专利名称：一种链型组网中通信带宽动态分配的方法
技术领域：
本发明涉及通信系统中链型组网时带宽的分配方法，特别是涉及一种流量不均匀的链型网中带宽的动态分配方法。
背景技术：
在通信系统中，为了满足容量或覆盖等方面的需求，需要将通信子系统或节点进行组网，常见的拓扑结构有链型、星形、环形、树形等，其中链型是一种基本的拓扑，可以扩展成环形、树形等。
链型组网时，根据资源的重要程度或者操作的主从关系，常将节点分为主、从两类。最典型的链型网由一个主节点和多个从节点构成，主节点处理核心业务，并对从节点进行管理，从节点完成特定的功能，各个从节点与主节点之间的通道构成一条共享的链路，如何分配各个从节点的带宽，成为首当其冲的问题。现有方法中，常见的是有平均分配、阶梯分配等，它们有一个共同点一旦分配，就基本固定下来。定义主节点到从节点的方向为下行，反之为上行。以一个有N个从节点的链型网为例，假设每个从节点的上行的带宽都为B，那么整条链路总的上行带宽为B×N(记为W)。实际的通信系统中，因为业务的突发性和周期性，各个节点的流量并不均匀。考虑一个从节点的上行流量，在一个合适的周期内，流量在一定水平(B之下的某个点)上波动，达到B的比例并不高。考虑整条链路的上行流量，在某一个时刻，各个从节点的流量参差不齐，总流量并不大；在一个合适的周期内，各个节点此消彼长，总流量在一定水平(W之下的某个点)上波动，达到W的比例也不高。下行带宽的情况，与上行类似。显然，流量不均匀的链型网中，固定地分配带宽，将带来两个问题，一是某些节点的带宽在业务繁忙时供不应求，同一时刻其它节点的带宽却又可能供过于求；二是组网时要求整条链路的带宽根据峰值流量设计，在一定程度上存在资源浪费问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的问题，提供一种链型组网中通信带宽动态分配的方法，解决流量不均匀的链型网中，节点之间带宽资源的供求矛盾，以及整条链路的带宽资源的浪费问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是提出一种动态分配带宽的方法，在正常状态时，在各个从节点之间平均分配带宽；在突发状态并且资源允许时，某些节点抢占其它节点的部分带宽，进而占用一个较大的带宽，通信告一段落后，释放抢占的带宽。
具体方案包括以下步骤步骤一根据链型组网的从节点数N(N大于或等于2)，为从节点选择合适的带宽序列，由小到大依次为B1，B2，...，Bk。这里合适的含义包括四个方面，一是与业务的匹配性较好；二是各种带宽之间有一定的梯度或倍数关系；三是各种带宽之间能进行平滑切换；四是各种带宽的物理实现难度不会太大。
步骤二根据步骤一的带宽系列，选择合适的整条链路的总带宽W，进而得到每个节点的平均带宽B＝W/N。这里合适的含义指，大多数时候，既可以满足各个节点正常性的小流量传输，又可以满足部分节点突发性的大流量传输。W的取值范围是一个开放的区间，上限不能等于从节点的最大带宽之和，即N×Bk，下限不能等于从节点的最小带宽之和，即N×B1。
步骤三根据步骤二选择的平均带宽B，以及从节点当前使用的带宽，定义从节点的状态及其变化。初始化完成后，进入温饱状态(记为SM)，使用平均带宽B。需要进行大流量的传输时，发起宽带申请，进入饥渴状态(记为SMORE)。宽带申请成功确认后，开始使用大于B的带宽，进入小康状态(记为SL)。完成大流量的传输后，发起窄带申请，进入大康状态(记为SLESS)。窄带申请成功确认后，释放部分带宽，恢复到温饱状态SM。当部分带宽被其它节点征用时，使用的带宽小于B，进入贫困状态(记为SS)。
步骤四主节点上启动一个定时调度任务，处理从节点的宽带申请和窄带申请，时间片(记为T)的取值应该在一个合适的水平上，在占用最大带宽时，从节点正常的大流量传输可以在一个时间片内完成。主节点收到从节点的窄带申请和宽带申请时，根据先进先出的原则分别进行排队。定时调度任务的时间片到达时，先处理窄带申请队列，接着处理宽带申请队列。
步骤五主节点处理窄带申请队列时，依次进行记录，各从节点可供出让的带宽进入一个虚拟的自由资源池，此时并没有发生实际的带宽调整。
步骤六主节点处理宽带申请队列时，首先，从步骤五的获取带宽，直到自由资源池为空；其次，搜索是否还有处于温饱状态的从节点，如果有，使其出让部分带宽，如果同时有多个从节点处于温饱状态，应该有一个优先选择的机制，如靠近主节点的从节点优先；最后，如果队列中还有未处理的宽带申请，标志其失败状态。
步骤七根据步骤五中的记录和步骤六的调度，主节点发起带宽重配广播，启动实际的带宽调整，各个从节点根据新的分配方案，开始使用新的带宽。
步骤八下一个时间片到达之前，从节点根据业务需求，按照步骤三的原则，发起相应申请。下一个时间片到达之后，主节点根据步骤四～步骤七，处理从节点的申请，开始新一轮的动态带宽分配。
本发明所述的方法，与现有技术相比，首先，对带宽资源进行动态调度，对于流量不均匀的链型网络，尤其是流量周期性变化的链型网络，提高了带宽资源的利用率，在一定程度上实现了按需分配；其次，引入平均带宽的概念，链路的总的带宽小于各节点最大带宽之和，降低了组网成本。
图1是本发明所述的链型网中从节点的状态变化示意图；图2是本发明所述的主节点定时调度任务对窄带申请、宽带申请的处理示意图；图3是本发明所述的链型网带宽动态分配的示意图。
具体实施例方式
以下描述的是，在一个主节点和四个从节点构成的链型网中，带宽的动态分配方法实施例。
参见附图，图1中所示的各状态之间的跃迁情况为1发起宽带申请2宽带申请失败，返回3宽带申请成功，进入小康状态4发起窄带申请，进入大康状态5释放平均带宽之外的带宽，进入温饱状态6释放大部分带宽，进入贫困状态7收回之前被占用的带宽，进入温饱状态8部分带宽被占用，进入贫困状态。
四个从节点使用的带宽系列选取1B、2B、4B，平均带宽选取2B，总的链路带宽为4×2B＝8B。对于1B、2B的从节点，可以发起宽带申请；对于4B的从节点，可以发起窄带申请。四个从节点需要周期性的进行文件下载和数据上报，占用4B带宽时，一次传输的时间在100秒内，此类传输的间隔时间(周期)是600秒。主节点上定时调度任务的时间片选为100秒。
初始化完成后，主节点启动定时调度任务，四个从节点使用2B的带宽，进入温饱状态。
在第m个时间片内，靠近主节点的第一个从节点需要从主节点下载文件，发出宽带申请。
第m+1个时间片到，主节点定时调度任务开始处理窄带申请队列，此时窄带申请队列为空，虚拟的自由资源池为空；接着处理宽带申请队列，只有一个宽带申请，处于温饱状态的从节点有三个，根据就近原则，征用靠近主节点的第二、第三从节点的各1B的带宽；主节点发起带宽重配广播，第一、二、三从节点的带宽分别切换到4B、1B、1B、2B。
在第m+1个时间片内，第一个从节点完成文件下载，发出窄带申请；第二个从节点需要下载文件，发出宽带申请。
第m+2个时间片到，主节点处理窄带和宽带申请，进行带宽重配，第一、二、三、四从节点的带宽分别切换到1B、4B、1B、2B。
在第m+2个时间片内，第二个从节点完成文件下载，发出窄带申请；第三个从节点需要下载文件，发出宽带申请。
第m+3个时间片到，开始新一轮的带宽重配。
权利要求
1.一种链型组网中通信带宽动态分配的方法，其特征在于该方法包括如下步骤步骤一根据链型组网的从节点数N，为从节点选择带宽序列；步骤二根据步骤一的带宽序列，选择整条链路的总带宽W，进而得到每个节点的平均带宽B＝W/N，W的取值范围是一个开放的区间，上限不等于从节点的最大带宽之和，下限不等于从节点的最小带宽之和；步骤三根据步骤二选择的平均带宽B，以及从节点当前使用的带宽，定义从节点的状态及其变化；初始化完成后，进入温饱状态(SM)，使用平均带宽B；要进行大流量的传输时，发起宽带申请，进入饥渴状态(SMORE)；宽带申请成功确认后，开始使用大于B的带宽，进入小康状态(SL)；完成大流量的传输后，发起窄带申请，进入大康状态(SLESS)；窄带申请成功确认后，释放部分带宽，恢复到温饱状态(SM)；当部分带宽被其它节点征用时，使用的带宽小于B，进入贫困状态(SS)。
2.根据权利要求1所述的链型组网中通信带宽动态分配的方法，其特征在于还包括步骤四主节点上启动一个定时调度任务，处理从节点的宽带申请和窄带申请，时间片(T)的取值应该在一个合适的水平上，在占用最大带宽时，从节点正常的大流量传输可以在一个时间片内完成。
3.根据权利要求2所述的链型组网中通信带宽动态分配的方法，其特征在于主节点收到从节点的窄带申请和宽带申请时，根据先进先出的原则分别进行排队；定时调度任务的时间片到达时，先处理窄带申请队列，接着处理宽带申请队列。
4.根据权利要求2或3所述的链型组网中通信带宽动态分配的方法，其特征在于步骤五为主节点处理窄带申请队列时，依次进行记录，各从节点可供出让的带宽进入一个虚拟的自由资源池。
5.根据权利要求4所述的链型组网中通信带宽动态分配的方法，其特征在于步骤六为主节点处理宽带申请队列时，首先，从步骤五虚拟的自由资源池获取带宽，直到自由资源池为空；其次，搜索是否还有处于温饱状态的从节点，如果有，使其出让部分带宽，如果同时有多个从节点处于温饱状态，有一个优先选择的机制；最后，如果队列中还有未处理的宽带申请，标志其失败状态。
6.根据权利要求5所述的链型组网中通信带宽动态分配的方法，其特征在于步骤七为根据步骤五中的记录和步骤六的调度，主节点发起带宽重配广播，启动实际的带宽调整，各个从节点根据新的分配方案，使用新的带宽。
7.根据权利要求6所述的链型组网中通信带宽动态分配的方法，其特征在于下一个时间片到达之前，从节点根据业务需求，按照步骤三的原则，发起相应申请；下一个时间片到达之后，主节点根据步骤四～步骤七，处理从节点的申请，开始新一轮的动态带宽分配。
全文摘要
本发明涉及一种链型组网中通信带宽动态分配的方法，在正常状态时，在各个从节点之间平均分配带宽；在突发状态并且资源允许时，某些节点抢占其它节点的部分带宽，进而占用一个较大的带宽，通信告一段落后，释放抢占的带宽。本发明所述的方法解决流量不均匀的链型网中，节点之间带宽资源的供求矛盾，以及整条链路的带宽资源的浪费问题。
文档编号H04L12/24GK101022387SQ200710088840
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月28日 优先权日2007年3月28日
发明者陈石良, 张亚娥, 罗文胜 申请人:中兴通讯股份有限公司