[发明专利]基于服务等级协议的数据帧抢占式缓存管理方法

说明书

本发明公开了一种基于服务等级协议的数据帧抢占式缓存管理方法，主要解决现有技术未考虑高服务等级用户的QoS，且高优先级数据丢帧率高及缓存空间低利用率的问题。其方案是：1)基于服务等级协议设置队列门限及各优先级最低门限，初始化缓存管理参数；2)当有数据帧到达缓存时，判断是否需要丢弃该数据帧或其他已存数据帧，执行3)，若没有数据帧到达，则结束服务；3)对无需丢弃的数据帧将其进入到缓存空间，返回2)；对需要丢弃的数据帧，依据服务等级协议设置的队列门限，丢弃满足条件的数据帧后，返回2)。本发明能保证高服务等级用户的QoS、降低了高优先级数据帧丢帧率提高了缓存空间利用率，可用于星型网络中的交换设备。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种数据帧队列缓存管理方法，可用于星型网络中的交换设备。

背景技术

在基于共享媒质的局域网和接入网中，常采用一种星型网络的拓扑结构，这种拓扑结构通常由一个中心节点和若干用户节点构成。在这种网络中，中心节点和各用户节点之间可以进行双向数据传输，各用户节点需要通过中心节点转发来进行数据传输。因此，需要通过中心节点来管理和协调来发往不同用户节点的数据帧，进而要求中心节点能够有效地利用缓存空间来保证发往不同节点的数据帧能有效地入队。

在实际的网络系统中，网络的各种资源是有限的，为了网络资源的充分利用，服务提供商经常会提供不同的服务等级，因此不同的用户节点享受的服务是不同的。所以在网络交换设备进行缓存管理的时候，就需要中心节点在数据帧到达缓存的时候需要尽可能的考虑高服务等级用户的服务质量QoS、缓存空间的利用率、降低数据帧的丢帧率且尽可能保证高优先级数据帧的丢帧率。目前采用最多的缓存管理方法主要有静态阈值策略ST、动态阈值策略DT、Push-Out策略PO以及多优先级策略，其中：

所述静态阈值策略ST，其包括完全分占型方式、完全共享型方式以及部分共享部分分占型方式。

该完全分占型方式是将整个缓存空间按照用户队列的个数平均分为n份，每个队列固定占用缓存大小，当某队列的固定缓存空间占满之后，再入队的数据帧就需要被丢弃，这种缓存管理方式能很好的保证用户的公平性，但是不能保证高服等级用户的服务质量而且缓存利用率低。

该完全共享型方式是让所有用户队列共享整个缓存空间，只有缓存空间已满才会丢弃到达的数据帧，这种缓存管理方式充分利用了缓存空间、提高了缓存空间的利用率，但是完全通过数据量去分配缓存空间不能保证高服务等级用户享受应有的QoS，而且不能给高优先级数据更低丢包率的保障。

该部分共享部分分占型方式将缓存空间划分为共享区和分占区，将分占区均分给每个用户队列，保证每个队列的缓存空间下限，当某个队列数据量较大并且占满了对应的分占区队列空间，可以将数据帧存放在共享缓存区内，直到共享缓存区满才会丢弃到达的数据帧，这种方式保证了用户的公平性并相应的减少了数据帧的丢包率，但是这种方式没有保证高服务等级用户可以享有更低的丢包率，也没有考虑高优先级数据帧的丢包率，而且不能在突发业务情况下保证缓存空间的利用率。

所述动态阈值策略DT，指的是任何时候队列长度阈值与缓存管理中未使用缓存大小成比例。动态阈值策略比较有代表的有典型动态阈值策略和最佳DT算法。

该典型动态阈值策略，其思路是设置队列管理每个队列的独立队列阈值与当前未使用的缓存空间大小成比例，只有当队列实际长度超过计算出的队列阈值，到达缓存的数据帧才会被丢弃，采用这种缓存管理策略虽然可保证在突发业务情况下的缓存空间利用率，但是这种策略计算出的动态阈值只和整个缓存空间有关而没有考虑队列自身长度的影响，很难保证高服务等级用户的服务质量以及高优先级数据帧的丢包率。

该最佳DT算法，是在典型动态阈值的策略之上，端口队列阈值会随输出服务速率的变化而变化，该策略本身不要求预留缓存，并且允许超负载的队列在缓存未满时占用更多空间，相比于典型动态阈值策略提高了缓存利用率。但是和典型动态阈值策略有同样的弊端。