分组和电路混合交换系统中的流量需求估计方法技术方案

本发明专利技术提供一种分组和电路混合交换系统中的流量需求估计方法，包括过程：信息采样过程通过周期性地去读取虚拟输出队列的长度并记录；信息提取和估计过程对虚拟输出队列的增长值进行提取并对该队列的流速进行估计的过程；流量需求估计过程通过之前采样、提取、估计的结果，对总的流量需求进行估计，并提取出总流量需求估计值中的稳定部分用于电路分配。本发明专利技术同时考虑影响混合交换系统性能的缓存和流速，具有广泛的适用性。本发明专利技术把整个调度的结果——资源分配信息反馈回来参与流量需求估计，形成反馈系统，结果更准确。同时，本发明专利技术利用已有的分组和电路混合交换系统中的信息进行流量需求估计，不需要硬件层面提供额外的支持，因此易于实现。

Traffic demand estimation method in packet and circuit hybrid switching system

The invention provides a packet and circuit switching system in mixed traffic demand estimation method, including: process information sampling process to read virtual output queues through periodic length and record growth; information extraction and estimation of virtual output queue value extraction and estimation process of the queue flow; through the process before sampling, extraction, the estimation results of traffic demand estimation, the total flow demand estimate, and extract the total traffic demand estimation value in the stable part of circuit for distribution. The invention also considers the cache and flow rate that affect the performance of the hybrid switching system and has wide applicability. The invention feedback the result of the whole scheduling resource allocation information to participate in the flow demand estimation, and form a feedback system, and the result is more accurate. At the same time, the present invention utilizes the existing packet and circuit information in the mixed switching system to estimate the traffic demand without providing additional support at the hardware level, so that it is easy to implement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
的方法，尤其是在交换机系统中，具体涉及一种。
技术介绍
在通信
，相比于纯分组交换系统或者纯线路交换系统，分组和电路混合交换系统有着很多优势，如可以进行统计复用提高线路利用率，同时提供面向连接的服务来保证服务质量(QoS)，从而有更小的时延、更高的吞吐量、更低的线路阻塞率、更好的QoS保证，因此得到了迅速的普及。随着网络技术愈发智能化及高速化，高速混合交换系统中分组交换和电路交换的智能切换成为了技术演进的关键技术之一，而更智能的切换依赖于更高效的流量需求估计方法。流量需求估计作为混合交换系统的重要基础直接决定系统性能的优劣，尤其是在高速的混合交换系统中。在高速混合交换系统中，由于数据的到达间隔极短,并发数据流数目巨大，进行准确的流量需求估计，其代价极高，特别是在数据中心网络中，对数以万计的数据流进行准确的流量需求估计，其网络成本、系统开销、能耗都是异常巨大的。在这种情况下，提出一种能高效地应用于高速分组和电路混合交换系统，同时能应对各种网络流量特征的流量需求估计方法十分必要，也是十分有意义的。经对现有文献检索发现，G.Wang, D.G.Andersen 等人在《ACM SIGCOMM ComputerCommunication Review-SIGCOMM' 10 (美国计算机协会ACM数据通信专业组计算机通信回顾_数据通信专业组10)》第40卷第4期327-338页上发表了题为“c_Through:part-timeoptics in data centers”的文章,文章中提出了基于缓存占用的流量需求估计方法,通过检测当前高速混合交换系统中各虚拟输出队列(VOQ)的缓存占用情况来作为流量需求估计的因子，该方法的优点是简单、易于实施，但当流量非常稳定的时候，缓存占用会趋于零，该方法会失效。又经文献检索发现，N.Farrington, G.Porter 等人在《ACM SIGCOMM ComputerCommunication Review-SIGCOMM' 10 (美国计算机协会ACM数据通信专业组计算机通信回顾-数据通信专业组10)》第40卷第4期339-350页上发表了题为“Helios:a hybridelectrical/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计方法，通过实时监测当前高速混合交换系统中各VOQ的流速情况来作为流量需求估计的因子，该方法的优点是能较准确地反应当前的流量需求，但其缺点也非常明显，流速信息并不能反应突发性流量的流量需求，因此，在流量非常不稳定的情况下，会造成缓存的占用率的增长，从而带来一定程度的丢包率和时延上升。同时，高速交换系统中流速的准确检测也会带来非常大的系统开销。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述缺点和不足，提出一种，使得本专利技术具有简单、易于实施、不增加额外系统开销、估计结果准确，并广泛适用于各种流量环境。本专利技术中，缓存占用和流速信息同时参与到整个流量需求估计的过程中；调度的结果一资源分配信息反馈回来参与流量需求估计的过程，即调度的过程和流量需求估计的过程形成闭合反馈系统。本专利技术是通过如下技术方案实现，本专利技术是通过对传统混合交换系统中已有的VOQ缓存队列的长度信息和该VOQ的资源分配信息进行信息采样、信息提取和估计、流量需求估计的过程来实现的。其中，VOQ队列长度信息指的是输入输出端口对之间因为某种原因缓存在输入端口的分组数目；V0Q资源分配信息指的是系统分配给该队列用于交换的资源数目(如时隙数、波长数)，包括分组交换部分和电路交换部分；信息采样是指对该队列的信息进行周期性地获取和存储的过程；信息提取和估计包括提取VOQ队列增长值、估计VOQ流速信息两部分，其中，VOQ队列增长值的提取通过VOQ队列长度采样值得到，VOQ流速信息估计是通过已有的资源分配信息和已处理的队列增长值去估计VOQ的流速信息；流量需求估计是通过前面采样、提取、估计到的所有信息进行总的流量需求的估计操作，并处理得到流量需求的稳定部分用于电路分配。根据本专利技术提供的，包括如下过程:信息采样过程:周期性地读取虚拟输出队列的长度并记录；信息提取和估计过程:根据虚拟输出队列的长度，对虚拟输出队列的增长值进行提取并对该虚拟输出队列的流速进行估计，得到估计结果；流量需求估计过程:根据信息提取和估计过程中得到的估计结果，对总的流量需求进行估计，并提取出总流量需求估计值中的稳定部分用于电路分配的过程。优选地，具体包括如下步骤:步骤1、周期性采样虚拟输出队列长度，其中，交换系统的控制层面通过周期性地从硬件层读取虚拟输出队列长度信息来进行采样；步骤2、提取虚拟输出队列的增长值，其中，每当在步骤I中完成对虚拟输出队列长度的采样，通过与前一采样值做差分运算，该值为正时，是正增长，相反，为负增长，从而计算得到该虚拟输出队列增长值，控制层对该增长值进行记录存储；步骤3、对虚拟输出队列的流速进行估计，其中，通过对交换系统的控制层面分配给该虚拟输出队列的交换资源数量(如时隙数，波长数)和步骤2中得到的虚拟输出队列增长值进行相加，相加之和再与采样间隔相除，得到对该虚拟输出队列的流速估计值；步骤4、由流速估计值和虚拟输出队列长度估计流量需求，其中，整个流量需求分为两部分，部分A是来自于新到达的分组包，部分B来自于已缓存的分组包，新到达的分组包的流量需求体现在流速上，该部分A的需求直接使用由步骤3得到的流速估计值作为部分A的需求估计值；而已缓存的分组包的流量需求体现在队列长度上，该部分B的需求与步骤I中采样得到的虚拟输出队列长度成正比，即将乘以比例系数c的虚拟输出队列长度作为部分B的需求估计值；整体流量需求估计值由部分A和部分B的需求估计值的加权相加得到；步骤5、计算用于分配电路的流量需求，其中，对步骤4中计算得到的整体流量需求估计值进行短期的记录，并做提取稳定分量的操作(如平均、滤波)；得到的整体流量估计值直接参与电路分配。优选地，根据虚拟输出队列长度的采样值和该虚拟输出队列的资源分配信息得到该虚拟输出队列的流速估计值。优选地，比例系数c取值为R/BQ，其中R为线速率(line rate)，Bq为该虚拟输出队列能达到的最大队列长度。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果:I)通过对缓存队列长度信息采集完成整个估计过程，不需要硬件层提供流速实时检测的支持，可以在现有的混合交换系统上升级实现，从而降低成本。2)资源分配信息作为整个调度的结果，反馈回来参与流量需求估计，是一个反馈迭代的过程，结果更准确。3)通过同时考虑缓存占用和流速估计值，同时捕捉突发流量和稳定流量带来的系统不稳定性因素，适用的流量环境更广，提高了系统的稳定性和适用性。【附图说明】通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为本专利技术实施例中混合交换系统进行流量需求估计的流程图。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分组和电路混合交换系统中的流量需求估计方法，其特征在于，包括如下过程：信息采样过程：周期性地读取虚拟输出队列的长度并记录；信息提取和估计过程：根据虚拟输出队列的长度，对虚拟输出队列的增长值进行提取并对该虚拟输出队列的流速进行估计，得到估计结果；流量需求估计过程：根据信息提取和估计过程中得到的估计结果，对总的流量需求进行估计，并提取出总流量需求估计值中的稳定部分用于电路分配的过程。

【技术特征摘要】
1.一种分组和电路混合交换系统中的流量需求估计方法，其特征在于，包括如下过程: 信息采样过程:周期性地读取虚拟输出队列的长度并记录； 信息提取和估计过程:根据虚拟输出队列的长度，对虚拟输出队列的增长值进行提取并对该虚拟输出队列的流速进行估计，得到估计结果； 流量需求估计过程:根据信息提取和估计过程中得到的估计结果，对总的流量需求进行估计，并提取出总流量需求估计值中的稳定部分用于电路分配的过程。2.根据权利要求1所述的分组和电路混合交换系统中的流量需求估计方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 步骤1、周期性采样虚拟输出队列长度，其中，交换系统的控制层面通过周期性地从硬件层读取虚拟输出队列长度信息来进行采样； 步骤2、提取虚拟输出队列的增长值，其中，每当在步骤I中完成对虚拟输出队列长度的采样，通过与前一采样值做差分运算，从而计算得到该虚拟输出队列增长值，控制层对该增长值进行记录存储； 步骤3、对虚拟输出队列的流速进行估计，其中，通过对交换系统的控制层面分配给该虚拟输出队列的交换资源数量和步骤2中得到的虚拟输出队列增长值进行相加，相加之和再与采样间隔相除，得到对该虚拟输出队列的流速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李平青，孙卫强，肖石林，胡卫生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：