CN100356748C - 弹性分组环流量均衡选环方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弹性分组环流量均衡选环方法，该弹性分组环包括两个子环和多个站点，该方法包括下列步骤：设置一负载信息采集定时器；当负载信息采集定时器超时时，获取本站点当前接入和转发到两个子环上业务量；利用含有该环路业务量的站点属性发现(ATD)帧向其他站点广播；利用接收的其他站点的ATD帧，记录其中的业务量；以及利用规定的算法，根据采集到的业务量计算两个子环的负载不均匀度，并当该负载不均匀度超过设定的门限时，重新调环路的选环方案。本方法解决了最短路径选环可能带来的两个环上的负载极端不均衡，以及静态选环实时性差的问题，并在一定程度上可以减少拥塞次数，提高业务质量。
Description
技术领域
本发明涉及弹性分组环选环方法，特别涉及一种通过流量均衡来选择弹性分组环的方法。
背景技术
RPR(Resilient Packet Ring，弹性分组环)是一种为了在城域网中传输大容量数据业务而设计的一种新型MAC层的协议，它的多种技术优势使它能够全面满足下一代城域网的要求。
RPR一般采用双向双纤的环形拓扑结构，两个子环上都可以传输业务，但传输方向相反，其拓扑结构示意图见图1。
从图1可以看出，因为两个环上都可以传送业务，所以站点在接入业务到环上时就存在一个选择从哪个环传送的问题。当环路拓扑为闭环时，不论选择哪个环传送，业务都可以到达目的站点，但同时还需要考虑环路带宽利用率的问题。比如从S0站点传送业务到S1站点，如果选择外环来传送业务，则业务只需经过一跳即到达目的地，外环上从S1到S0的带宽同时可以用来传送其它业务；如果选择内环来传送业务，则业务需要经过很多跳才能到达目的站点，环上大量带宽被占用。
现有的选环技术主要有最短路径选环和静态选环两种。
现有技术的选环方案之一：最短路径选环
所谓最短路径选环就是指选择一个距离目的站点跳数最少的环来传送业务，比如图1中的S0站点要给S2站点发送业务，S2在外环上距离S0的跳数为2，在内环上距离S0的跳数为253，因为2小于253，所以就选择外环来传送业务。RPR环上的每个站点都会把整个环路的拓扑信息存储在一个拓扑数据库中，站点间跳数依据拓扑数据库中的信息计算得来。
该现有技术的缺点是，最短路径选环技术重在提高RPR环路带宽利用率，但可能会造成站点在两个环上接入的业务所占用带宽非常不均衡，从而导致一个支环由于频繁的拥塞而丢包，而另外一个环却非常空闲。
比如在图1所示的环路拓扑中，S0到S3、S1到S5、S2到S4之间都有大量的业务需要传送，而环上其它站点间的业务量都很小或者几乎没有。在这种情况下，如果采用最短路径选环技术，因为三个业务流都会选择外环传送，使得S2与S3之间的外环链路会经常出现拥塞，导致业务质量下降，但在内环上却几乎没有任何业务传送。两个环上的负载极端不均衡。
现有技术的选环方案之二：静态选环
所谓静态选环就是用户静态地指定到达某个目的站点的业务选择在哪个环上传送。比如在图1所示的环路拓扑中，用户可以静态指定S1到S5的业务选择内环来发送。静态选环可能会降低环路带宽的利用率，但在一些特殊情况下(比如两个环上的负载极端不均衡)却可以降低拥塞概率，提高业务质量。一般情况下，静态选环应该基于一个长期稳定的网络业务模型来进行。
静态选环技术的缺点是实时性差，需要用户干预，另外还需要一个比较稳定的网络业务模型。如果两个环上的业务量不稳定，则采用静态选环并不能达到预期目的。比如在一个时间段内，外环上的业务量非常大，而在另外一个时间段，内环上的业务量又非常大，在这种情况下，就不适于使用静态选环技术，静态地指定到达某个站点的业务固定从哪个环发送。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种弹性分组环流量均衡选环方法。该方法能够根据环路负载情况动态调整本地接入业务的选环方案，可以有效降低拥塞概率，提高业务质量。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种弹性分组环流量均衡选环方法。该方法可以均衡两个子环的负载，充分提高RPR环的带宽利用率。
本发明另外的特征和优点将在以下的描述中阐述，或可以通过本发明的实践获知。通过文字描述和权利要求中特别指出的技术方案和附图，将实现和获得本发明的目标和其他优点。
根据本发明要解决的技术问题，为了完成这些和其它优点，如具体实施和在此广义描述的，提供一种弹性分组环流量均衡选环方法，该弹性分组环包括两个子环和多个站点，该方法包括下列步骤：在各站点设置一负载信息采集定时器；当负载信息采集定时器超时时，获取本站点当前接入和转发到两个子环上业务量；利用含有该业务量的站点属性发现(ATD)帧向其他站点广播；利用接收的其他站点的ATD帧，记录其中的业务量；以及利用规定的算法，根据采集到的业务量计算两个子环的负载不均匀度，并当该负载不均匀度超过设定的门限时，重新调整环路的选环方案。
优选的，所述利用接收的其他站点的ATD帧，记录其中的业务量后还进一步包括利用滑动窗机制对记录的业务量进行平滑处理的步骤。
优选的，该业务量由ATD帧中的环路负载信元表示，该信元具有环路负载数据信息。
优选的，所述环路负载数据信息包括表示接入到子环上的业务量参数MyUsage，和表示转发到子环上的业务量参数FwdRate。
优选的，所述站点属性发现(ATD)帧的包括MyUsage参数和FwdRate参数的信元结构为：
MSB LSB
-------------------------------------
4 | res1 | type | res2 | length |
-------------------------------------
4 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage |
-------------------------------------
4 | ringlet0FwdRate | ringlet1FwdRate |
-------------------------------------
或
MSB LSB
-------------------------------------
4 | res1 | type | res2 | length |
-------------------------------------
4 | ringlet0FwdRate | ringlet1FwdRate |
-------------------------------------
4 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage |
-------------------------------------
其中：type为新增环路负载信元的值，取值在8～1022之间；length为信元的静荷长度，固定为8；res1，res2为预留位；ringlet0MyUsage和ringlet1MyUsage为本站点接入到两个子环上的业务量参数；ringlet0FwdRate和ringlet1FwdRate为经本站点转发到两个子环上的业务量参数。
优选的，所述负载不均匀度是通过下式来计算的：
负载不均匀度＝接入或转发到两个子环上的业务量的差/环路总带宽。
优选的，所述负载不均匀度是通过下式来计算的：
负载不均匀度＝接入和转发到两个子环上的业务量的差/环路总带宽。
优选的，所述门限值为1/3。
优选的，所述门限值能根据环路的拥塞状况分级设定，如果在以前时间段内环上出现过拥塞，则门限值可以取其下限，以提高重新选环的灵敏度，减少拥塞发生概率；如果没有出现过拥塞，则门限值可以取其上限，避免重新选环对业务的损害。
优选的，所述负载不均匀度门限值的下限为1/4或更小，上限值为1/3至1/2。
优选的，本发明进一步包括下列步骤：
在重新调整选环方案时，维持用户静态配置的选环表项。
本方案解决了最短路径选环可能带来的两个环上的负载极端不均衡，以及静态选环实时性差的问题，并在一定程度上可以减少拥塞次数，提高业务质量。
应该理解前述总体描述和以下细节描述是示例性和说明性的，意在进一步描述如权利要求所要求的发明。
附图说明
提供本发明进一步的理解，作为说明书一部分的附图，与说明书一起示出了本发明的实施例，用来解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了现有技术的弹性分组环RPR的拓扑结构示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的RPR流量均衡选环示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的弹性分组环选环方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细地说明本发明的一个或更多实施例，在附图中示出了这些实施例的范例。
本技术方案的实现方式是：环上各个站点周期性采集本站点和其他站点接入、转发到两个子环上的业务量，以及环路的拥塞状况。各个站点利用特定的算法，根据采集到的信息自动调整本站点接入业务的选环方案，并最终使两个子环上的负载达到相对均衡。
下面参考图3描述本发明的弹性分组环选环方法。如图3所示，在步骤S30，启动选环方案。在步骤S31，在各站点设置负载信息定时采集器。在步骤S32，判断定时时间是否超时，如果超时，则在步骤S33，各站点获取本站点当前接入到两个子环上的业务量和转发到两个子环上的业务量，该业务量由带有环路负载信元的ATD帧表示，该帧中具有环路负载数据信息，即MyUsage和FwdRate参数信息。如果没有超时，则回到步骤S31。然后，在步骤S34，各站点利用站点属性发现帧(ATD)向其他站点广播该信息。在步骤S35，各站点收到来自其他站点的ATD帧时，记录其中的环路负载数据。在步骤S36，各站点利用特定算法对采集到的环路负载数据计算子环的负载不均匀度；并在步骤S37设置负载不均匀度门限。在步骤S38，判断所计算的负载不均匀度是否超过预设的门限，如果所计算的负载不均匀度超过预设的门限，则在步骤S39，重新调整选环方案。如果上述判断结果为否，则在步骤S40，不调整选环方案。
下面，给出该方法的一个具体的实施方案，本领域的普通技术人员应该可以理解，利用本发明的思想，下列各种参数的设置是可以根据不同的环路状态来设置的，本发明给出的仅是一个具体的实施例，其并不是用来限定本发明的。
首先，该选环技术使能以后，环上每个站点都启动一个负载信息采集定时器。该定时器通过软件来设置。由于数据业务具有一定的突发性，所以这个定时器的取值范围建议在5～20分钟，其具体的时间可以根据具体实现而选择。
当负载信息采集定时器超时时，各站点就从硬件，例如RPR MAC芯片，获取本站点当前接入到两个子环上的业务量和转发业务量，该业务量由带有环路负载信元的ATD帧表示，该帧中具有环路负载数据信息，如采用信元结构表示的接入业务量参数MyUsage和转发业务量参数FwdRate，并利用站点属性发现帧(ATD)向其他站点广播该信息。
在上述ATD帧中新增了一个信元来承载两个子环的负载信息，新增信元的结构定义为：
MSB LSB
---------------------------------------
4 | res1 | type | res2 | length |
---------------------------------------
4 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage |
---------------------------------------
4 | ringlet0FwdRate | ringlet1FwdRate |
---------------------------------------
或
MSB LSB
---------------------------------------
4 | res1 | type | res2 | length |
---------------------------------------
4 | ringlet0FwdRate | ringlet1FwdRate |
---------------------------------------
4 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage |
---------------------------------------
其中：
type为新增环路负载信元的值，根据IEEE802.17标准，取值在8～1022之间；
length为信元的静荷长度，固定为8；
res1，res2为预留位；
ringlet0MyUsage和ringlet1MyUsage为本站点接入到两个子环上的业务量参数；
ringlet0FwdRate和ringlet1FwdRate为经本站点转发到两个子环上的业务量参数。
各站点收到来自其他站点的带有环路负载信元的ATD帧时，记录其中的环路负载数据，如ATD帧中的MyUsage和FwdRate信息。并利用滑动窗机制对数据进行平滑处理，避免突发业务对算法的影响。
滑动窗机制是一种现有成熟的技术，最简单的实现就是提取前N次的数据与本次数据进行加权平均。比如某站点前5次采集到的ringlet0MyUsage分别为100、101、105、98、96、103、102、93、97，而本次采集到的ringlet0MyUsage为150。对这10个数据做简单的求和平均(假定权重都为1)，得出的ringlet0MyUsage为104.5。平滑处理过的数据能比较真实的反映出环路的负载情况，作为流量均衡动态选环算法的输入比较合理。
至于选用多少次历史数据来做平滑，需根据实际情况而定，如平滑次数可以进行1次、2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次或9次，但建议不超过10次。当然，也可以直接选用最新单次数据，而不做平滑处理。
站点利用特定算法根据采集到的数据计算两个子环的负载不均衡度，当这个负载不均衡度超过设定的门限值时，重新调整选环方案。
负载不均衡度为反映两个子环负载差异的一个指标，如何量化该指标可以选择不同的方式。比如用环上各站点接入到ringlet0和ringlet1的MyUsage的差额与环路总带宽(相邻站点间的单向链路带宽*环上站点数)的比值来衡量。当然，也可以利用环上各站点转发到ringlet0和ringlet1的Fwdrate的差额与环路总带宽(相邻站点间的单向链路带宽*环上站点数)的比值来衡量。同时也可以利用各站点接入和转发到环路ringlet0和ringlet1上的MyUsage和Fwdrate的差额与环路总带宽的比值来衡量。在如图2所示的组网中，利用前面所提到的方法，S2站点在某一时刻获得的接入到两个环上的MyUsage见表1(各个站点的业务量以单位量来表示，假定RPR环单向链路带宽为1000个单位)：
表1
| 站点 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage |
| S1 | 500 | 100 |
| S2 | 800 | 200 |
| S3 | 600 | 50 |
| S4 | 400 | 50 |
| S5 | 900 | 300 |
根据这些数据可以计算出此时环上各站点接入到ringlet0的业务量总和为3200，而接入到ringlet1的业务量总和为700，ringlet0的负载明显高于ringlet1，两个子环的负载不均衡度为(3200-700)/(1000*5)＝1/2。
假定设定的负载不均衡度门限值为1/3，则此时两个子环的负载不均衡度已经超过了门限值，所以S2站点需要选择一部分原本从外环ringlet0发送的业务，改由内环ringlet1发送。比如S2至S4的业务原本按照最短路径原则从外环发送，此时可以改由内环发送。这样虽然传输跳数增加了，但两个环的负载相对均衡了，可以有效避免拥塞。
该负载不均衡度的门限值可以根据环路的拥塞状况分级设定，如果在特定时间段内环上出现过拥塞，则门限值可以取其下限，以提高重新选环的灵敏度，减少拥塞发生概率；如果没有出现过拥塞，则门限值可以取其上限，避免重新选环对业务的损害。建议负载不均衡度门限值的下限取值为1/4或更小，上限取值为1/3～1/2。
例如，同样为图2所示组网，S2站点在某一时刻获得的接入到两个环上的业务量参数MyUsage见表2(各个站点的业务量以单位量来表示，假定RPR环单向链路带宽为1000个单位)，并且S2站点在本次流量均衡定时器运行期间曾经检测到链路上有拥塞。
表2
| 站点 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage |
| S1 | 500 | 300 |
| S2 | 800 | 200 |
| S3 | 600 | 600 |
| S4 | 400 | 300 |
| S5 | 900 | 500 |
根据前面提到的方法，可以计算出此时的负载不均衡度为13/50。假定设定的负载不均衡度门限值上限为1/3，下限为1/4。由于有拥塞发生，所以S2同样需要把部分经过ringlet0发送的业务改由ringlet1发送。
对于用户静态配置的选环表项，在调整选环方案时，可以不做处理，保证用户配置的最高优先级，避免重新选环对一些重要业务的影响。
比如在前面的示例中，如果S2到S4的业务静态配置选择外环ringlet0发送，在流量均衡选环时就不做调整，而改为调整从S2到S3或其它业务的发送路径。
在未背离本发明的精神或范围的条件下，本发明中可做出各种修改和变化，这对于本领域的技术人员将是显而易见的。本发明意在覆盖在附加权利要求书和其等效变换范围内的本发明的修改和变化。
Claims (12)
1.一种弹性分组环流量均衡选环方法，该弹性分组环包括两个子环和多个站点，该方法包括下列步骤：
在各站点设置负载信息采集定时器；
当负载信息采集定时器超时时，获取本站点当前接入和转发到两个子环上的业务量；
利用含有该业务量的站点属性发现ATD帧向其他站点广播；
利用接收的其他站点的ATD帧，记录其中的业务量；以及
利用规定的算法，根据采集到的业务量计算两个子环的负载不均匀度，并当该负载不均匀度超过设定的门限时，重新调整环路的选环方案。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述利用接收的其他站点的ATD帧，记录其中的业务量后还进一步包括利用滑动窗机制对记录的业务量进行平滑处理的步骤。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中该业务量由ATD帧中的环路负载信元表示，该信元具有环路负载数据信息。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述环路负载数据信息包括表示接入到子环上的业务量参数MyUsage，和表示转发到子环上的业务量参数FwdRate。
5.如权利要求1、2或4所述的方法，其中，所述站点属性发现ATD帧的包括MyUsage参数和FwdRate参数的信元结构为：
MSB LSB
-------------------------------------
4 | res1 | type | res2 | length |
-------------------------------------
4 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage|
-------------------------------------
4 | ringlet0FwdRate | ringlet1FwdRate|
其中：type为新增环路负载信元的值，取值在8～1022之间；length为信元的静荷长度，固定为8；res1，res2为预留位；ringlet0MyUsage和ringlet1MyUsage为本站点接入到两个子环上的业务量参数；ringlet0FwdRate和ringlet1FwdRate为经本站点转发到两个子环上的业务量参数。
6.如权利要求1、2或4所述的方法，其中，所述站点属性发现ATD帧的包括MyUsage参数和FwdRate参数的信元结构为：
MSB LSB
-------------------------------------
4 | res1 | type | res2 | length |
-------------------------------------
4 | ringlet0FwdRate | ringlet1FwdRate |
-------------------------------------
4 | ringlet0MyUsage | ringlet1MyUsage |
其中：type为新增环路负载信元的值，取值在8～1022之间；length为信元的静荷长度，固定为8；res1，res2为预留位ringlet0MyUsage和ringlet1MyUsage为本站点接入到两个子环上的业务量参数；ringlet0FwdRate和ringlet1FwdRate为经本站点转发到两个子环上的业务量参数。
7.如权利要求1或2所述的方法，所述负载不均匀度是通过下式来计算的：
负载不均匀度＝接入或转发到两个子环上的业务量的差/环路总带宽。
8.如权利要求1或2所述的方法，所述负载不均匀度是通过下式来计算的：
负载不均匀度＝接入和转发到两个子环上的业务量的差/环路总带宽。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述门限值为1/3。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述门限值能根据环路的拥塞状况分级设定，如果在以前时间段内环上出现过拥塞，则门限值取其下限，以提高重新选环的灵敏度，减少拥塞发生概率；如果没有出现过拥塞，则门限值取其上限，避免重新选环对业务的损害。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述负载不均匀度门限值的下限为1/4或更小，上限值为1/3至1/2。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中，该方法进一步包括下列步骤：
在重新调整选环方案时，维持用户静态配置的选环表项。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HANGZHOU HUASAN COMMUNICATION TECHNOLOGY CO., LTD Free format text: FORMER OWNER: HANGZHOU HUAWEI 3COM TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20070810 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20070810 Address after: 310053, Hangzhou hi tech Industrial Development Zone, Zhejiang hi tech Industrial Park, No. six and No. 310 HUAWEI Hangzhou production base Applicant after: Huasan Communication Technology Co., Ltd. Address before: 310053, Hangzhou hi tech Industrial Development Zone, Zhejiang hi tech Industrial Park six and Lu Donghua for the 3COM company Applicant before: Huawei Sankang Technology Co., Ltd., Hangzhou |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 310052 Binjiang District Changhe Road, Zhejiang, China, No. 466, No. Patentee after: Xinhua three Technology Co., Ltd. Address before: 310053 Hangzhou hi tech Industrial Development Zone, Zhejiang province science and Technology Industrial Park, No. 310 and No. six road, HUAWEI, Hangzhou production base Patentee before: Huasan Communication Technology Co., Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071219 Termination date: 20200917 |