[發明專利]基于服務等級協議的數據幀搶占式緩存管理方法

在審

• 申請號: 202010732501.4
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111917666A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 張冰;向延博;凌楠偉;張奭;趙輝;張誠
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;北京瀚諾半導體科技有限公司
• 主分類號: H04L12/863
• 分類號: H04L12/863;H04L12/865;H04L12/801;G06F17/10
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種基于服務等級協議的數據幀搶占式緩存管理方法，主要解決現有技術未考慮高服務等級用戶的QoS，且高優先級數據丟幀率高及緩存空間低利用率的問題。其方案是：1)基于服務等級協議設置隊列門限及各優先級最低門限，初始化緩存管理參數；2)當有數據幀到達緩存時，判斷是否需要丟棄該數據幀或其他已存數據幀，執行3)，若沒有數據幀到達，則結束服務；3)對無需丟棄的數據幀將其進入到緩存空間，返回2)；對需要丟棄的數據幀，依據服務等級協議設置的隊列門限，丟棄滿足條件的數據幀后，返回2)。本發明能保證高服務等級用戶的QoS、降低了高優先級數據幀丟幀率提高了緩存空間利用率，可用于星型網絡中的交換設備。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及一種數據幀隊列緩存管理方法，可用于星型網絡中的交換設備。

背景技術

在基于共享媒質的局域網和接入網中，常采用一種星型網絡的拓撲結構，這種拓撲結構通常由一個中心節點和若干用戶節點構成。在這種網絡中，中心節點和各用戶節點之間可以進行雙向數據傳輸，各用戶節點需要通過中心節點轉發來進行數據傳輸。因此，需要通過中心節點來管理和協調來發往不同用戶節點的數據幀，進而要求中心節點能夠有效地利用緩存空間來保證發往不同節點的數據幀能有效地入隊。

在實際的網絡系統中，網絡的各種資源是有限的，為了網絡資源的充分利用，服務提供商經常會提供不同的服務等級，因此不同的用戶節點享受的服務是不同的。所以在網絡交換設備進行緩存管理的時候，就需要中心節點在數據幀到達緩存的時候需要盡可能的考慮高服務等級用戶的服務質量QoS、緩存空間的利用率、降低數據幀的丟幀率且盡可能保證高優先級數據幀的丟幀率。目前采用最多的緩存管理方法主要有靜態閾值策略ST、動態閾值策略DT、Push-Out策略PO以及多優先級策略，其中：

所述靜態閾值策略ST，其包括完全分占型方式、完全共享型方式以及部分共享部分分占型方式。

該完全分占型方式是將整個緩存空間按照用戶隊列的個數平均分為n份，每個隊列固定占用緩存大小，當某隊列的固定緩存空間占滿之后，再入隊的數據幀就需要被丟棄，這種緩存管理方式能很好的保證用戶的公平性，但是不能保證高服等級用戶的服務質量而且緩存利用率低。

該完全共享型方式是讓所有用戶隊列共享整個緩存空間，只有緩存空間已滿才會丟棄到達的數據幀，這種緩存管理方式充分利用了緩存空間、提高了緩存空間的利用率，但是完全通過數據量去分配緩存空間不能保證高服務等級用戶享受應有的QoS，而且不能給高優先級數據更低丟包率的保障。

該部分共享部分分占型方式將緩存空間劃分為共享區和分占區，將分占區均分給每個用戶隊列，保證每個隊列的緩存空間下限，當某個隊列數據量較大并且占滿了對應的分占區隊列空間，可以將數據幀存放在共享緩存區內，直到共享緩存區滿才會丟棄到達的數據幀，這種方式保證了用戶的公平性并相應的減少了數據幀的丟包率，但是這種方式沒有保證高服務等級用戶可以享有更低的丟包率，也沒有考慮高優先級數據幀的丟包率，而且不能在突發業務情況下保證緩存空間的利用率。

所述動態閾值策略DT，指的是任何時候隊列長度閾值與緩存管理中未使用緩存大小成比例。動態閾值策略比較有代表的有典型動態閾值策略和最佳DT算法。

該典型動態閾值策略，其思路是設置隊列管理每個隊列的獨立隊列閾值與當前未使用的緩存空間大小成比例，只有當隊列實際長度超過計算出的隊列閾值，到達緩存的數據幀才會被丟棄，采用這種緩存管理策略雖然可保證在突發業務情況下的緩存空間利用率，但是這種策略計算出的動態閾值只和整個緩存空間有關而沒有考慮隊列自身長度的影響，很難保證高服務等級用戶的服務質量以及高優先級數據幀的丟包率。

該最佳DT算法，是在典型動態閾值的策略之上，端口隊列閾值會隨輸出服務速率的變化而變化，該策略本身不要求預留緩存，并且允許超負載的隊列在緩存未滿時占用更多空間，相比于典型動態閾值策略提高了緩存利用率。但是和典型動態閾值策略有同樣的弊端。