專利名稱：一種網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及網絡多媒體通信技術，尤其涉及一種網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法。
背景技術：
隨著通信技術的發(fā)展和Internet傳輸能力的增長，實時多媒體技術的應用在過去幾年越來越多的得到應用，但實時多媒體技術應用需要引入業(yè)務保證，現(xiàn)有能實現(xiàn)業(yè)務保證的方式主要有交換設備調度和緩存管理兩種。在交換設備調度的方式中，調度程序控制傳輸資源；在緩存管理的方式中，則主要對存儲資源進行控制。對于實時多媒體業(yè)務的服務質量，緩存管理的方式更為重要。交換設備中數(shù)據(jù)傳輸通常以令牌桶的形式處理，有固定傳輸速率，同時允許短期的速率波動，對超過固定傳輸速率的包，通過丟棄、整形或者標記進行處理。但在多媒體傳輸應用中，由于傳輸質量難以預測，可能出現(xiàn)傳輸速率在一段時間內超過規(guī)定速率，或者應用層爆發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)包并超過了規(guī)定爆發(fā)速率的情況，丟棄一些數(shù)據(jù)可能導致傳輸質量的下降，對數(shù)據(jù)流進行整形又可能導致附加的網絡傳輸時延，必然降低傳輸質量。因此對交換設備而言，需要開發(fā)一種緩存管理機制，以最小的代價，實現(xiàn)以下目標一、對實時傳輸，滿足用戶的服務質量要求；二、對過量傳輸，服務質量要求范圍內盡量傳輸；三、對各種網絡應用場合，滿足服務質量要求；四、對共享緩存資源，保證資源共享的公平性。在交換設備中，當輸入端口收到數(shù)據(jù)后，經過調度處理，到達輸出端口的緩存隊列，等待轉發(fā)。為了提高資源利用率，輸出端口的緩存隊列采用共享機制。全局丟包模塊在全局緩沖區(qū)占用率達到全局閾值時，進行全局性的丟包；進入共享隊列之前，數(shù)據(jù)流首先經過一個令牌桶整形模塊，對突發(fā)性流量進行整形，然后是輸出隊列共享緩沖區(qū)中局部丟包模塊將其邏輯的分為多個出端口。全局緩沖區(qū)和隊列等緩存的管理機制與設備轉發(fā)數(shù)據(jù)性能密切相關，如何設計緩存管理機制，是一個極為重要的問題?，F(xiàn)有緩存管理一般采用動態(tài)門限管理機制。這里，所述動態(tài)門限管理機制包括兩種設置和調整，第一種機制是全局門限設置和調整，稱為全局門限設置，其基本機制是對交換設備已分配的緩存進行控制，以保證突發(fā)流量。全局門限設置需要控制各輸出端口占用緩存的總體門限。第二種機制則是對各輸出端口緩存隊列門限的設置和調整，稱為隊列門限設置，其基本機制是對各輸出端口隊列長度門限進行設置。在隊列長度達到下限門限值時，開始隨機丟包，在隊列長度達到上限門限值時，丟棄所有轉發(fā)到該端口的數(shù)據(jù)包，以保證其他輸出端口隊列的公平性。但是，全局控制和隊列控制這兩種機制都是必不可少的，如果只進行全局門限設置，容易導致某一個輸出端口大量搶占緩存，設備的公平性無法保證。如果只進行隊列門限設置，則不能適應網絡場景的變化，對短時間內的爆發(fā)數(shù)據(jù)流，無法及時響應，從而影響設備的吞吐量。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，其采用雙動態(tài)門限調度機制，從全局門限及端口門限即雙動態(tài)門限著手，對全局和隊列緩存進行調度控制，以保證和控制多媒體網絡傳輸時延和丟包率。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，該方法包括如下步驟A、初始時，各端口的隊列按照最小門限長度分配緩存區(qū)，全局門限值按輕載時的標準進行設置，并對隊列緩存和全局緩存同時進行動態(tài)控制；B、當網絡設備收到數(shù)據(jù)幀時，將全局緩存占用長度值加1，并將輸出端口隊列長度加1，然后執(zhí)行步驟C;C、判斷全局門限是否存在擁塞，若全局緩存不存在擁塞，就不進行丟包處理，并執(zhí)行步驟D ；否則，如果全局緩存出現(xiàn)擁塞，而且該輸出端口占用的全局緩存大于各端口的平均緩存值時，則丟棄數(shù)據(jù)包；如果輸出端口占用的全局緩存小于各端口的平均緩存值時，執(zhí)行步驟D ；D、判斷輸出端口的數(shù)據(jù)幀隊列長度值是否大于設定的輸出端口全部丟棄的隊列門限值的一半，如果不大于，則繼續(xù)轉發(fā)，然后結束本次傳輸過程；如果輸出端口的數(shù)據(jù)幀平均隊列長度值大于所設置的輸出端口隊列全部丟棄的門限值時，則丟棄數(shù)據(jù)包；否則按設定的概率進行丟包處理；然后執(zhí)行步驟E ；E、調整全局門限值和端口隊列門限值，直至所有的輸出端口都被分析完畢，然后返回執(zhí)行步驟B，直至傳輸結束。其中，步驟A所述輕載的標準是指當前隊列長度小于等于全局緩存占用值的一半進行劃分。步驟E所述全局門限值的設置，除了考慮已占用的全局緩存大小外，同時還根據(jù)不同的場景，對緩存共享的程度也進行考慮；為了實時檢測傳輸場景，需要根據(jù)已分配的緩存空間和各輸出端口占用的緩存來區(qū)分應用的場景，如果已分配的緩存空間除以單個輸出端口占用的緩存小于2. 8，則表明當前存在熱點流狀況，調整緩存共享系數(shù)值為相應熱點流情形，按熱點流情形設置全局緩存門限；否則，表明數(shù)據(jù)流分布比較平均，按照一般傳輸?shù)木彺婀蚕硐禂?shù)值設置相應的全局門限值。步驟E所述端口隊列門限值的設置，具體為當輸出端口隊列中數(shù)據(jù)幀數(shù)量達到一個門限時，首先判斷該端口隊列的占用率， 若占用率小于平均占用率門限值的下限，則線性減少該隊列的全部丟棄門限值，開始丟包長度值也相應減少；對每一個輸出端口，計算其當前輸出端口隊列長度對應的平均傳輸級別，若其級別能夠滿足用戶的要求，那么新的隊列門限值有效，否則維持不變。進一步包括當隊列門限值減少到隊列丟棄門限值的下限值后，即使短時間內該端口隊列緩沖區(qū)的占用率繼續(xù)低于平均占用率門限值的下限，不再減低，由于輸出端口隊列門限減小，而增加的緩存資源由其他端口共享；若該端口隊列緩沖區(qū)的占用率大于平均占用率門限值的上限值時，線性增加該出端口隊列的丟棄門限值，但不能超過隊列門限設置的上限。其中，所述隊列門限值的調整，包括比例控制法或減少振蕩的比例控制方法，其分別為比例控制方法，首先計算需要調整的門限值，然后乘以一個系數(shù)0.8，實際門限值的調整值按照0. 8倍的需要調整值進行動態(tài)修改；以及減少振蕩的比例控制方法，首先計算需要調整的門限值，對調整的門限值乘以系數(shù)0. 8，加上一個常數(shù)，常數(shù)根據(jù)交換設備的不同進行設置，一般取為緩存大小的5%。本發(fā)明所提供的網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，具有以下優(yōu)點該方法能有效改善多媒體的傳輸性能，并提高多媒體傳輸質量。其結合多媒體數(shù)據(jù)對時延和丟包率敏感的特點，根據(jù)網絡交換設備數(shù)據(jù)轉發(fā)的流程，提出了一種基于語音質量測量中傳輸級別的動態(tài)門限控制，該發(fā)明依據(jù)網絡傳輸環(huán)境，將交換設備的緩存管理分為全局門限控制和隊列門限控制兩部分。全局門限控制通過判斷不同的傳輸場景，對門限值進行不同的預留，以適應不同環(huán)境下的爆發(fā)流量。而隊列門限控制則基于語音質量測量中傳輸級別參數(shù)，進行門限的劃分和調整，保證多媒體的傳輸質量。


圖1為本發(fā)明網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖及本發(fā)明的實施例對本發(fā)明的方法作進一步詳細的說明。本發(fā)明的基本思想是通過采用雙動態(tài)門限調度機制，從全局門限及端口隊列門限即雙動態(tài)門限著手，對全局和隊列數(shù)據(jù)緩存進行調度控制，以保證和控制多媒體網絡傳輸時延和丟包率。所述的動態(tài)門限調度機制，是一種基于語音質量測量中傳輸級別的雙動態(tài)門限控制，從所述的全局門限和端口門限兩個方面同時進行調整和設置。其中，通過全局門限控制，判斷不同的傳輸場景；通過隊列門限控制，對基于語音質量測量中傳輸級別參數(shù)進行門限的劃分和調整，保證多媒體的傳輸質量。圖1為本發(fā)明網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法流程圖，通過一張隊列長度歷史記錄表記錄一定時間長度內輸出端口的平均隊列長度，下列步驟中存在的單位有全局緩存占用長度、交換設備端口數(shù)、輸出端口隊列全部丟棄的門限、開始按概率丟包的門限等；本發(fā)明采用雙門限控制，對全局緩存和列隊緩存同時進行控制，且方式為動態(tài)調整方式。如圖1所示，該方法對收到的數(shù)據(jù)幀進行處理的步驟如下步驟11、初始時，各端口按最小門限長度來分配緩沖區(qū)，全局門限值按輕載時的標準進行設置，并對隊列緩存和全局緩存同時進行動態(tài)控制。這里，根據(jù)實際應用情況，以緩存占用的值的一半來分辯重載和輕載，將開始按概率進行丟包的門限值設置為該輸出端口隊列丟棄門限值的一半，是因為如果開始丟包門限過于接近全部丟棄門限，重載時容易造成門限變化頻繁；另外一面，若開始丟包門限過小， 則對輕載傳輸不利。所述全局門限值的設置，初始時，全局門限按照全局緩存中數(shù)據(jù)幀為0，傳輸場景按照一般傳輸?shù)木彺婀蚕硐禂?shù)值設置相應的門限。在下一周期中，該數(shù)據(jù)會很快和實際運行一致。所述隊列門限值的設置，具體為初始時，假定處于輕載狀態(tài)，各端口隊列長度按照隊列門限值的下限進行設置。。步驟12、當網絡設備(如交換設備)收到數(shù)據(jù)幀時，將全局緩存占用長度值加1， 相應的，輸出端口隊列長度同樣加1，然后執(zhí)行步驟13。步驟13、判斷全局門限是否存在擁塞，若全局緩存不存在擁塞，則執(zhí)行步驟14 ；否則，如果全局緩存出現(xiàn)擁塞，執(zhí)行步驟15。步驟14、不需要進行丟包處理，然后執(zhí)行步驟16。步驟15、判斷全局緩存分配的公平性，如果輸出端口占用的全局緩存大于各端口的平均緩存值時，則丟棄數(shù)據(jù)包，執(zhí)行步驟21 ；如果輸出端口占用的全局緩存小于各端口的平均緩存值時，執(zhí)行步驟16步驟16、判斷單位時間內某個輸出端口的平均隊列長度值是否大于設定的輸出端口全部丟棄的隊列門限值的一半，若不大于(包括小于和等于)，則執(zhí)行步驟17 ；否則，若單位時間內某個輸出端口的平均隊列長度值大于所設置的輸出端口隊列全部丟棄的門限值的一半(而一般又小于輸出端口隊列全部丟棄的門限值時)，執(zhí)行步驟18。步驟17、繼續(xù)轉發(fā)數(shù)據(jù)包，直至傳輸完成后。步驟18、判斷輸出端口的數(shù)據(jù)幀隊列長度值是否大于設定的輸出端口全部丟棄的隊列門限值，如果不大于(包括小于和等于)，則執(zhí)行步驟19 ；如果輸出端口的數(shù)據(jù)幀平均隊列長度值大于所設置的輸出端口隊列全部丟棄的門限值時，執(zhí)行步驟20進行丟包處理；步驟19、按設定的概率進行丟包處理，然后執(zhí)行步驟21。這里，所述丟包的概率根據(jù)當前隊列長度而動態(tài)變化。步驟20、對該數(shù)據(jù)幀進行丟棄，然后執(zhí)行步驟21。步驟21、調整門限值，直至所有的輸出端口分析完畢，然后執(zhí)行步驟22。這里，所述動態(tài)門限的調整包括如下兩部分全局門限設置和隊列門限設置，以下分別說明。一、對全局門限設置的步驟，具體包括在全局門限設置中，門限值為各輸出端口隊列分配緩存之和的上限，如果將動態(tài)門限值與相應的服務質量(QoS)參數(shù)進行結合，這種動態(tài)門限的調整只能適用于特定的場合，并不能滿足實際網絡傳輸。因此，對于全局門限設置，本發(fā)明除了調整門限值外，同時根據(jù)不同的場景，對緩存共享的程度也進行調整。為了實時檢測傳輸場景，需要根據(jù)已分配的緩存空間和各輸出端口占用的緩存來區(qū)分應用的場景，如果已分配的緩存空間除以單個輸出端口占用的全局緩存小于2. 8，則表明當前存在熱點流狀況，調整緩存共享系數(shù)值為相應熱點流情形，按熱點流情形設置全局緩存門限；否則，表明數(shù)據(jù)流分布比較平均，按照一般傳輸?shù)木彺婀蚕硐禂?shù)值設置相應的門限。根據(jù)網絡實際運行情況，一般一種場景的傳輸會持續(xù)數(shù)秒時間，因此實際運行中的緩存共享系數(shù)值不會頻繁抖動。對熱點流，全局門限設置的最優(yōu)緩存共享系數(shù)值為
之間，針對交換設備實際應用情況，本發(fā)明中可將該緩存共享系數(shù)值取為1，對于一般傳輸，無論重載與輕載，緩存共享系數(shù)值的最優(yōu)值為大于4， 而且與端口數(shù)量無關，本發(fā)明取為8。對緩存的控制，如果剩余全局緩存小于全局緩存大小減去門限值除以共享系數(shù)，表明全局緩存不存在擁塞，不需要進行丟包處理，反之，如果剩余全局緩存大于緩存大小減去門限值除以共享系數(shù)，則表示全局緩存出現(xiàn)擁塞。需要開始進行丟包。為了保證最大最小公平帶寬分配，需要計算公平緩存大小，公平緩存大小的計算， 為全局緩存門限值除以參與轉發(fā)的端口數(shù)量；在所有輸出端口占用全局緩存之和超過全局門限時，控制所有出端口緩存大小保持公平一致。對于某個出端口，若其占用全局緩存小于交換機的公平共享緩存大小，轉發(fā)到該輸出端口的所有包都不會丟棄；若該出端口占用全局緩存大于交換機的公平共享緩存大小，則該端口收到的所有包都將被丟棄，因此其輸出隊列長度不可能超過交換機的公平共享緩存的大小。二、隊列門限設置的步驟，包括本發(fā)明中，隊列門限設置按照語音質量測量中的傳輸級別要求，對隊列門限進行設置和調整。對實時多媒體來說，用戶的滿意程度主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)包的時延和丟包率兩個方面。根據(jù)對應流媒體傳輸?shù)膫鬏敿墑e計算對應的隊列門限值，該門限值為丟棄門限值。根據(jù)計算出的隊列門限值，將開始按概率進行丟包的門限值設置為該輸出端口隊列丟棄門限值的一半，因為如果開始丟包門限過于接近全部丟棄門限，重載時容易造成門限變化頻繁；另外一面，若開始丟包門限過小，則對輕載傳輸不利。因此本發(fā)明根據(jù)實際應用情況，以緩存占用的值的一半來分辨重載和輕載。因此本發(fā)明對于各輸出端口隊列門限的丟包機制如下1)若當前隊列長度小于該隊列門限值的一半，則不丟包；2)若當前隊列長度大于該隊列的門限值，則直接丟棄；3)若該端口的隊列長度介于該隊列的門限值和門限值的一半之間，則按概率進行丟包，概率根據(jù)當前隊列長度動態(tài)變化。三、此外，關于隊列門限值調整的方法，這里可以采用任選兩種方法之一1)比例控制方法先計算需要調整的門限值，然后乘以一個系數(shù)0. 8，實際門限值的調整值按照0. 8 倍的需要調整值進行動態(tài)修改，這樣做的目的是由于傳輸數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，為了保持調整的穩(wěn)定性，同時減少估計偏差，從而對門限值進行合理的調整。2)減少振蕩的比例控制方法該方法為比例控制算法的一種優(yōu)化方法，同樣首先計算需要調整的門限值，對調整的門限值乘以系數(shù)0. 8，加上一個常數(shù)，常數(shù)根據(jù)交換設備的不同進行設置，一般取為緩存大小的5%。這樣可以減少比例控制方法的震蕩，同時由于有較高的比例系數(shù)，收斂較快。步驟22、清空隊列長度歷史表中的記錄，返回執(zhí)行步驟12，等待接收數(shù)據(jù)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟A、初始時，各端口的隊列按照最小門限長度分配緩存區(qū)，全局門限值按輕載時的標準進行設置，并對隊列緩存和全局緩存同時進行動態(tài)控制；B、當網絡設備收到數(shù)據(jù)幀時，將全局緩存占用長度值加1，并將輸出端口隊列長度加 1，然后執(zhí)行步驟C;C、判斷全局門限是否存在擁塞，若全局緩存不存在擁塞，就不進行丟包處理，并執(zhí)行步驟D ；否則，如果全局緩存出現(xiàn)擁塞，而且該輸出端口占用的全局緩存大于各端口的平均占用緩存值時，則丟棄數(shù)據(jù)包；如果輸出端口占用的全局緩存小于各端口的平均緩存值時，執(zhí)行步驟D;D、判斷輸出端口的數(shù)據(jù)幀隊列長度值是否大于設定的輸出端口全部丟棄的隊列門限值的一半，如果不大于，則繼續(xù)轉發(fā)，然后結束本次傳輸過程；如果輸出端口的數(shù)據(jù)幀平均隊列長度值大于所設置的輸出端口隊列全部丟棄的門限值的一半時，則按設定的概率進行丟包處理；如果輸出端口的數(shù)據(jù)幀平均隊列長度值大于所設置的輸出端口隊列全部丟棄的門限值時，則丟棄數(shù)據(jù)包；然后執(zhí)行步驟E ；E、調整全局門限值和端口門限值，直至所有的輸出端口都被分析完畢，然后返回執(zhí)行步驟B，進行新的數(shù)據(jù)傳輸。
2.根據(jù)權利要求1所述的網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，其特征在于，步驟A 所述輕載的標準是指當前隊列長度小于等于全局緩存占用值的一半進行劃分。
3.根據(jù)權利要求1所述的網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，其特征在于，步驟 E所述全局門限值的設置，除了調整門限值外，同時還根據(jù)不同的場景，對緩存共享的程度也進行調整；為了實時檢測傳輸場景，需要根據(jù)已分配的緩存空間和各輸出端口占用的緩存來區(qū)分應用的場景，如果已分配的緩存空間除以單個輸出端口占用的緩存小于2. 8，則表明當前存在熱點流狀況，調整緩存共享系數(shù)值為相應熱點流情形，按熱點流情形設置全局緩存門限；否則，表明數(shù)據(jù)流分布比較平均，按照一般傳輸?shù)木彺婀蚕硐禂?shù)值設置相應的門限。
4.根據(jù)權利要求1所述的網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，其特征在于，步驟E 所述隊列門限值的設置，具體為當輸出端口隊列中數(shù)據(jù)幀數(shù)量達到一個門限時，首先判斷該端口隊列的占用率，若占用率小于平均占用率門限值的下限，則線性減少該隊列的全部丟棄門限值，開始丟包長度值也相應減少；對每一個輸出端口，計算其當前輸出端口隊列長度對應的平均傳輸級別，若其級別能夠滿足用戶的要求，那么新的隊列門限值有效，否則維持不變。
5.根據(jù)權利要求4所述的網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，進一步包括當隊列門限值減少到隊列丟棄門限值的下限值后，即使短時間內該端口隊列緩沖區(qū)的占用率繼續(xù)低于平均占用率門限值的下限，不再減低，由于輸出端口隊列門限減小，而增加的緩存資源由其他端口共享；若該端口隊列緩沖區(qū)的占用率大于平均占用率門限值的上限值時，線性增加該出端口隊列的丟棄門限值，但不能超過隊列門限設置的上限。
6.根據(jù)權利要求5所述的網絡設備中多媒體數(shù)據(jù)的傳輸控制方法，其特征在于，所述輸出端口隊列門限值的調整，包括比例控制法或減少振蕩的比例控制方法，其分別為比例控制方法，首先計算需要調整的門限值，然后乘以一個系數(shù)0.8，實際門限值的調整值按照0. 8倍的需要調整值進行動態(tài)修改；減少振蕩的比 例控制方法，首先計算需要調整的門限值，對調整的門限值乘以系數(shù) 0. 8，加上一個常數(shù)，常數(shù)根據(jù)交換設備的不同進行設置，一般取為輸出端口隊列緩存大小的5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種網絡設備對多媒體數(shù)據(jù)傳輸控制的方法，對交換設備的緩存進行有效管理，結合多媒體數(shù)據(jù)對時延和丟包率敏感的特點，利用基于語音質量測量中傳輸級別的動態(tài)門限控制，將交換設備的緩存管理分為全局控制和隊列控制兩部分，全局控制通過判斷不同的傳輸場景，進行門限控制，保證不同傳輸場景下的傳輸性能；而隊列控制則基于語音質量測量中傳輸級別參數(shù)，進行門限的劃分和調整，保證多媒體的傳輸質量，在門限的動態(tài)調整中，采用按照比例控制的方法進行調整，通過對交換設備的緩存資源進行有效控制，提高網絡多媒體傳輸質量。
文檔編號H04L12/56GK102223300SQ20111015391
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權日2011年6月9日
發(fā)明者汪學舜, 郭太祺 申請人:武漢烽火網絡有限責任公司