[发明专利]一种基于流量自相似特性的卫星网络队列调度算法

说明书

本发明公开了一种流量自相似特性下的卫星网络队列调度算法，包括以下步骤：自相似流量的水平分级以及等级计算；队列权值的动态设置；队列调度顺序的设置。本发明兼顾考虑卫星网络数据流的自相似特性对网络性能的影响以及不同数据业务的传输需求，在传统差额加权轮询调度算法(DWRR)的基础上采取流量分级预测以实现动态权重设定的改进方法，提出P‑DWRR算法，以保证在流量自相似特性下使重要数据得到及时传输，提高网络传输性能。本发明针对卫星网络数据多类型、突发性的特点，制定一种合适的队列调度算法，降低卫星网络中各业务类数据的排队处理时延、时延抖动，以及减少丢包率。

技术领域

本发明涉及卫星网络队列调度算法，特别是一种基于流量自相似特性的卫星网络队列调度算法(简称P-DWRR)。

背景技术

随着通信技术的发展，全球进入信息化时代的步伐在加快，随之带来的是人们对通信网络技术的依赖程度也与日俱增。传统的地面网络主要依靠地面链路进行信息的传输，覆盖范围有着很大的局限性。因此，传统的地面网络通信的局限性导致其难以满足日益增长的网络通信需求，作为能实现全球覆盖和提供移动性的卫星网络，在通信领域中占据着越来越重要的位置。与此同时，由于卫星通信的系统性能好坏与网络性能要求(如时延、时延抖动、丢包率等等)密切相关，作为服务质量(QoS)控制的核心技术之一的队列调度技术，在进行算法设计时就必须满足这些特定的网络性能要求。因此在卫星通信系统中如何更好的设计队列调度算法成为了重点。

现有的星上队列调度算法大多采用先来先服务、基于优先级的差额加权轮询算法(DWRR)。差额加权轮询算法(DWRR)通过为各队列分配服务权值解决了变长分组的问题，可精准的实现按照权值分配带宽，保障不同业务的服务质量需求，避免优先级调度算法中低优先级饿死的情况，因此得到广泛利用。

但研究表明，网络流量的自相似性不仅存在于地面网络中，同时也存在于卫星网络中。而差额加权轮询算法(DWRR)并没有考虑到流量自相似特性对队列调度算法的影响。这种网络业务所呈现的自相似性带来的一个突出表现就是长时间的数据突发，会导致队列缓冲区溢出率增加，进而导致时延增大、丢包率增加，使得现有的队列调度算法性能出现恶化。

因此，在处理能力受限的星上，队列调度算法需要在复杂度较低情况下，考虑流量自相似特性对调度算法的影响，设计出合理的调度算法对星上多类型、突发性的数据进行有效传输，并提供服务质量保障。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种基于流量自相似特性的卫星网络队列调度算法，既能够降低数据的排队处理时延和减小丢包率，同时保障业务的服务质量需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于流量自相似特性的卫星网络队列调度算法的设计方法，包括以下步骤：

Step1：分类器将不同业务汇聚流根据其服务质量需求放入优先级不同的队列后，根据队列优先级高、中、低来初始化每个队列的固定权值w_0i，其中i＝1,2,…,n，n为队列数。

Step2：计算出过去Δt时间段内队列i的流量水平的具体等级

假设给出了一个广义平稳随机过程{X(t),t∈Z}，X(t)＝x说成是t＝t₁时过程处于状态x，x为实数。对随机过程{X(t),t∈Z}进行一次试验，其结果是t的函数，记为x(t)。

取两个参数T₁＞0、T₂＞0，在t时刻，使下式成立：

式中，a被认为是在“最近的过去”[t-T₁,t)上观察到的总流量，b是“最近的将来”[t,t+T₂)观察到的总流量。V₁和V₂表示最近的过去和最近的将来的复合随机变量。