[發(fā)明專利]分組和電路混合交換系統(tǒng)中的流量需求估計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310445946.4
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103546337A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 李平青;孫衛(wèi)強;肖石林;胡衛(wèi)生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發(fā)明涉及通信技術領域的方法，尤其是在交換機系統(tǒng)中，具體涉及一種分組和電路混合交換系統(tǒng)中的流量需求估計方法。

背景技術

在通信技術領域，相比于純分組交換系統(tǒng)或者純線路交換系統(tǒng)，分組和電路混合交換系統(tǒng)有著很多優(yōu)勢，如可以進行統(tǒng)計復用提高線路利用率，同時提供面向連接的服務來保證服務質量（QoS），從而有更小的時延、更高的吞吐量、更低的線路阻塞率、更好的QoS保證，因此得到了迅速的普及。隨著網絡技術愈發(fā)智能化及高速化，高速混合交換系統(tǒng)中分組交換和電路交換的智能切換成為了技術演進的關鍵技術之一，而更智能的切換依賴于更高效的流量需求估計方法。

流量需求估計作為混合交換系統(tǒng)的重要基礎直接決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，尤其是在高速的混合交換系統(tǒng)中。在高速混合交換系統(tǒng)中，由于數據的到達間隔極短，并發(fā)數據流數目巨大，進行準確的流量需求估計，其代價極高，特別是在數據中心網絡中，對數以萬計的數據流進行準確的流量需求估計，其網絡成本、系統(tǒng)開銷、能耗都是異常巨大的。在這種情況下，提出一種能高效地應用于高速分組和電路混合交換系統(tǒng)，同時能應對各種網絡流量特征的流量需求估計方法十分必要，也是十分有意義的。

經對現有文獻檢索發(fā)現，G.Wang,D.G.Andersen等人在《ACM?SIGCOMM?Computer?Communication?Review-SIGCOMM'10（美國計算機協(xié)會ACM數據通信專業(yè)組計算機通信回顧-數據通信專業(yè)組10）》第40卷第4期327-338頁上發(fā)表了題為“c-Through:part-time?optics?in?data?centers”的文章，文章中提出了基于緩存占用的流量需求估計方法，通過檢測當前高速混合交換系統(tǒng)中各虛擬輸出隊列（VOQ）的緩存占用情況來作為流量需求估計的因子，該方法的優(yōu)點是簡單、易于實施，但當流量非常穩(wěn)定的時候，緩存占用會趨于零，該方法會失效。

又經文獻檢索發(fā)現，N.Farrington,G.Porter等人在《ACM?SIGCOMM?Computer?Communication?Review-SIGCOMM'10（美國計算機協(xié)會ACM數據通信專業(yè)組計算機通信回顧-數據通信專業(yè)組10）》第40卷第4期339-350頁上發(fā)表了題為“Helios:a?hybrid?electrical/optical?switch?architecture?for?modular?data?centers”的文章，文章中提出了基于流速的流量需求估計方法，通過實時監(jiān)測當前高速混合交換系統(tǒng)中各VOQ的流速情況來作為流量需求估計的因子，該方法的優(yōu)點是能較準確地反應當前的流量需求，但其缺點也非常明顯，流速信息并不能反應突發(fā)性流量的流量需求，因此，在流量非常不穩(wěn)定的情況下，會造成緩存的占用率的增長，從而帶來一定程度的丟包率和時延上升。同時，高速交換系統(tǒng)中流速的準確檢測也會帶來非常大的系統(tǒng)開銷。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現有技術存在的上述缺點和不足，提出一種分組和電路混合交換系統(tǒng)中的流量需求估計方法，使得本發(fā)明具有簡單、易于實施、不增加額外系統(tǒng)開銷、估計結果準確，并廣泛適用于各種流量環(huán)境。本發(fā)明中，緩存占用和流速信息同時參與到整個流量需求估計的過程中；調度的結果——資源分配信息反饋回來參與流量需求估計的過程，即調度的過程和流量需求估計的過程形成閉合反饋系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過如下技術方案實現，本發(fā)明是通過對傳統(tǒng)混合交換系統(tǒng)中已有的VOQ緩存隊列的長度信息和該VOQ的資源分配信息進行信息采樣、信息提取和估計、流量需求估計的過程來實現的。其中，VOQ隊列長度信息指的是輸入輸出端口對之間因為某種原因緩存在輸入端口的分組數目；VOQ資源分配信息指的是系統(tǒng)分配給該隊列用于交換的資源數目（如時隙數、波長數），包括分組交換部分和電路交換部分；信息采樣是指對該隊列的信息進行周期性地獲取和存儲的過程；信息提取和估計包括提取VOQ隊列增長值、估計VOQ流速信息兩部分，其中，VOQ隊列增長值的提取通過VOQ隊列長度采樣值得到，VOQ流速信息估計是通過已有的資源分配信息和已處理的隊列增長值去估計VOQ的流速信息；流量需求估計是通過前面采樣、提取、估計到的所有信息進行總的流量需求的估計操作，并處理得到流量需求的穩(wěn)定部分用于電路分配。

根據本發(fā)明提供的分組和電路混合交換系統(tǒng)中的流量需求估計方法，包括如下過程：

信息采樣過程：周期性地讀取虛擬輸出隊列的長度并記錄；