[发明专利]一种基于抖动约束的数据缓存整形方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信数据处理技术领域，具体针对传统的通信量整形算法中由数据缓存引入的时延抖动问题，提出了一种基于抖动约束的数据缓存整形方法。

背景技术

在目前的网络通信中，IP网络应用由单一数据业务扩展到包括话音、视频在内的实时通信业务。随着IPTV，视频监控等应用的需求不断增加，这种变化越来越明显。这些视频实时通信业务的增长对于网络设备也提出了更高的要求。在视频通信中，VBR(可变比特率)视频有利于保持一定的视频质量，易于对用户提供高质量的视频，但VBR在网络上传输时流量变化大、突发性强。VBR通信量的输出速率是一个随机的波动过程，网络结点通常要根据VBR通信量的峰值速率分配带宽，预留远大于实际传输所需要的带宽(有效带宽)来达到这些VBR通信量的QoS(服务质量)要求。对VBR通信量的这种带宽分配方式导致网络资源被极大浪费，而且VBR通信量仍然存在着很大的速率波动，这是造成网络拥塞的一个主要原因。因此，在进行网络接入时，通常都要对通信量进行整形，改变它的输出特性，降低峰值速率和减小输出速率的波动，提高网络资源的利用率。

通信量整形通常用于降低输出流的突发度，平滑输出速率。通信量整形器通常应用在边缘网络的网络接入点，或者是源通信量产生后的下一结点。通信量整形器不仅可以对源通信量进行整形，还可以为接纳控制算法提供相应的通信量输出参数，例如平均带宽、最大突发度等。在文献[2]中描述了如何提供和利用通信量整形器的参数进行有效的接纳控制和通信量调度。

通信量整形器包括一个速率控制算法和一个数据缓冲。速率控制算法控制缓冲区的输出速率，缓冲区的输入由源通信量或者一个成型器(regulator)给出。文献[3，4，5]提出和讨论了用于通信量整形的几种速率控制算法，其中最通用的是多漏桶MLB(multiple leaky buckets)整形算法，它既可以在网络结点也可以在端到端系统中实现。

最常用的基于缓冲的确定性通信量控制算法是多漏桶算法(Multiple Leaky Bucket MLB)，MLB中使用最多的是DLB(Dualleaky buckets)模型。采用DLB进行通信量整形的流程如下：

如图1所示，图1中包含一个成型器(regulator)和一个整形器(shaper)，其中C(t)是源的输入速率，R(t)是成型器的输出速率，S(t)是速率整形器输出速率。B_r和B_s分别是成型器和整形器的令牌(token)缓冲区，令牌缓冲区的充满程度可以用来反映输出通信量的突发度，P_r和P_s分别是成型器和整形器设置的最大允许的输出速率，即峰值速率，DLB的含义是指输出速率同时受令牌缓冲区和峰值速率的双重限制。B_d是整形器用于存储转发时所用的数据缓冲，整形器的最大可允许时延D_s与B_d的大小有关。

成型器用于描述和限制输入流，只有符合成型器模型(r′(t)，B_r，P_r)的流才会被允许通过，它主要用于通信量成型和网络的接纳控制。整形器是对输入的流进行通信量控制，根据设定的服务参数控制输出流的速率，主要的目的是平滑输入流的速率，同时保证数据无丢失和最大引入时等限制条件。成型器和整形器都采用DLB模型，区别在于成型器中没有数据缓冲，因此成型器会造成输入数据丢失。而由于整形器引入了数据缓冲，所以在输出流中引入了时延。在数据缓冲中的数据包的时延是由数据缓冲的充满程度和令牌输出速率之间的关系决定的。通常的DLB模型并没有考虑数据缓冲的充满程度和令牌输出速率之间的关系，所以引入的时延变化会比较大，最大时延的情况为数据缓冲中充满了数据，而令牌输出速率为r的情况；D_s＝B_d/r；最小时延的情况为数据缓冲中没有数据，而令牌输出速率为P_s最大的情况；这时时延为0；这种时延变化就是时延抖动。

传统的通信量整形方法主要使用DLB模型，DLB模型在面对VBR这种突发性较大的视频流时，不能满足要求。通常分为两类：一类是应用于数据无丢失和给定最大时延前提下的确定性算法；另一类是应用于对时延敏感，但可以容忍少量数据丢失的基于统计的非确定性算法。其缺陷主要表现在以下几点：