一种多媒体流量管理调度方法

1.本发明属于无线通信网络技术领域，具体涉及一种多媒体流量管理调度方法。


背景技术：

2.wmn作为一种对传统wlan的革命性技术创新，将wlan的应用范围从“热点”扩展到“热区”，并减少了对有线网络的依赖。由于wmn中网络节点(例如路由器、笔记本电脑和智能手机)的固有灵活性，这些节点用于与网络关联和分离，导致拓扑动态，并且设备通信需求的多样性使得wmn难以管理。
3.此外，互联网访问的网关路由器数量有限制的wmn拥塞问题日益严重，因此需要解决一些重要的问题，比如有效的资源分配、负载平衡和流量工程。
4.软件可定义网络(sdn)能通过将mesh路由器作为可以通过控制器远程控制或配置简单数据转发器来实现可编程wmn的目标，基于sdn的wmn中的集中控制器能够通过在mesh路由器之间使用拥塞控制和高效的负载平衡机制来改善资源分配和流量管理，具有控制管理特性的sdn也有助于更好地支持移动性管理和拓扑变化。
5.因此设计基于软件可定义无线mesh网络的一种多媒体流量管理与调度方法尤为重要，以实现为无线网状网络中不同业务的多媒体流分配合理的链路资源。


技术实现要素：

6.为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种多媒体流量管理调度方法，为无线网状网络中不同业务的多媒体流分配合理的链路资源，进而提高网路资源利用率，降低网络拥堵。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种多媒体流量管理调度方法，包括：
9.s1：搭建由无线网状网络wmn负责网络建立的数据平面、设有控制器的控制平面和应用平面；
10.s2：控制器中设有流量分类器和qos缓冲区队列，流量分类器对数据平面的多媒体流进行按需分类以及丢包判断，并将收集的分类信息和丢包信息传入qos缓冲区队列等待控制器调度处理；
11.s3：在控制平面部署基于时钟的二级网络流量调度机制以调度qos缓冲区队列；
12.s4：在控制平面中部署基于qos缓冲区队列的流量特征的路由寻径策略以得到最优路由；
13.s5：对应用平面进行控制平面的各项数据信息上报，应用平面根据上报的信息进行分析并执行管理程序作出相应的流量管理策略。
14.优选地，s1具体包括以下步骤：
15.s1.1：数据平面使用开源软件交换机对无线接入点进行改造，通过wmn负责底层网络的建立，多媒体流通过wmn与数据平面连接；
16.s1.2：控制平面内部署有至少一个控制器，控制平面通过wmn接收数据平面上传的多媒体流的数据包；
17.s1.3：应用平面内部署上层流量分析与管理应用，应用平面通过sdn接口对控制平面进行数据的收集和对控制平面进行控制命令的下发。
18.优选地，步骤s2具体包括如下分步骤：
19.s2.1：基于不同多媒体流对时延、带宽以及丢包率的需求，流量分类器将多媒体流的业务区分为尽力交付业务、时延敏感业务、实时业务三类不同业务，根据业务区分在qos缓冲区队列中设计三种优先级队列，优先级从低到高依次为尽力交付业务、时延敏感业务、实时业务，多媒体流按照优先级分配至相应队列中；
20.s2.2：当数据包到达流量分类器时，根据qos缓冲区队列的使用情况，判断是否需要丢弃数据包，如是需要丢弃，则按照尾丢弃的策略进行丢包；
21.s2.3：数据包根据流量分类器所得结果分别进入相应的qos缓冲区队列等待控制器的调度处理。
22.优选地，步骤s3具体包括如下分步骤：
23.s3.1：基于优先级的调度机制和加权轮询调度机制相结合，在控制平面部署基于时钟的二级网络流量调度机制；
24.s3.2：在时钟周期t内，qos缓冲区队列完全按照优先级的调度机制进行网络流量调度；
25.s3.3：时钟周期完成后，qos缓冲区队列调度按照加权轮询调度的方式进行调度，直到加权因子全部消耗完毕；
26.s3.4：重复s3.2和s3.3对qos缓冲区队列进行调度。
27.优选地，步骤s4具体包括如下分步骤：
28.s4.1：数据平面中路由节点周期性的上报邻居关系、qos缓冲区队列数据特征；
29.s4.2：控制平面数据包得到调度，则根据时延、优先级、qos缓冲区队列数据特征等信息进行图算法得到最优路由；
30.s4.3：控制平面按照最优路由从后往前依次进行流表规则下发；
31.s4.4：数据平面按照相应流表规则进行数据包转发。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.1、针对不同的业务需求和差异化的服务质量需求，设计了基于时钟的二级网络流量调度机制，在保证了高优先级业务传输可靠性的同时，仍然给予了低优先级流量一定的带宽，维持其作业。
34.2、针对qos流量特征，制定了基于qos流量特征的寻径策略，从而降低了网状网络中发生拥堵了可能，降低了丢包率，进而提高了网络利用率。
附图说明
35.图1为本发明的数据平面、控制平面和应用平面的连接关系示意图。
36.图2为本发明的信息流向示意图。
37.图3为本发明的路由节点ovs改造示意图。
38.图4为本发明的流量排队模型图。
39.图5为本发明的流量处理流程图。
具体实施方式
40.为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，以下结合附图和具体的实例对本发明作进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.为了便于本领域的技术人员理解本发明，首先对本发明中涉及技术术语做出如下定义：
42.ap(accesspoint)：接入点，指运行openwrt系统的无线接入点。
43.mp(meshpoint)：mesh节点，仅用作mesh连接使用。
44.map(meshaccesspoint)：mesh接入点，即可用作mp，也可用作ap。
45.ovs(openvswitch)：开源软件交换机，这里作为ap内部的网桥管理网络流量。
46.sdn(softwaredefinednetwork)：软件定义网络。
47.wmn(wirelessmeshnetwork)：无线网状网络。
48.m/m/1：排队论模型，此场景中指流量到达交换机后的排队过程，其数据包到达过程服从泊松分布，数据包在交换机处的服务过程服从指数分布，交换机同时只能处理一个数据包。
49.m/m/1/s：排队论模型，此场景指流量到达控制器后的排队过程，其数据包到达过程服从泊松分布，数据包在控制器处的服务过程服从指数分布，控制器同时只能处理一个数据包，并且控制器缓冲区队列容量限制为s，超过则会发生丢包。
50.实施例1
51.如图1所示，最底层为终端设备、mp、map组成的数据平面，其中meshrouter即通过ovs软件交换机改造后的openwrt系统的无线接入点，通过mesh的方式负责底层网络的建立；
52.其次为controller控制器组成的控制平面，控制器中部署有流量分类器以及流量调度器，来完成对不同业务需求和服务质量需求的流量进行调度，并且能够接收上层云平台下发的控制指令，对网络的相关资源进行管理和分配；
53.最上层为云平台，其中部署有相应的流量信息收集、分析、管理模块，依靠这些模块来对网络的相关资源进行管理和分配。
54.如图2所示，底层数据平面利用ovs改造openwrt系统使之成为sdn架构中的南向数据平面，向上通过ovs网桥连接floodlight控制器，控制器与改造后的ovs交换机之间利用openflow协议进行通信，ovs改造后的网络架构如图3所示；中间层部署有控制器，负责对底层网络的流量进行管理，同时也能接受应用层的指令，控制平面与应用层面通过北向api进行通信；最顶层为应用层，部署有云平台，云平台包含流量信息收集、分析、管理等等模块，云平台可以依据收集到的流量信息制定相应的流量管理策略，进而下发，从而降低网络拥堵，丢包，提高网络利用率。
55.如图4所示为流量排队模型图，流量处理流程如下：
56.1、当数据包到达ovs交换机后，首先按照先来后到的顺序查询流表规则，此时排队论模型符合m/m/1模型，若能成功匹配，则按照规则进行转发，匹配失败的概率则为p1；若没
有相应的流表规则，则需要想控制器发起流表规则查询；
57.2、数据包到达控制器后会根据当前qos队列缓存使用情况判断是否发生丢包，此时丢包概率为p2；
58.3、如图5所示，数据包按照流量分类器所得结果分别进入相应的qos队列后，则需要等待控制器调度，此时控制器的排队论模型为m/m/1/s，流量调度的机制具体如图5所示，在时钟周期t内按照严格优先级机制进行调度，时钟周期不足以进行下一次调度时则开启加权轮询调度，加权轮询调度的加权因子全部消耗完毕之后则开启下一轮时钟周期，依次循环往复对流量进行调度。
59.4、控制器调度完成则会进行路由寻径，按照结果下发流表；
60.5、下发流表后，数据平面则对数据包进行转发。
61.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种多媒体流量管理调度方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：搭建由无线网状网络wmn负责网络建立的数据平面、设有控制器的控制平面和应用平面；s2：控制器中设有流量分类器和qos缓冲区队列，流量分类器对数据平面的多媒体流进行按需分类以及丢包判断，并将收集的分类信息和丢包信息传入qos缓冲区队列等待控制器调度处理；s3：在控制平面部署基于时钟的二级网络流量调度机制以调度qos缓冲区队列；s4：在控制平面中部署基于qos缓冲区队列的流量特征的路由寻径策略以得到最优路由；s5：对应用平面进行控制平面的各项数据信息上报，应用平面根据上报的信息进行分析并执行管理程序作出相应的流量管理策略。2.根据权利要求1所述的一种多媒体流量管理调度方法，其特征在于，s1具体包括以下步骤：s1.1：数据平面使用开源软件交换机对无线接入点进行改造，通过wmn负责底层网络的建立，多媒体流通过wmn与数据平面连接；s1.2：控制平面内部署有至少一个控制器，控制平面通过wmn接收数据平面上传的多媒体流的数据包；s1.3：应用平面内部署上层流量分析与管理应用，应用平面通过sdn接口对控制平面进行数据的收集和对控制平面进行控制命令的下发。3.根据权利要求2所述的一种多媒体流量管理调度方法，其特征在于，步骤s2具体包括如下分步骤：s2.1：基于不同多媒体流对时延、带宽以及丢包率的需求，流量分类器将多媒体流的业务区分为尽力交付业务、时延敏感业务、实时业务三类不同业务，根据业务区分在qos缓冲区队列中设计三种优先级队列，优先级从低到高依次为尽力交付业务、时延敏感业务、实时业务，多媒体流按照优先级分配至相应队列中；s2.2：当数据包到达流量分类器时，根据qos缓冲区队列的使用情况，判断是否需要丢弃数据包，如是需要丢弃，则按照尾丢弃的策略进行丢包；s2.3：数据包根据流量分类器所得结果分别进入相应的qos缓冲区队列等待控制器的调度处理。4.根据权利要求3所述的一种多媒体流量管理调度方法，其特征在于，步骤s3具体包括如下分步骤：s3.1：基于优先级的调度机制和加权轮询调度机制相结合，在控制平面部署基于时钟的二级网络流量调度机制；s3.2：在时钟周期t内，qos缓冲区队列完全按照优先级的调度机制进行网络流量调度；s3.3：时钟周期完成后，qos缓冲区队列调度按照加权轮询调度的方式进行调度，直到加权因子全部消耗完毕；s3.4：重复s3.2和s3.3对qos缓冲区队列进行调度。5.根据权利要求4所述的一种多媒体流量管理调度方法，其特征在于，步骤s4具体包括如下分步骤：
s4.1：数据平面中路由节点周期性的上报邻居关系、qos缓冲区队列数据特征；s4.2：控制平面数据包得到调度，则根据时延、优先级、qos缓冲区队列数据特征等信息进行图算法得到最优路由；s4.3：控制平面按照最优路由从后往前依次进行流表规则下发；s4.4：数据平面按照相应流表规则进行数据包转发。

技术总结
本发明公开一种多媒体流量管理与调度方法，本申请针对不同的业务需求和差异化的服务质量需求，设计了基于时钟的二级网络流量调度机制，在保证了高优先级业务传输可靠性的同时，仍然给予了低优先级流量一定的带宽，维持其作业，本申请针对QoS流量特征，制定了基于QoS流量特征的寻径策略，从而降低了网状网络中发生拥堵了可能，降低了丢包率，进而提高了网络利用率。网络利用率。网络利用率。


技术研发人员：杨鲲 张天云 梅海波
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（衢州）
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/8/21