一种多径网络基于链路时延控制的软负载均衡方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信系统中的负载均衡技术领域，更具体地，涉及一种多径网络基于 链路时延控制的软负载均衡方法。
【背景技术】
[0002] 由于不同网络之间的异构性与高度连通性，在源端和目的端之间可能存在多条可 用链路。当并行链路传输多媒体业务和实时应用业务时以及其他的一些TCP业务，由于这 几类类业务对数据包时延、时延抖动和数据包重排序等因素十分敏感，因此，为了提高并行 链路的利用率，研宄一种有效的基于时延控制的负载分配算法模型显得至关重要。
[0003]目前对负载均衡的研宄主要集中在负载均衡效率、带宽利用率和系统吞吐率几个 方面。然而，这些研宄都没有解决与时延相关的问题。由此，会造成接收端数据包的乱序到 达，从而增加数据包的重排序时间；此外，还会引起时延抖动，从而对多媒体数据传输、实时 应用的QoS以及TCP业务的性能产生负面影响。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多径网络基于链路时延 控制的软负载均衡方法，其目的在于，减小多径网络中链路的端到端时延，减小数据包重排 序进程的时延，缩小链路之间的时延抖动，进而使得成功传输一个数据包的时延减小。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多径网络基于链路时延控 制的软负载均衡方法，包括以下步骤：
[0006] (1)利用M/M/1队列模型获取多径网络中链路的端到端时延，
[0007](2)根据步骤⑴获得的端到端时延建立求解最佳流量分割比例模型；
[0008] (3)根据系统流量守恒定律构建步骤⑵中最佳流量分割比例模型的约束条件；
[0009] (4)根据链路的带宽计算链路的数据包分配比率的初始值；
[0010] (5)根据步骤（2)中建立的最佳流量分割比例模型对数据包分配比率进行循环迭 代处理，直到所有链路的端到端时延都相等为止。
[0011] 优选地，步骤（1)包括以下子步骤：
[0012] (1-1)根据M/M/1队列模型获得多径网络中链路的包转发时延和排队时延a 之和：
_，其中P表示链路的序号且有P= 1，2,. . .，N，Bp表示第p条链路 的带宽，A表示多径网络中数据包到达的总速率，其等于数据包包长/数据包到达时间间 隔，yp表示第P条链路的数据包分配比率；
[0013] (1-2)获取多径网络中链路的传播时延Dp;
[0014] (1-3)获取多径网络中链路的端到端时延
[0015]
[0016] 优选地，步骤（3)具体包括以下子步骤：
[0017] (3-1)根据系统流量守恒定律构建约束条f
[0018] (3-2)根据呼叫允许控制算法构建约束条件>2'即多径网络有足够的可 用带宽时才接纳该呼叫；
[0019] (3-3)构建约束条件 0 < |。 A
[0020] 优选地，步骤（4)中计算链路的数据包分配比率的初始值//；：是采用以下公式：
[0021]
[0022] 优选地，步骤（5)包括以下子步骤：
[0023] (5-1)设置计数器k= 0 ;
[0024] (5-2)根据'M以及步骤（1-3)中的公式计算所有链路的端到端时延Cp (yp)，并判 断所有链路的端对端时延是否都相等，如果是则过程结束，否则转入步骤（5-3);
[0025] (5-3)找出所有链路中端到端时延最大的链路pWOTSt以及端到端时延最小的链路 Pbest?
[0026] (5-4)引入中间变量Ay，使得
通过下述公 式求解以得到该中间变量△y:
[0027]
[0028]
[0029] (5-5)获取仏和Ay中的较小值，并将该较小值赋值给Ay;
[0030] (5-6)设置k=k+1，并根据步骤（5-5)中的新Ay更新//乂，和，
，且对于除了pbest*PWOTSt以外的链路，设置 4 ，然后返回步骤（5-2)。
[0031] 按照本发明的另一方面，提供了一种多径网络基于链路时延控制的软负载均衡系 统，包括：
[0032] 第一模块，用于利用M/M/1队列模型获取多径网络中链路的端到端时延；
[0033] 第二模块，用于根据第一模块获得的端到端时延建立求解最佳流量分割比例模 型；
[0034] 第三模块，用于根据系统流量守恒定律构建第二模块中最佳流量分割比例模型的 约束条件；
[0035] 第四模块，用于根据链路的带宽计算链路的数据包分配比率的初始值；
[0036] 第五模块，用于根据第二模块中建立的最佳流量分割比例模型对数据包分配比率 进行循环迭代处理，直到所有链路的端到端时延都相等为止。
[0037] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0038] 1)由于采用了步骤⑵和（5)建立最佳流量分割比例模型来优化链路最大时延， 因此，本发明能使时延最大链路的端到端时延最小化；
[0039] 2)由于采用了步骤（5)的迭代处理平滑所有链路时延，因此本发明最终所有链路 时延接近相等，时延抖动几乎为零；
[0040] 3)由于本发明能够使得所有链路的时延接近相等，因此能够降低接收端进行数据 包重排序的概率，减小重排序时延，优化多径网络整体吞吐量。
【附图说明】
[0041] 图1是本发明多径网络基于链路时延控制的软负载均衡方法所应用到的多径网 络的不意图。
[0042] 图2是本发明多径网络基于链路时延控制的软负载均衡方法模型。
[0043] 图3是本发明多径网络基于链路时延控制的软负载均衡方法的流程图。
[0044] 图4是本发明方法中步骤⑴的细化流程图。
[0045] 图5是本发明方法中步骤（3)的细化流程图。
[0046] 图6是本发明方法中步骤（5)的细化流程图。
【具体实施方式】
[0047] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0048]图1为多径网络的简易示意图，从源节点到目的节点之间存在多条路径，其 既可为同构网络也可为异构网络。链路Pl，P2，P3，…，有效带宽和传播时延分别为 Bp B2, B3，…，D u D2, D3，…，DN。为了使多径网络更好的支持各种多媒体及实时业务，以 及优化网络的整体吞吐量，负载均衡算法至关重要。
[0049] 本发明提出了一种多径网络基于链路时延控制的软负载均衡方法，此方法在分流 时同时考虑链路的传播时延和有效带宽。其具体算法模型如图2所示：
[0050] 此算法模型将多径网络中的每条路径等效为一个M/M/1队列，业务流量到达进程 服从泊松分布，业务服务进程服从指数分布。其中流量分割器将到达的流量分割成单独的 数据包，每个数据包都独立地由路径选择器选择一条链路发送。转发处理机负责数据包的 发tu送，当它处于忙碌状态时，数据包在相应的输入队列中排队等待。可以认为各个网络 链路的转发处理机的发送速率等于其对应的网络的有效带宽，也即队列的服务速率。输入 队列的到达速率为分配到该链路的流量速率。如图2所示，假设流量到达速率为X，1^表 示流量分割比例，即到达流量分配到链路P的比例，其中P= 1，2,. . .，N，BpB2,. . .，BN分别 表示相应链路的有效带宽。
[0051] 本发明提出的算法核心是如何通过在这些连接从源端到目的端的多条链路上实 现网络流量的最优分配，从而最小化最大链路端到端时延和最小化各条链路的端到端时延 差。本发明提出了一种新的基于链路时延控制的软负载均衡算法Oelay-ControlledSoft LoadBalancing，简称DCSLB)。在此算法中，决定流量的最佳路径分配时，同时考虑了传播 时延和链路带宽，在无额外开销的