本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)工作閾值的有效流量控制方法，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
：。
背景技術(shù)：
：：隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)日趨多元化。電力部門需要可靠、有效的對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量監(jiān)控，降低能耗、丟包率和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。交換機(jī)具備流量限制和風(fēng)暴抑制功能，在智能變電站網(wǎng)絡(luò)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，由于高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的一些問題也影響著站內(nèi)系統(tǒng)的安全與性能，如網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò)擁塞、流量管理和控制等。為避免系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，必須做好變電站網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)使用具備風(fēng)暴抑制和流量管理功能的專用交換機(jī)，并采用合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和流量管控措施。但現(xiàn)有方式無法完全實(shí)現(xiàn)流量的有效控制問題。高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)集群(hpc)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于不同的領(lǐng)域去解決富有挑戰(zhàn)性的問題。從高端的浮點(diǎn)密集型科學(xué)和工程計(jì)算問題到商業(yè)數(shù)據(jù)密集任務(wù)，很多現(xiàn)行的產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了吞吐量最大化和延時(shí)最小化，但是都沒有考慮到帶寬保證、有限的數(shù)據(jù)包投遞時(shí)間和有限的到達(dá)時(shí)延等方面。一些大公司已經(jīng)開始研究在高性能網(wǎng)絡(luò)中控制節(jié)點(diǎn)間的通信標(biāo)準(zhǔn)、i/o設(shè)備的通信標(biāo)準(zhǔn)和處理器內(nèi)部通信標(biāo)準(zhǔn)，正如所知的無線帶寬技術(shù)(infiniband)網(wǎng)絡(luò)。infiniband網(wǎng)絡(luò)由于其可擴(kuò)展性成為高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的首選。無線帶寬架構(gòu)(iba)是一種新的工業(yè)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，可以使infiniband網(wǎng)絡(luò)支持時(shí)延約束和多種qos服務(wù)要求的應(yīng)用。infiniband提供了一系列的機(jī)制，例如:服務(wù)層(sl)、虛擬線路(vl)、虛擬鏈路仲裁表，如果使用得當(dāng)，它可以提供滿意的qos服務(wù)。這些機(jī)制包括不同的業(yè)務(wù)類型和不同輸出端口的仲裁。仲裁表存儲(chǔ)在infiniband網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)中，可以根據(jù)嚴(yán)格的qos要求配置數(shù)據(jù)包的優(yōu)先權(quán)。本文，我們提出了用在infiniband網(wǎng)絡(luò)中的一種有效的動(dòng)態(tài)流量控制機(jī)制。這種新機(jī)制的想法是基于在虛擬線路仲裁表中給虛擬線路引入一個(gè)動(dòng)態(tài)的工作閾值。這些閾值根據(jù)用嚴(yán)格的qos限制有效控制不同業(yè)務(wù)的帶寬劃分。因此，總體系統(tǒng)的性能將會(huì)被提高。外部的通信量可以用廣義指數(shù)分布來建模，它可以捕獲網(wǎng)絡(luò)突發(fā)通信流量,利用信息論中最大熵原理可以得出近似的分析結(jié)果，它是一種簡(jiǎn)單、可靠、高效的分析和預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的工具?，F(xiàn)有技術(shù)中有一種固定工作閾值的流量控制機(jī)制，這種方法雖在一定程度上提高的鏈路吞吐量，降低時(shí)延。但是由于電網(wǎng)常有突發(fā)大流量的特點(diǎn)，閾值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的不同來設(shè)定一個(gè)靜態(tài)的閾值，如果選擇的閾值過低交換機(jī)就會(huì)頻繁的切換，會(huì)增加延時(shí)和能耗。相反地，閾值設(shè)置的高時(shí)，就會(huì)增加隊(duì)列的長(zhǎng)度，增加延時(shí)，帶寬利用率降低，當(dāng)突發(fā)流量到達(dá)時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失，所以靜態(tài)閾值不是有效的配置方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于動(dòng)態(tài)工作閾值的有效流量控制方法，利用動(dòng)態(tài)的閾值的方法，根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)對(duì)鏈路中業(yè)務(wù)流量進(jìn)行監(jiān)聽，記錄下突發(fā)流量，交換機(jī)對(duì)業(yè)務(wù)流量評(píng)估是一個(gè)動(dòng)態(tài)連續(xù)的過程，對(duì)每一個(gè)業(yè)務(wù)流的最大突發(fā)值進(jìn)行評(píng)估，動(dòng)態(tài)的調(diào)整仲裁表來設(shè)置閾值門限，使每個(gè)信道都能適應(yīng)當(dāng)前鏈路的流量特點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)突發(fā)大流量的處理能力、帶寬利用率和傳輸效率，降低能耗、丟包率和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明的一種基于動(dòng)態(tài)工作閾值的有效流量控制方法,具體包括如下幾個(gè)步驟：(1)本地通信管理代理(是一種代理交換機(jī)具有的功能，可以根據(jù)交換機(jī)當(dāng)前的本地信息，設(shè)置交換機(jī)的狀態(tài))根據(jù)每個(gè)交換機(jī)的本地信息決定接受或拒絕連接請(qǐng)求，所述本地信息包括輸出鏈路的狀態(tài)和當(dāng)前交換機(jī)為虛擬鏈路預(yù)留的帶寬；(2)當(dāng)接受一個(gè)連接請(qǐng)求，本地通信管理代理根據(jù)連接請(qǐng)求更改虛擬鏈路仲裁表，并為每一個(gè)虛擬鏈路設(shè)定初始的靜態(tài)工作閾值；(3)交換機(jī)通過數(shù)據(jù)流量是否超過信道閾值來判斷是否有大流量(本領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語)經(jīng)過，如果有大流量經(jīng)過，則交換機(jī)動(dòng)態(tài)的記錄下鏈路中的突發(fā)大數(shù)據(jù)流量lbmaxi，lbmaxi為第i條虛擬鏈路觀察到的最大流量，并轉(zhuǎn)向步驟(5)；如果沒有大流量經(jīng)過，則轉(zhuǎn)向步驟(4)；(4)每一個(gè)虛擬鏈路維持各自的動(dòng)態(tài)閾值dt；(5)判斷當(dāng)前鏈路中的業(yè)務(wù)流量是否達(dá)到工作閾值，當(dāng)一條鏈路中的業(yè)務(wù)流量達(dá)到當(dāng)前鏈路的工作閾值，虛擬鏈路仲裁表判斷(判斷方法就是根據(jù)當(dāng)前鏈路中是否有數(shù)據(jù)傳輸，類似csma/cd監(jiān)聽總線是否有數(shù)據(jù)傳輸)當(dāng)前的共享鏈路是否有空閑，若有空閑的共享鏈路，則轉(zhuǎn)向步驟(6)；若沒有空閑的共享鏈路，則維持當(dāng)前鏈路傳輸并結(jié)束；(6)激活一條共享鏈路進(jìn)行傳輸，并轉(zhuǎn)向步驟(2)。步驟(2)中，在高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)iba中通過三個(gè)機(jī)制提供不同的qos服務(wù)，分別為服務(wù)級(jí)別、虛擬鏈路和虛擬鏈路仲裁表；在無線帶寬網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)最少有兩個(gè)、最多有16個(gè)服務(wù)級(jí)別vl0.....vl15，vl15是為子網(wǎng)管理預(yù)留的，所有端口都支持并且有最高的數(shù)據(jù)流級(jí)別；因?yàn)榻粨Q機(jī)支持不同的服務(wù)級(jí)別，子網(wǎng)管理器通過端口的使用數(shù)量來配置服務(wù)級(jí)別的數(shù)量；當(dāng)有超過兩個(gè)服務(wù)級(jí)別執(zhí)行時(shí)，仲裁機(jī)制將允許一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)選擇虛擬鏈路進(jìn)行傳輸；由于vl15被用來進(jìn)行流量控制，并且擁有最高的優(yōu)先權(quán)，因此僅對(duì)數(shù)據(jù)的服務(wù)級(jí)別進(jìn)行仲裁；虛擬鏈路仲裁表定義了數(shù)據(jù)通道的優(yōu)先級(jí)別。把擁有高優(yōu)先權(quán)的vli模擬成一個(gè)到達(dá)時(shí)間服從泊松分布和先到先服務(wù)fcfs原則的排隊(duì)系統(tǒng)。高優(yōu)先權(quán)的服務(wù)級(jí)別和低服務(wù)級(jí)別的vls分為兩個(gè)部分：普通vls和共享vls。步驟(4)中，所述動(dòng)態(tài)閾值dt的計(jì)算公式如下：dt＝lcap-lbtotal式(1)其中，lcap表示虛擬鏈路的容量，中間變量lbtotal計(jì)算如下：其中，n表示虛擬鏈路的條數(shù)。步驟(6)中，當(dāng)設(shè)定vli的業(yè)務(wù)流量到達(dá)工作閾值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)分派空閑的共享vls來傳輸數(shù)據(jù)包；假設(shè)虛擬鏈路a的服務(wù)速率u，容量為n，當(dāng)高優(yōu)先權(quán)的vl業(yè)務(wù)流量達(dá)到其閾值l1時(shí)，vla將會(huì)占用一個(gè)空閑的共享虛擬鏈路vlb；服務(wù)率將從u1變道u2，而容量從n增加到2n；當(dāng)業(yè)務(wù)流量小于閾值時(shí)，vla不能使用共享虛擬鏈路，同時(shí)，若vlb的業(yè)務(wù)流量達(dá)到了其閾值l2，則來自高優(yōu)先級(jí)的虛擬鏈路將會(huì)占用第二條共享的虛擬鏈路。本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明的交換機(jī)提供了在一條物理鏈路上創(chuàng)建多條虛擬鏈路連接機(jī)制,并根據(jù)不同的需求來處理不同的業(yè)務(wù)；本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)的調(diào)整仲裁表來設(shè)置閾值門限，適用于各種不同負(fù)載程度的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；本發(fā)明提高網(wǎng)絡(luò)突發(fā)大流量的處理能力、帶寬利用率和傳輸效率，降低能耗、丟包率和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。附圖說明圖1為本發(fā)明的方法工作流程圖；圖2為虛擬鏈路仲裁表結(jié)構(gòu)圖；圖3為到達(dá)閾值激活共享鏈路圖；圖4為共享過程圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明提出了一種在電力通信高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中基于動(dòng)態(tài)閾值的有效流量控制方法，首先本地代理根據(jù)連接請(qǐng)求更改虛擬鏈路仲裁表，并且為每一個(gè)虛擬鏈路設(shè)定初始的靜態(tài)工作閾值，其次交換機(jī)動(dòng)態(tài)的記錄下鏈路中的突發(fā)大數(shù)據(jù)流量，最后仲裁表根據(jù)記錄下來的突發(fā)數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)的調(diào)整本鏈路中的工作閾值。本發(fā)明基于在虛擬線路仲裁表中給虛擬線路引入一個(gè)動(dòng)態(tài)的工作閾值。這些閾值根據(jù)用嚴(yán)格的qos限制有效控制不同業(yè)務(wù)的帶寬劃分。因此，總體系統(tǒng)的性能將會(huì)被提高。外部的通信量可以用廣義的指數(shù)分布來建模，它可以捕獲網(wǎng)絡(luò)突發(fā)通信流量。利用信息論中最大熵原理可以得出近似的分析結(jié)果，它是一種簡(jiǎn)單，可靠，高效的分析和預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的工具。如圖1所示，方法流程為：(1)本地通信管理代理根據(jù)每個(gè)交換機(jī)的本地信息來決定接受或拒絕連接請(qǐng)求，這些信息包括輸出鏈路的狀態(tài)以及它們已預(yù)留的帶寬。(2)在iba中通過三個(gè)機(jī)制提供不同的qos服務(wù)，分別為：服務(wù)級(jí)別(sl)，虛擬鏈路(vl)和虛擬鏈路仲裁表(vlarbitrationtable)。iba中規(guī)定了最大16個(gè)服務(wù)級(jí)別，它取決于管理員如何在不同服務(wù)級(jí)別之間分派不同的流量類型。iba提供了一個(gè)字段用來標(biāo)記服務(wù)的級(jí)別，根據(jù)不同的需求處理不同的業(yè)務(wù)。iba端口支持不同的服務(wù)級(jí)別，可以在一條物理鏈路上創(chuàng)建多條虛擬鏈路連接。在無線帶寬網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)最少有兩個(gè)，最多有16個(gè)服務(wù)級(jí)別(vl0.....vl15)。vl15是為子網(wǎng)管理預(yù)留的，所有端口都支持并且有最高的數(shù)據(jù)流級(jí)別。因?yàn)榻粨Q機(jī)支持不同的服務(wù)級(jí)別，子網(wǎng)管理器通過端口的使用數(shù)量來配置服務(wù)級(jí)別的數(shù)量。當(dāng)有超過兩個(gè)服務(wù)級(jí)別執(zhí)行時(shí)，仲裁機(jī)制將允許一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)選擇虛擬鏈路進(jìn)行傳輸。由于vl15被用來進(jìn)行流量控制，并且擁有最高的優(yōu)先權(quán)，因此僅對(duì)數(shù)據(jù)的服務(wù)級(jí)別進(jìn)行仲裁。虛擬鏈路仲裁表定義了數(shù)據(jù)通道的優(yōu)先級(jí)別，如圖2所示：本地通信管理代理根據(jù)每個(gè)交換機(jī)的本地信息來決定接受或拒絕連接請(qǐng)求。這些信息包括輸出鏈路的狀態(tài)以及它們已預(yù)留的帶寬。當(dāng)一個(gè)連接被接受，代理根據(jù)連接請(qǐng)求更改虛擬鏈路仲裁表。而且，我們?yōu)槊恳粋€(gè)虛擬鏈路設(shè)定工作閾值，我們重點(diǎn)關(guān)注擁有高優(yōu)先權(quán)的vli并且把它模擬成一個(gè)到達(dá)間隔服從廣義指數(shù)分布ge/ge/1/n/et/fcfs的排隊(duì)系統(tǒng)(服務(wù)時(shí)間分布，到達(dá)工作閾值，先到先服務(wù)(fcfs)原則)。本文采用一種基于復(fù)合泊松分布，或者說為到達(dá)間隔為指數(shù)分布。如圖3所示，高優(yōu)先權(quán)的服務(wù)級(jí)別和低服務(wù)級(jí)別的vls分為兩個(gè)部分：普通vls和共享vls。(3)交換機(jī)動(dòng)態(tài)的記錄下鏈路中的突發(fā)大數(shù)據(jù)流量lbmaxi(第i條虛擬鏈路觀察到的最大流量)。(4)根據(jù)步驟3記錄的下突發(fā)大數(shù)據(jù)流量，每一個(gè)虛擬鏈路保持各自的動(dòng)態(tài)閾值。動(dòng)態(tài)閾值dt(dynamicthreshold)計(jì)算公式如下：dt＝lcap-lbtotal式(1)其中l(wèi)cap表示虛擬鏈路的容量，中間變量lbtotal計(jì)算如下：其中l(wèi)bmaxi表示第i條虛擬鏈路觀察到的最大流量。(5)當(dāng)一條鏈路中流量值達(dá)到當(dāng)前鏈路的工作閾值時(shí)，仲裁表會(huì)為判斷當(dāng)前的共享鏈路是否有空閑。(6)當(dāng)某一特定vli的業(yè)務(wù)流量到達(dá)閾值時(shí)，如圖4所示，系統(tǒng)就會(huì)分派空閑的共享vls來傳輸數(shù)據(jù)包。其結(jié)果是更多的服務(wù)將超過閾值水平。當(dāng)高優(yōu)先權(quán)(假設(shè)虛擬鏈路a的服務(wù)速率u，容量為n)的vl業(yè)務(wù)流量達(dá)到其閾值時(shí)(l1)，vla將會(huì)占用一個(gè)空閑的共享虛擬鏈路vlb。服務(wù)率將從u1變道u2，而容量從n增加到2n。另一方面，當(dāng)業(yè)務(wù)流量小于閾值時(shí)，vla不能使用共享虛擬鏈路。同時(shí)，若vlb的業(yè)務(wù)流量達(dá)到了其閾值l2，則來自高優(yōu)先級(jí)的虛擬鏈路將會(huì)占用第二條共享的虛擬鏈路等等?，F(xiàn)有技術(shù)中有一種固定工作閾值的流量控制機(jī)制，這種方法雖在一定程度上提高的鏈路吞吐量，降低時(shí)延。但是由于電網(wǎng)常有突發(fā)大流量的特點(diǎn)，閾值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的不同來設(shè)定一個(gè)靜態(tài)的閾值，如果選擇的閾值過低交換機(jī)就會(huì)頻繁的切換，會(huì)增加延時(shí)和能耗。相反地，閾值設(shè)置的高時(shí)，就會(huì)增加隊(duì)列的長(zhǎng)度，增加延時(shí)，帶寬利用率降低，當(dāng)突發(fā)流量到達(dá)時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失，所以靜態(tài)閾值不是有效的配置方法。最后通過在交換機(jī)提供了一條物理鏈路上創(chuàng)建多條虛擬鏈路連接機(jī)制,根據(jù)不同的需求來處理不同的業(yè)務(wù)，并且動(dòng)態(tài)的調(diào)整工作閾值從而降低了交換機(jī)的切換頻率，提高網(wǎng)絡(luò)突發(fā)大流量的處理能力、帶寬利用率和傳輸效率，降低能耗、丟包率和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12