转让阀值Ｒ，若是，...

【技术特征摘要】
1.一种基于服务等级协议的时间片散列调度方法，其特征在于该方法包括时间片描述机制、时间片的快速预排方法和综合QoS参数的动态队列权重，能够合理分配资源，确保服务质量，达到整体精确的QoS优化和SLA保障；该方法所包含的步骤为：步骤1).对路由器上的所有业务队列，根据SLA映射的QoS参数，计算静态队列权重wS；步骤2).判断路由器上是否有等待预排的队列，即队列长度大于0的队列，如果没有，转步骤23)，否则继续；步骤3).根据当前路由器资源，对所有等待预排的队列计算可分配的时间片个数，设第i个队列的时间片数为Mi；步骤4).读取一个待预排的队列i，从时间片分布轴上从头开始查找出第一个为空的位置，插入该队列第一个时间片，且使队列i的时间片数Mi减1；步骤5).为队列i计算出下一个时间片的插入位置：下一个时间片与当前时间片间隔个时间片，这里di为队列i所对应业务等级在SLA中签订的最小时延，t为标准时间片的大小；判断该位置是否空闲，若不空闲，转步骤7)；空闲，则继续；步骤6).插入队列i的时间片，转步骤10)；步骤7).判断此队列是否为延时敏感的队列，若不是敏感队列，转步骤9)；步骤8).从冲突点向前查找，找出离冲突点最近的空位点插入时间片，转步骤10)；步骤9).从冲突点向后查找，找出离冲突点最近的空位点插入时间片；步骤10)....

【专利技术属性】
技术研发人员：张登银，程春玲，李正，吴超，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]