一种基于网络演算的云数据中心网络QoS保证方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络演算的云数据中心网络QoS保证方法，该方法首先基于云数据中心的应用场景，根据网络中不同业务流对网络QoS要求不同，对业务进行划分；其次，基于网络演算理论，建立业务流的QoS边界模型；然后，利用业务流的QoS边界模型，设计了针对实时双向传输业务、实时单向传输业务、非实时C/S模式业务和后台进行的非实时背景类业务流的接纳控制算法，并对上述不同类型的业务流设计了带宽分配策略，以满足数据中心网络数据流的QoS保证要求。本发明专利技术基于网络演算实现云数据中心业务流的QoS保证，将网络中的多种业务流类型进行划分，提出针对不同业务流类型的接纳控制算法和带宽分配策略，更加符合当前云数据中心网络业务流的QoS需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络演算的云数据中心网络QoS保证方法
本专利技术属于网络通信
，具体涉及一种云数据中心网络QoS保证方法。
技术介绍
当前云计算、大数据等新型业务大量出现，云数据中心实时性业务比重增加，所以有了不同于传统网络的QoS需求，迫切需要提出一种新的云数据中心网络QoS保证技术来满足新兴业务流的QoS需求。对于网络QoS保证技术的研究，以往的研究都依赖于排队论、概率论与随机过程等，其分析的主要目标是时延等性能的平均值。随着QoS需求的不断增长，用户需要对网络能提供的服务资源进行控制和调度，以此满足数据流所需的服务质量要求，传统理论存在的弊端开始显露出来。比如很多时延敏感性的应用并不太关心平均时延，而是更关心确切的端到端时延上界。1991年，Cruz提出一种分析网络服务质量保证的新方法，即网络演算理论，通过一种数学计算方法来对网络进行建模分析，进而得到网络中的QoS参数，如时延、丢包等。他将实际网络进行了抽象，在网络演算理论中，一个网络是由多个网络元素互连形成的，包括交换机、路由器等。基于这样的方法，任何通信网络都可以将其简化便于研究。根据实现服务质量的绝对保证和相对保证两种情况，网络演算理论逐渐形成确定性网络演算理论(DeterministicNetworkCalculus，DNC)和概率性网络演算(StochasticNetworkCalculus，SNC)。这两者的共同点在于其最重要的两个基础概念都是到达曲线和服务曲线。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于网络演算的云数据中心网络QoS保证方法，该方法首先基于云数据中心的应用场景，根据网络中不同业务流对网络QoS要求不同，对业务进行划分；其次，基于网络演算理论，建立业务流的QoS边界模型；然后，利用业务流的QoS边界模型，设计了针对实时双向传输业务、实时单向传输业务、非实时C/S模式业务和后台进行的非实时背景类业务流的接纳控制算法，并对上述不同类型的业务流设计了带宽分配策略，以满足数据中心网络数据流的QoS保证要求。本专利技术基于网络演算实现云数据中心业务流的QoS保证，将网络中的多种业务流类型进行划分，提出针对不同业务流类型的接纳控制算法和带宽分配策略，更加符合当前云数据中心网络业务流的QoS需求。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：步骤1：业务划分；将网络中的流划分为四种不同类型的业务流：实时双向传输业务流、实时单向传输业务流、非实时C/S模式业务流和非实时背景类业务流；步骤2：基于网络演算建立性能边界模型；利用概率性网络演算分析工具，得到基于概率性网络演算的时延边界模型和丢包边界模型；步骤3：接纳控制；针对不同业务对网络QoS属性的要求不同，对不同的业务类型采取不同的接纳控制方法：步骤3-1：基于时延约束的接纳控制：基于步骤2提出的时延边界模型，对实时双向传输业务流采用基于时延约束的接纳控制；给定实时双向传输业务流的时延约束条件，求出当前业务所需分配带宽B，比较所需分配带宽B和网络剩余带宽bunused的大小；若满足bunused≥B，则接纳该实时双向传输业务流，进入相应队列等待调度；若不满足bunused≥B，判断当前传输过程中是否有非实时背景类业务流的传输，若有，判断当前已接纳的非实时背景类业务流占用带宽与bunused之和是否大于B，若是，则接纳该实时双向传输业务流并且占用部分非实时背景类业务流的带宽，否则暂停接纳该实时双向传输业务流；步骤3-2：基于带宽严格要求的接纳控制；根据实时单向传输业务流的QoS需求，比较实时单向传输业务流要求的最小带宽bmin和网络剩余带宽bunused的大小，若满足bunused≥bmin，则接纳该实时单向传输业务流，进入相应队列等待调度；若不满足bunused≥bmin，判断当前传输过程中是否有非实时背景类业务流的传输，若有，判断当前已接纳的非实时背景类业务流占用带宽与bunused之和是否大于bmin，若是，则接纳该实时单向传输业务流并且并且占用部分非实时背景类业务流的带宽，否则暂停接纳该实时单向传输业务流；步骤3-3：基于丢包约束的接纳控制；基于步骤2提出的丢包边界模型，对非实时C/S模式业务流进行基于丢包约束的接纳控制；将当前网络的剩余缓存大小和网络的剩余带宽大小引入丢包边界模型中，判断丢包个数是否能满足当前非实时C/S模式业务流的QoS需求，若满足则接纳该非实时C/S模式业务流；否则，判断当前传输过程中是否有非实时背景类业务流的传输，若有，则判断当前已接纳的非实时背景类业务流占用带宽与剩余带宽bunused的和是否满足当前非实时背景类业务流的QoS需求，若满足则接纳该非实时C/S模式业务流并且并且占用部分非实时背景类业务流的带宽，否则暂停接纳该非实时C/S模式业务流；步骤3-4：尽力而为的接纳控制：非实时背景类业务流只需分配剩余带宽，如果剩余带宽大于0，就选择接纳，否则拒绝；步骤4：带宽分配；实时双向传输业务流只需满足自身所需带宽后即能保证时延，所以只需分配接纳控制时所需带宽大小B，无需再分配额外带宽；实时单向传输业务流在保证最小带宽bmin后，若网络仍有剩余带宽，则继续给单向传输业务流分配带宽，直到达到实时单向传输业务的最大效用所要求的带宽brep；非实时C/S模式数据流给定缓存大小后，所需的带宽按照步骤3-3已经得出，只要保证达到所需带宽；非实时背景类业务流与其它三种业务流之间采用优先调度方式，在调度时优先处理实时双向传输业务流、实时单向传输业务流、非实时C/S模式业务流，使非实时背景类业务流与其它三种业务流隔离开来；只有在其它类型业务流都被接纳并且网络中仍有剩余带宽时才调度非实时背景类业务流队列，但此时若有新的其它类型业务流到达，会进行带宽的抢占。进一步地，所述将网络中的流划分为四种不同类型的业务流的具体方法如下：将日常的语音通话、视频通话应用场景划分为实时双向传输业务流；将在线收听的音频或视频播放划分为实时单向传输业务流；将人机交互类业务：浏览网页、单人网络游戏、数据库下载划分为非实时C/S模式业务流；将后台进行的业务：下载网页资料、接受信息或邮件划分为非实时背景类业务流。进一步地，所述基于概率性网络演算的时延边界模型描述如下：步骤1-1：假设在一个网络系统中，到达流A(t)的到达模型为：A～<f,α>，α表示该到达流的到达曲线函数,f表示边界函数；节点提供的服务模型S(t)的服务模型为：S～<g,β>，其中β表示节点的服务曲线函数，g表示边界函数；该到达流的时延大小D(t)的概率性边界模型为：其中，τ≥0,h((α+x,β)表示函数α(t)+x与函数β(t)之间的最大水平距离：表示最小加卷积运算，表示f和g的最小加卷积在x处的取值，0≤s≤t，两个函数之间的最小加卷积在t时刻的取值运算为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网络演算的云数据中心网络QoS保证方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：业务划分；/n将网络中的流划分为四种不同类型的业务流：实时双向传输业务流、实时单向传输业务流、非实时C/S模式业务流和非实时背景类业务流；/n步骤2：基于网络演算建立性能边界模型；/n利用概率性网络演算分析工具，得到基于概率性网络演算的时延边界模型和丢包边界模型；/n步骤3：接纳控制；针对不同业务对网络QoS属性的要求不同，对不同的业务类型采取不同的接纳控制方法：/n步骤3-1：基于时延约束的接纳控制：/n基于步骤2提出的时延边界模型，对实时双向传输业务流采用基于时延约束的接纳控制；/n给定实时双向传输业务流的时延约束条件，求出当前业务所需分配带宽B，比较所需分配带宽B和网络剩余带宽b

【技术特征摘要】
1.一种基于网络演算的云数据中心网络QoS保证方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：业务划分；
将网络中的流划分为四种不同类型的业务流：实时双向传输业务流、实时单向传输业务流、非实时C/S模式业务流和非实时背景类业务流；
步骤2：基于网络演算建立性能边界模型；
利用概率性网络演算分析工具，得到基于概率性网络演算的时延边界模型和丢包边界模型；
步骤3：接纳控制；针对不同业务对网络QoS属性的要求不同，对不同的业务类型采取不同的接纳控制方法：
步骤3-1：基于时延约束的接纳控制：
基于步骤2提出的时延边界模型，对实时双向传输业务流采用基于时延约束的接纳控制；
给定实时双向传输业务流的时延约束条件，求出当前业务所需分配带宽B，比较所需分配带宽B和网络剩余带宽bunused的大小；若满足bunused≥B，则接纳该实时双向传输业务流，进入相应队列等待调度；若不满足bunused≥B，判断当前传输过程中是否有非实时背景类业务流的传输，若有，判断当前已接纳的非实时背景类业务流占用带宽与bunused之和是否大于B，若是，则接纳该实时双向传输业务流并且占用部分非实时背景类业务流的带宽，否则暂停接纳该实时双向传输业务流；
步骤3-2：基于带宽严格要求的接纳控制；
根据实时单向传输业务流的QoS需求，比较实时单向传输业务流要求的最小带宽bmin和网络剩余带宽bunused的大小，若满足bunused≥bmin，则接纳该实时单向传输业务流，进入相应队列等待调度；若不满足bunused≥bmin，判断当前传输过程中是否有非实时背景类业务流的传输，若有，判断当前已接纳的非实时背景类业务流占用带宽与bunused之和是否大于bmin，若是，则接纳该实时单向传输业务流并且并且占用部分非实时背景类业务流的带宽，否则暂停接纳该实时单向传输业务流；
步骤3-3：基于丢包约束的接纳控制；
基于步骤2提出的丢包边界模型，对非实时C/S模式业务流进行基于丢包约束的接纳控制；
将当前网络的剩余缓存大小和网络的剩余带宽大小引入丢包边界模型中，判断丢包个数是否能满足当前非实时C/S模式业务流的QoS需求，若满足则接纳该非实时C/S模式业务流；否则，判断当前传输过程中是否有非实时背景类业务流的传输，若有，则判断当前已接纳的非实时背景类业务流占用带宽与剩余带宽bunused的和是否满足当前非实时背景类业务流的QoS需求，若满足则接纳该非实时C/S模式业务流并且并且占用部分非实时背景类业务流的带宽，否则暂停接纳该非实时C/S模式业务流；
步骤3-4：尽力而为的接纳控制：
非实时背景类业务流只需分配剩余带宽，如果剩余带宽大于0，就选择接纳，否则拒绝；
步骤4：带宽分配；
实时双向传输业务流只需满足自身所需带宽后即能保证时延，所以只需分配接纳控制时所需带宽大小B，无需再分配额外带宽；
实时单向传输业务流在保证最小带宽bmin后，若网络仍有剩余带宽，则继续给单向传输业务流分配带宽，直到达到实时单向传输业务的最大效用所要求的带宽brep；
非实时C/S模式数据流给定缓存大小后，所需的带宽按照步骤3-3已经得出，只要保证达到所需带宽；
非实时背景类业务流与其它三种业务流之间采用优先调度方式，在调度时优先处理实时双向传输业务流、实时单向传输业务流、非实时C/S模式业务流，使非实时背景类业务流与其它三种业务流隔离开来；只有在其它类型业务流都被接纳并且网络中仍有剩余带宽时才调度非实时背景类业务流队列，但此时若有新的其它类型业务流到达，会进行带宽的抢占。


2.根据权利要求1所述的一种基于网络演算的云数据中心网络QoS保证方法，其特征在于，所述将网...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云岚，耿天茹，赵天海，侯正雄，胡永阔，李秀春，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61