[发明专利]一种基于平滑时间窗口的公平流量调度算法

说明书

技术领域

本发明是一种网络繁忙状态下的数据包调度算法，具有较高的精度和公平性。可用于有害网络流量净化、流量整形、服务质量保证等IP网络优化领域。

背景技术

IP网络带宽是一种稀缺资源，但是随着计算机网络的普及以及应用的完善，各种无用或者有害的网络流量却侵占了大量的带宽资源，导致重要应用无法实施。因此，在网络繁忙状态下，如何有效地进行调度，以便最大限度地发挥网络带宽生产力，成为我们关心的话题。

目前存在多种成熟的调度算法，比如FIFO(先进先出)、HTB(分层令牌桶)、RED(随机早检测)、CBQ(基于类的队列)、SFQ(随机公平队列)等，这些算法能够很好的进行数据包调度，但同样存在一些问题，比如控制精度较差、波动幅度较大、性能和公平性难以兼顾以及不易部署等问题。

发明内容

IP网络优化的一个基本问题是控制的精度问题。为提高控制精度，本算法维护了一个平滑的时间窗口W(窗口时间长度为T，通常是1秒)，通过技术手段，使得在任意时刻，W都是从本时刻T0向后回溯T，从而保证在任意时刻针对流量的控制都是在长度为T的时间窗口内，避免了突发网络流量的产生，减少了统计值波动的幅度。

IP网络优化的另一个基本问题是公平性问题。在保证控制精度的前提下，较好的公平性能够给用户带来更好的网络体验。本算法维护一定数量的、具有不同优先权的数据包队列，待发送数据包到来时，根据数据包的相关属性(所属的会话、数据包长度、源主机的行为特性等)计算其哈希值，并根据该值将其插入到不同的队列中，出队时则根据队列的优先权以轮询的方式出队。为保证公平性，定期及时更新随机因子，以减少在计算哈希值时的碰撞，降低队列深度，提高转发的效率。

算法原理：

为保持时间窗口的平滑移动，需要维护一个已发送数据包长度队列。在数据包被成功发送时，记录其长度，并且入队，同时增加相应的统计值，减少系统中可用的发送令牌数(实际实现时，一个令牌相当于一个字节)。队列中的每个节点，在队列中的最大生存周期为滑动时间窗口的长度T，经过T后，该节点被销毁，同时增加系统可用的发送令牌，以便新的数据包能够被及时地发送。这样，在任意时刻，系统中可用的令牌数对应的时间长度均为T，即：实现了时间窗口的平滑移动。

数据销毁采用事件驱动方式，具有较高的性能。当驱动程序需要发送数据包时，首先遍历上述队列，检查队列中存活时间超过T的节点，并将其老化，从而产生新的可用令牌。如果当前系统有可用令牌，则从数据包队列中按照优先权选择数据包进行发送，否则继续等待可用令牌。

附图说明

算法流程图，详细的说明了本算法的实现流程。

具体实施方式

1.以C语言实现上述算法，并编入操作系统内核。

2.将相应设备部署在网络出口，配置相关策略。

3.网卡驱动程序捕获到数据包后进入处理流程。

4.观察网络繁忙时的调度情况。