[发明专利]一种基于博弈论的确定性流量整形方法

说明书

本发明涉及确定性网络技术领域，提出了一种基于博弈论的确定性流量整形方法，感知全局的确定性流的需求，建立流量需求与抽象资源的映射关系，在预留带宽和缓冲区资源的同时，计算周期性确定性流的最优注入时间，通过合理规划确定性流的注入偏移能够平滑DetNet网络中的随时间的资源需求曲线，降低峰值，提高资源利用率。此外，控制器预留保护带宽以考虑突发流和尽力而为流对队列资源的影响，对于无法预估资源需求的异常流，相比于直接丢弃溢出队列的包，通过调整队列转发阈值并执行流量降级对突发流和尽力而为流更友好，队列资源利用率更高。

技术领域

本发明涉及确定性网络领域，更具体地，是一种基于博弈论的确定性流量整形方法。

背景技术

因特网是一种尽力而为的服务，没有对端到端延迟、抖动和丢包率的保证。随着工业4.0、远程驾驶和远程手术等应用的不断增长，对网络超低时延和微小抖动的要求越来越高。为了满足相关应用的需求，时间敏感网络(time sensitive networking，TSN)和确定性网络(deterministic networking，DetNet)分别对链路层和网络层提供服务以实现确定性和可靠的转发。

虽然TSN和DetNet标准能够实现有限的延迟，但它们缺乏确保数据包传递可靠性的机制，DetNet通过预留带宽和缓冲区资源来实现有限的延迟和低丢包率，并通过TSN中标准的排队和调度算法来限制每个节点最坏情况下对端到端时延的影响。

然而，在大规模DetNet环境下时间感知整形器调度存在门控列表(gate controllists，GCLs)难以计算的问题，帧抢占算法，循环排队和转发等标准对某段时隙超过资源分配上限的确定性流无能为力，而且会导致非确定性流量的饥饿。

以循环排队转发机制为例，不需要单独考虑每个交换机的时分复用问题，而是通过区分奇偶周期来对同一优先级的流安排不同的队列，分别进行排队操作和转发操作。这种方法从理论上保证了端到端延迟上下界，但是，由于队列容量有限，对于周期性时间敏感流，缺乏对全局流量的感知容易导致某个周期中队列的溢出，循环排队转发机制的严格门控设置使得许多时间敏感的数据包被丢弃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于博弈论的确定性流量整形方法。以克服DetNet网络下现有流量整形机制未考虑全局流量导致的流量溢出带来的丢包的延迟与抖动增加方面的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的构思是基于TSN标准中的循环排队转发机制，通过感知全局流量，在分配资源时调整周期性确定性流的注入时间，为每条周期性确定性流量设置合理的偏移量，平滑网络中资源需求曲线，同时为突发流和尽力而为流提供保护机制，在避免出现“饥饿”流的情况下大大降低了高负载时的抖动和丢包。

本发明为实现上述目的，本发明提供了一种基于博弈论的确定性流量整形方法，包括以下步骤：

步骤1:测量DetNet网络上的队列资源状态，采集网络中确定性流信息，将网络拓扑、队列资源信息确定性流特征加载到控制器中。

步骤2:通过一个分层完全静态博弈的算法实例来规划多约束条件下每条确定性流的注入偏移，每当有一个流被映射，队列资源状态会产生相应的更新。

步骤3:以控制器的输出结果为准，更新网络中的资源配置情况，主机上产生新的确定性流量需求时，向控制器发起请求，并告知流量特征。

步骤4:控制器将可行配置发布到数据平面中的主机和交换机上，并不断交互，在有限博弈次数内达到纳什均衡。

步骤5:对于尽力而为流量，交换机根据当前队列资源占用情况进行非确定性流量转发窗口调节与流量降级处理，在非确定性流保护带内进行转发。

步骤6:当周期性确定性流结束时，告知控制器，回收映射的资源。

优选地，步骤1包括以下子步骤：