專利名稱：基于數(shù)據(jù)包到達間隔濾波的業(yè)務(wù)源整形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信組網(wǎng)方法體系中的業(yè)務(wù)整形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)據(jù)包到達間隔濾波的業(yè)務(wù)源整形方法。
背景技術(shù)：
移動網(wǎng)絡(luò)就是節(jié)點移動的網(wǎng)絡(luò)，由于節(jié)點的移動引入了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的不確定性，從而提高了業(yè)務(wù)到達的突發(fā)度和數(shù)據(jù)流的突發(fā)度，為移動網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和系統(tǒng)設(shè)計帶來了新的技術(shù)難度。業(yè)務(wù)整形是網(wǎng)絡(luò)方法體系業(yè)務(wù)處理的主要內(nèi)容之一，是在業(yè)務(wù)進入網(wǎng)絡(luò)以前和業(yè)務(wù)進入某節(jié)點以前，對到達業(yè)務(wù)的聚合流進行處理，以改變業(yè)務(wù)的統(tǒng)計特征。到達業(yè)務(wù)的突發(fā)度越低，節(jié)點狀態(tài)越平穩(wěn)，從而網(wǎng)絡(luò)效率越高。整形方法分兩類到達業(yè)務(wù)處理和到達業(yè)務(wù)前處理。到達業(yè)務(wù)處理是指對到達業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流進行某種處理，以降低業(yè)務(wù)流的突發(fā)度， 稱之為被動整形方法。業(yè)務(wù)到達前處理是指對業(yè)務(wù)到達的申請過程進行處理，以降低業(yè)務(wù)到達的突發(fā)度，從而降低業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的突發(fā)度。這類方法的主要整形對象是持續(xù)時間較長的業(yè)務(wù)，如IP電話、視頻會議等。它們的一個共同特點是業(yè)務(wù)持續(xù)時間較長，可以將業(yè)務(wù)接入過程分為業(yè)務(wù)申請過程和業(yè)務(wù)接入過程，業(yè)務(wù)申請過程不會過多消耗網(wǎng)絡(luò)資源，申請過程延時也可以較長，而對傳輸過程的延時要求高?？梢詫I(yè)務(wù)申請過程進行處理，在不影響業(yè)務(wù)傳輸過程的同時降低業(yè)務(wù)聚合流的突發(fā)度。將此類方法稱為主動整形方法。由于主動整形方法不影響數(shù)據(jù)傳輸過程，它可以與其它被動整形方法結(jié)合，共同完成業(yè)務(wù)整形，以提高整形效果。目前已有為ATM網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的基于RC濾波器的業(yè)務(wù)整形器。這種業(yè)務(wù)整形器引入了一種與漏桶整形(LB)完全不同的概念。RC業(yè)務(wù)整形器是在RC濾波器可以對電流進行整形理論即低通濾波理論基礎(chǔ)上提出的。該方法通過濾波器方法平滑每個單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)包個數(shù)，可以使輸出速率隨著輸入速率變化而相應(yīng)的變化。該方法主要有兩個不足之處。 一個是在整形過程中，由于平滑對象是單位時間內(nèi)到達的數(shù)據(jù)包個數(shù)，需要對到達的數(shù)據(jù)包進行一定量的緩存，且需要緩存的長度一般大于10個數(shù)據(jù)包。因此會對每個數(shù)據(jù)包都引入一個固定延時Be/Xin(其中Bc是需要的緩存大小，λ in是平均業(yè)務(wù)到達率)。所以延時比較長。另外，該方法在實現(xiàn)中需要知道到達業(yè)務(wù)流的峰值速率才能設(shè)計合適的整形器，因此實現(xiàn)比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決傳統(tǒng)被動整形方法中延時較長和實現(xiàn)困難的問題。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)據(jù)包到達間隔濾波的業(yè)務(wù)源整形方法，包括以下步驟Si、假設(shè)業(yè)務(wù)源各個數(shù)據(jù)包的到達時間{ τ nin :n = 0，1，2，. . . }用一個隨機過程描述，先統(tǒng)計前L個數(shù)據(jù)包的平均到達時間間隔，作為數(shù)據(jù)包平均到達時間間隔T的取值，得到T后，認為傳輸開始，τ:表示第n個數(shù)據(jù)包的到達時間；S2、傳輸開始時，設(shè)置記錄最近一個數(shù)據(jù)包到達時間的計時器Timer為0，并設(shè)置前k-1個初始到達間隔為{T，T，. . .，T}，其中k為低通濾波器的抽頭系數(shù)；S3、如果有數(shù)據(jù)到達，先使數(shù)據(jù)進入緩存器，如果數(shù)據(jù)包未進入緩存器，緩存器為空，則觸發(fā)計時器Timer開始計時，如果經(jīng)過最小緩存時長Tw，下一個數(shù)據(jù)包仍沒有到達， 則將緩存器中的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，并認為一次新的傳輸開始，返回執(zhí)行步驟S2，如果在Tw 時間內(nèi)有新數(shù)據(jù)包到達，則將后續(xù)數(shù)據(jù)包的到達時間間隔依次放入第i個數(shù)據(jù)包與第i_l 個數(shù)據(jù)包的到達時間間隔序列{ ΧΓ Z=I,2,…丨中，并與低通濾波器系統(tǒng)函數(shù)Η(ω)進行卷積運算，將得到的輸出依次放入第i個數(shù)據(jù)包與第i_l個數(shù)據(jù)包的輸出時間間隔序列 {Xiut ι=\,2,-},同時每統(tǒng)計到連續(xù)L個數(shù)據(jù)包的到達時間間隔的均值，就用該均值更新 T的值；S4、當計時器Timer的數(shù)值達到Tw時，輸出調(diào)度機開始按照輸出間隔序列依次將數(shù)據(jù)包輸出，每輸出一個數(shù)據(jù)包，分別將該數(shù)據(jù)包從對應(yīng)的輸入、輸出時間間隔序列中清除，同時輸出調(diào)度機指向下一個待輸出的數(shù)據(jù)包，在此過程中新到達的數(shù)據(jù)包仍依次進入緩存器；S5、如果緩存器為空，則返回執(zhí)行步驟S2。優(yōu)選地，所述濾波器為低通濾波器。優(yōu)選地，所述低通濾波器為因果系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述卷積運算與數(shù)據(jù)包進入緩存器的緩存過程并行進行。優(yōu)選地，步驟S4中，在所述緩存器至少存儲了 2個數(shù)據(jù)包后輸出調(diào)度機才觸發(fā)緩存器隊首的數(shù)據(jù)包輸出。(三)有益效果和RC業(yè)務(wù)整形器相比，本發(fā)明基于包間隔濾波的整形工作在時域范圍，平滑的對象是數(shù)據(jù)包到達的時間間隔。對IFSA方法的性能分析與仿真結(jié)果表明IFSA在三個方面性能比較突出，首先，該方法具有低延時特性(大約有幾個數(shù)據(jù)包的延時)；其次，該方法具有實時特性；第三，該方法實現(xiàn)時不需要對業(yè)務(wù)特性進行預(yù)測，可實現(xiàn)性好。


圖1是本發(fā)明實施例的方法流程圖；圖2是本發(fā)明實施例的方法實現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面對于本發(fā)明所提出的一種基于數(shù)據(jù)包到達間隔濾波的業(yè)務(wù)源整形方法，結(jié)合附圖和實施例詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的基于數(shù)據(jù)包到達間隔濾波的業(yè)務(wù)整形方法anterval Filter Shaping Algorithm，簡稱IFSA)。和RC業(yè)務(wù)整形器相比，基于包間隔濾波的整形工作在時域范圍，平滑的對象是數(shù)據(jù)包到達的間隔。對IFSA方法的性能分析與仿真結(jié)果表明IFSA在三個方面性能比較突出。首先，該方法具有低延時特性(大約有幾個數(shù)據(jù)包的延時)；其次，該方法具有實時特性；第三，該方法實現(xiàn)時不需要對業(yè)務(wù)特性進行預(yù)測，可實現(xiàn)性好。方法描述如下1.1.1符號說明(1) λ (packets/s)數(shù)據(jù)包的平均到達率(2)T(s/packet)數(shù)據(jù)包平均到達時間間隔T = 1/ λ(3) B (packets)緩存器長度(4)hi; . . .，hk 離散低通濾波器(LPF)的抽頭系數(shù)，其中k是抽頭個數(shù)(5)H(GJ)LPF 的頻域響應(yīng)(6) r/w第i個數(shù)據(jù)包的到達時間(7) Γ廣第i個數(shù)據(jù)包的輸出時間(8) Χ，第i個數(shù)據(jù)包與第i_l個數(shù)據(jù)包的到達時間間隔X/"= τΓ - TiJn(9) Π i個數(shù)據(jù)包與第i_l個數(shù)據(jù)包的輸出時間間隔X10"'= Τ""' - Ti."11'(IO)Timer 記錄最近一個數(shù)據(jù)包到達時間的計時器1. 1. 2突發(fā)度的定義假設(shè)業(yè)務(wù)源各個數(shù)據(jù)包的到達時間{>nin:n = 0,1,2, ...}(其中，η = 0，1， 2，...表示η為大于或等于0的整數(shù))可以用一個隨機過程描述，則各個數(shù)據(jù)包到達的時間間隔構(gòu)成序列{Xn, |Xn,= TiZn-Ti^1iW = 1，2，...}也是一個隨機過程，而且業(yè)務(wù)源的到達時間可以由此序列得到。因此，也可以用數(shù)據(jù)包到達時間間隔序列描述一個業(yè)務(wù)源。 業(yè)務(wù)源的突發(fā)度是用來表征業(yè)務(wù)源到達速率變化程度或數(shù)據(jù)包到達時間間隔變化程度的一個參量。不同的文章對突發(fā)度都有不同的定義，主要有以下幾種a.簡單描述β =峰值速率/平均速率
Var(X)b.方差系數(shù)廣=
h
Vrc.擴散系數(shù)人=
E\X)
Var(XM+... + Xi+n)
nE\X)簡單描述不能提供峰值速率出現(xiàn)的頻率、持續(xù)時間及數(shù)據(jù)包相關(guān)性等足夠的信息。方差系數(shù)C能夠描述業(yè)務(wù)量的變化，一般認為方差系數(shù)大于1的信源為突發(fā)信源，它的缺點是不能用于反映相鄰數(shù)據(jù)包的相關(guān)性。擴散系數(shù)可以得到數(shù)據(jù)包的相關(guān)性，但是此定義使分析比較復(fù)雜。從以上三種突發(fā)性描述可以看出，改變峰值速率、數(shù)據(jù)包間隔的方差都可以減小業(yè)務(wù)源的突發(fā)度?？紤]分析的精確度和復(fù)雜度，采用方差系數(shù)來描述突發(fā)度，這也是常用的一種描述方法。1.1. 3IFSA 方法描述IFSA由整形器和調(diào)度器實現(xiàn)。整形器由輸入緩存器和低通濾波器(LPF)組成。IFSA的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖中ω^是低通濾波器的截止頻率。假設(shè)數(shù)據(jù)包包長相同， 且無數(shù)據(jù)包丟失，IFSA方法描述如下。數(shù)據(jù)包到達后，首先進入輸入緩存器。計時器Timer記錄每個數(shù)據(jù)包的到達時間 τ Γ ,并獲得數(shù)據(jù)包到達時間間隔序列:Ζ+=1,2,...丨。以Pf M乍為低通濾波器的輸入序列，相應(yīng)的輸出序列就是數(shù)據(jù)包輸出時間間隔序列ζ=ι,2,...丨,其中不-是第i個數(shù)據(jù)包和第i+l個數(shù)據(jù)包的輸出時間間隔，輸出調(diào)度就按照該間隔調(diào)度輸出。第i個數(shù)據(jù)包
的調(diào)度輸出時間為=Ii^Ti。
k=\1. 1. 4IFSA方法實現(xiàn)方案為了更好地理解方法實現(xiàn)，先進行以下說明。在方法實現(xiàn)中，序列 {Xiaut:戶1,2,...} (i = 1，2，· · ·，表示i為大于或等于1的整數(shù))是由Pf :z+=l,2,...}和低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Η(ω)卷積得到的。此卷積過程可以和輸入的緩存過程并行進行。 由于該系統(tǒng)是一個因果系統(tǒng)，即有輸入才能有輸出，因此，在有數(shù)據(jù)到達時需要緩存一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包，才能夠按照輸出序列對數(shù)據(jù)包輸出進行調(diào)度。以基本緩存量N作為觸發(fā)輸出的最小緩存數(shù)據(jù)包數(shù)目，則N的最小值為2，即緩存器至少存儲了 2個數(shù)據(jù)包后才能觸發(fā)緩存器隊首的數(shù)據(jù)包輸出。在實現(xiàn)中用基本緩存時長替代基本緩存量，則最小緩存時長Tw = NT的最小值為min{Tw} = 2T。其中T為數(shù)據(jù)包平均到達時間間隔。在實現(xiàn)過程中T通過對L個連續(xù)數(shù)據(jù)包的到達時間間隔統(tǒng)計平均得到(仿真實驗中L = 10)。因為輸入序列經(jīng)低通濾波器需要經(jīng)過一定時間才能得到穩(wěn)定的輸出，為了加快穩(wěn)定，在傳輸開始時，假設(shè)已經(jīng)有k-Ι個輸入，且輸入時間間隔均為T。另外，在實現(xiàn)中，緩沖器為空即表示一次傳輸結(jié)束，同時等待下一次傳輸?shù)拈_始。IFSA具體步驟如下Sl 系統(tǒng)初始化過程先統(tǒng)計前L個數(shù)據(jù)包的平均時間間隔，作為T的取值。對這 L個包不作平滑，得到T后，認為傳輸開始。S2 傳輸開始時，設(shè)置Timer = 0，并設(shè)定前k_l個初始到達間隔為{T，T，· · ·，T}。S3 如果有數(shù)據(jù)到達，先進入緩存器。如果數(shù)據(jù)包未進入緩存器，緩存器為空，則觸發(fā)計時器開始計時。如果經(jīng)過Tw時間下一個數(shù)據(jù)包仍沒有到達，則將緩存器中的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，并認為一次新的傳輸開始，返回執(zhí)行步驟S2。如果在Tw時間內(nèi)有新數(shù)據(jù)包到達，就將后續(xù)數(shù)據(jù)包的到達間隔依次放入時間間隔序列丨Af: Z=I,2,...丨,并與濾波器系數(shù)進行卷積運算，將得到的輸出依次放入輸出間隔時間序列{Xiut-. I=IX...丨。同時每統(tǒng)計到連續(xù)L個數(shù)據(jù)包的到達時間間隔的均值，就用該均值更新T的值。S4 當Timer = Tw時，輸出調(diào)度機開始按照輸出間隔序列依次將數(shù)據(jù)包輸出。每輸出一個數(shù)據(jù)包，分別將該數(shù)據(jù)包從對應(yīng)的輸入、輸出間隔序列中清除，同時輸出調(diào)度指向下一個待輸出的數(shù)據(jù)包。在此過程(指步驟S4的過程)中新到達的數(shù)據(jù)包仍依次進入緩存器。S5 如果緩存器為空，則返回執(zhí)行步驟S2。由以上實施例可以看出，和現(xiàn)有的RC業(yè)務(wù)整形器相比，本發(fā)明基于包間隔濾波的整形工作在時域范圍，平滑的對象是數(shù)據(jù)包到達的時間間隔。對IFSA的性能分析與仿真結(jié)
6果表明，IFSA在三個方面性能比較突出，首先，該方法具有低延時特性(大約有幾個數(shù)據(jù)包的延時)；其次，該方法具有實時特性；第三，該方法實現(xiàn)時不需要對業(yè)務(wù)特性進行預(yù)測，可實現(xiàn)性好。 以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)據(jù)包到達間隔濾波的業(yè)務(wù)源整形方法，其特征在于，包括以下步驟s1、假設(shè)業(yè)務(wù)源各個數(shù)據(jù)包的到達時間{τ:;η= 0，1，2，. . . }用一個隨機過程描述， 先統(tǒng)計前L個數(shù)據(jù)包的平均到達時間間隔，作為數(shù)據(jù)包平均到達時間間隔T的取值，得到T 后，認為傳輸開始，τ:表示第η個數(shù)據(jù)包的到達時間；s2、傳輸開始時，設(shè)置記錄最近一個數(shù)據(jù)包到達時間的計時器Timer為0，并設(shè)置前k_l 個數(shù)據(jù)包的初始到達時間間隔為{T，T，. . .，T}，其中k為濾波器的抽頭系數(shù)；s3、如果有數(shù)據(jù)包到達，先使數(shù)據(jù)包進入緩存器，如果數(shù)據(jù)包未進入緩存器，緩存器為空，則觸發(fā)計時器Timer開始計時，如果經(jīng)過最小緩存時長Tw，下一個數(shù)據(jù)包仍沒有到達， 則將緩存器中的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，并認為一次新的傳輸開始，返回執(zhí)行步驟S2，如果在Tw 時間內(nèi)有新數(shù)據(jù)包到達，則將后續(xù)數(shù)據(jù)包的到達時間間隔依次放入第i個數(shù)據(jù)包與第i_l 個數(shù)據(jù)包的到達時間間隔序列{ ΧΓ Z=I,2,…丨中，并與濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Η(ω)進行卷積運算，將得到的輸出依次放入第i個數(shù)據(jù)包與第i_l個數(shù)據(jù)包的輸出時間間隔序列 {ΧΓ1·. Z=I,2,...丨中，同時每統(tǒng)計到連續(xù)L個數(shù)據(jù)包的到達時間間隔的均值，就用該均值更新T的值；s4、當計時器Timer數(shù)值達到Tw時，輸出調(diào)度機開始按照輸出時間間隔序列依次將數(shù)據(jù)包輸出，每輸出一個數(shù)據(jù)包，分別將輸出的數(shù)據(jù)包從對應(yīng)的輸入、輸出時間間隔序列中清除，同時輸出調(diào)度機指向下一個待輸出的數(shù)據(jù)包，在此過程中新到達的數(shù)據(jù)包仍依次進入緩存器；s5、當緩存器為空時，則返回執(zhí)行步驟S2。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾波器為低通濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低通濾波器為因果系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述卷積運算與數(shù)據(jù)包進入緩存器的緩存過程并行進行。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的方法，其特征在于，步驟S4中，在所述緩存器至少存儲了 2個數(shù)據(jù)包后輸出調(diào)度機才觸發(fā)緩存器隊首的數(shù)據(jù)包輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動通信組網(wǎng)方法體系中的業(yè)務(wù)整形技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于數(shù)據(jù)包到達間隔濾波的業(yè)務(wù)源整形方法，本發(fā)明基于包間隔濾波的整形工作在時域范圍，平滑的對象是數(shù)據(jù)包到達的時間間隔。對IFSA方法的性能分析與仿真結(jié)果表明IFSA在三個方面性能比較突出，首先，該方法具有低延時特性(大約有幾個數(shù)據(jù)包的延時)；其次，該方法具有實時特性；第三，該方法實現(xiàn)時不需要對業(yè)務(wù)特性進行預(yù)測，可實現(xiàn)性好。
文檔編號H04L12/56GK102420747SQ20111036604
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者寧永忠, 李濤, 王毓晗, 馬正新 申請人:北京中科國信科技股份有限公司, 清華大學(xué)