專利名稱：可擴(kuò)展路由器系統(tǒng)傳輸適配子層通信模式的性能評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
可擴(kuò)展路由器系統(tǒng)傳輸適配子層通信模式的性能評價方法屬于可擴(kuò)展的路由器軟件體系結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
路由器是網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，具有可擴(kuò)展特性的路由器體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為下一代路由器的重要研究方向和難點問題之一。從總體功能結(jié)構(gòu)的概念出發(fā)，路由器可以劃分為兩個主要的功能平面一個是集中于流量轉(zhuǎn)發(fā)處理的數(shù)據(jù)平面，另一個是完成控制與路由交互的控制平面，數(shù)據(jù)平面到控制平面的信息流是控制平面的主要信息來源，直接影響軟件體系結(jié)構(gòu)的運行狀況。
由于數(shù)據(jù)平面的簡單性原則，在傳統(tǒng)的路由器軟件體系結(jié)構(gòu)中，來自底層數(shù)據(jù)平面的控制信息，例如路由交互報文等，都是原始信息，信息在到達(dá)控制平面進(jìn)行處理之前不做處理。如果有多個控制平面的節(jié)點時，數(shù)據(jù)不做區(qū)分地提交到控制平面的每個節(jié)點，見圖1。每個控制平面的節(jié)點在收到原始控制信息后，僅選出對本節(jié)點有用的信息提交到各個相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行處理。這種通信模式(即洪泛模式)在控制平面節(jié)點單一或者數(shù)目很少的情況下可以正常工作，但是隨著可擴(kuò)展路由器在原則上對控制平面節(jié)點數(shù)目的無約束，這種模式會造成由控制節(jié)點數(shù)目增多而帶來的控制流通信瓶頸和內(nèi)部的通信帶寬浪費，大大影響了軟件體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展能力。我們對這種模式進(jìn)行了改進(jìn)，見圖2，通過在數(shù)據(jù)平面和控制平面之間插入了一個“傳輸適配子層”，以盡量減少重復(fù)流量在平面間的傳遞，達(dá)到消除面間通信可擴(kuò)展瓶頸的目的，為區(qū)別傳統(tǒng)的洪泛模式，我們將此通信模式稱為傳輸適配子層的通信模式，結(jié)構(gòu)圖見圖3。
本發(fā)明的目的在于提出對這種新通信模式通信性能的一種評價方法。由于改進(jìn)通信模式的目的在于提高控制平面的有效通信率，但由于有效通信率本身是絕對值，并不能反映性能的改進(jìn)。我們提出將傳統(tǒng)的模式和改進(jìn)后的模式的傳輸流量進(jìn)行對比，進(jìn)而對改進(jìn)模式的性能和容納負(fù)載的能力進(jìn)行評價，并根據(jù)分析給出相應(yīng)的任務(wù)優(yōu)化分配方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可擴(kuò)展路由器系統(tǒng)傳輸適配子層通信模式的性能評價方法。
本發(fā)明的特征在于，依次含有以下步驟步驟1.初始化；首先為評價方法引入如下定義面間流量數(shù)據(jù)平面到控制平面流經(jīng)的信息流總量稱為面間流量；面間流增量指數(shù)在固定的任務(wù)以及流量模式下，將洪泛模式面間流量與一個對比模式的面間流量的比值稱作這個對比模式的面間流增量指數(shù)，記作IIc，面間流增量指數(shù)表達(dá)了對比模式的面間流量對帶寬的“節(jié)約程度”，面間流增量指數(shù)的倒數(shù)表達(dá)了一個對比模式要達(dá)到?jīng)]有優(yōu)化的洪泛模式的面間流量，還能額外容納負(fù)載的能力；步驟2.對系統(tǒng)中的每個任務(wù)分別設(shè)定其配置參數(shù)步驟2.1.設(shè)置t為系統(tǒng)中任務(wù)的數(shù)量；步驟2.2.設(shè)置m為任務(wù)在控制平面上分布的節(jié)點的總個數(shù)；步驟2.3.分別設(shè)置每個任務(wù)中各節(jié)點的流量占任務(wù)總流量的比率，D＝(d1，…，dt)，其中0≤di≤1，稱為任務(wù)i的分布率，為簡單起見，假設(shè)任意任務(wù)i(i＜＝t)中各節(jié)點分配的流量相同；步驟2.4.分別設(shè)置每個任務(wù)可能分布到的節(jié)點的數(shù)目，E＝(e1，…，et)，其中1≤ei≤m，稱為任務(wù)i的分散數(shù)；步驟2.5.分別設(shè)置每個任務(wù)的流量占總流量的比率，C＝(c1，…，ct)，其中0≤ci≤1，稱為任務(wù)i的流量率；步驟3.計算步驟2所描述的系統(tǒng)中任務(wù)i的流量I(i)＝ci+di(ei-1)ci＝(1+di(ei-1))ci；步驟4.對系統(tǒng)中的所有t個任務(wù)進(jìn)行步驟3中流量的計算，并求和得到系統(tǒng)的面間流量I=Σi=1tI(i)=Σi=1t(1+di(ei-1))ci;]]>步驟5.計算步驟2所描述的系統(tǒng)在洪泛模式下的面間流量令步驟4中的通用公式di＝1，ei＝m則得到洪泛模式下的面間流量I＝mci；步驟6.計算傳輸適配子層模式的面間流增量指數(shù)IIc=(Σi=1t(1+di(ei-1))ciΣi=1tmci)-1;]]>根據(jù)定義有Σi=1tci=1,]]>則
IIc=(Σi=1t1+di(ei-1)mci)-1;]]>步驟7.根據(jù)面間流增量因子對系統(tǒng)進(jìn)行評價步驟7.1.定義令βi=1+di(ei-1)m,]]>它反映了一個任務(wù)的流量分布特征對系統(tǒng)的面間流增量指數(shù)的影響能力，稱為任務(wù)的面間流增量因子；步驟7.2.結(jié)合IIc和βi的公式可知IIc=(Σi=1tβici)-1,]]>面間流增量因子與任務(wù)的流量率的乘積就是一個任務(wù)對面間流增量指數(shù)倒數(shù)的貢獻(xiàn)；面間流增量指數(shù)的倒數(shù)就等于任務(wù)的面間流增量因子與流量率的內(nèi)積，在向量空間中，一個系統(tǒng)所有任務(wù)的不同面間流增量因子組合對其流量率向量的投影就表征了這種對比模式的帶寬節(jié)約程度，也就表征了對新加入負(fù)載的接納能力，從而可以確定能夠增加各個任務(wù)的相應(yīng)正規(guī)化負(fù)載，即通過任務(wù)所解決的問題數(shù)量來描述的負(fù)載；步驟8.任務(wù)的分布率與分散數(shù)對面間流增量指數(shù)倒數(shù)的影響和任務(wù)分配模式(即t個任務(wù)在m個節(jié)點上的分配狀況)的優(yōu)化步驟8.1.任務(wù)的分布率與分散數(shù)對面間流增量指數(shù)倒數(shù)的影響根據(jù)面間流量的公式可以得到面間流增量指數(shù)倒數(shù)對任意任務(wù)i關(guān)于分布率的偏導(dǎo)數(shù)與關(guān)于分散數(shù)的差分∂(IIc)-1∂di=(ei-1)cim;]]>Δ(IIc)-1Δei=dicim;]]>步驟8.2.任務(wù)的分配模式優(yōu)化對于流量率是系統(tǒng)固有的特性之一，也和負(fù)載環(huán)境相關(guān)，而與采用了什么樣的任務(wù)分配模式無關(guān)；對于分布率和分散數(shù)面間流增量指數(shù)倒數(shù)關(guān)于它們的變化速率如步驟8.1描述；由此可以選擇速率最大的參數(shù)作為改進(jìn)任務(wù)分布模式的確定方向。
本發(fā)明可以對傳輸適配子層通信模式的通信性能進(jìn)行評價，基于傳統(tǒng)的洪泛通信模式，定義了面間流量和相關(guān)的面間流增量指數(shù)作為模型性能評價的依據(jù)，通過控制平面任務(wù)的分布率、分散數(shù)和流量率三個特征參數(shù)對模型的性能進(jìn)行了分析；并且對任務(wù)的分配提出了優(yōu)化的參考方案。


圖1.數(shù)據(jù)平面與控制平面間的通信結(jié)構(gòu)；圖2.改進(jìn)后的邏輯通信結(jié)構(gòu)；
圖3.面間流增量示意圖；圖4.面間流增量因子的變化；圖5.實驗結(jié)果；圖6.面間流增量因子的變化；圖7.實驗結(jié)果。
具體實施例方式
以兩個任務(wù)的情形為例，如圖5，橫縱坐標(biāo)分別代表兩個任務(wù)的面間流增量因子。(O，C)是兩個任務(wù)的流量率向量。根據(jù)面間流增量因子的定義可知0≤di≤1；1≤ei≤m；∴1m≤βi≤1,]]>i∈[1，…，m]；因此，圖中點A是面向流增量因子取值范圍的下界，點B是面向流增量因子取值范圍的上界。陰影部分就是面間流增量因子向量可以取值的范圍。在只考慮相對大小的概念下，陰影部分任意點(β1，β2)所對應(yīng)面間流增量的倒數(shù)就是其在向量(O，C)上的投影長度。(β1，β2)的投影為D′，A，B的投影分別為A′，B′。面間流增量指數(shù)的倒數(shù)取值范圍就是(A，B)。兩個任務(wù)面間流增量因子組合對應(yīng)的投影就表征了對比模式的帶寬節(jié)約程度。由于洪泛模式就是點B所對應(yīng)的面間流增量因子，因此從圖中還可以看出對比模式中，對新加入負(fù)載的接納能力。
也就是B的投影與(β1，β2)投影的長度之比

從圖6可以看到，深色陰影區(qū)域是面間流增量因子的優(yōu)化區(qū)域。當(dāng)點(β1，β2)向這個區(qū)域移動時，系統(tǒng)的面間流增量指數(shù)倒數(shù)會進(jìn)一步減小，系統(tǒng)可以容納更多的負(fù)載。但是，任務(wù)的面間流增量因子的變化規(guī)律并不相同，即圖中l(wèi)1和l2的移動和任務(wù)的面間流特征以及分布特征相關(guān)，這個關(guān)系由面間流增量因子和任務(wù)的流量率共同確定。
通過上面的分析可以計算在引入改進(jìn)模式后系統(tǒng)能夠新增多大面間流量負(fù)載，也就對應(yīng)了能夠增加各個任務(wù)的相應(yīng)正規(guī)化負(fù)載。下面的問題就是如何在新模式下，根據(jù)各個任務(wù)的面間流量特性來對性能進(jìn)行優(yōu)化。在圖6中，也就是要確定l1，l2在不同參數(shù)下的移動速率，選擇速率最大的參數(shù)作為任務(wù)的優(yōu)化分配參考方案。
實驗采用基于樹型結(jié)構(gòu)的BGP路由迭代模型，取k＝2的4個節(jié)點迭代樹，除了BGP的模擬任務(wù)外，還有一個管理任務(wù)。實驗參數(shù)的設(shè)定如下表表2 實驗參數(shù)設(shè)定


其中BGP任務(wù)分布在迭代樹的三個次葉節(jié)點上，管理任務(wù)分布在所有節(jié)點上。這個分布式模型限定了任務(wù)的分配模式，因而任務(wù)的分散數(shù)是固定的。我們的實驗改變BGP任務(wù)的流量分布率，分別測量洪泛模式與不同參數(shù)下的傳輸適配子層通信模式的面間流量，從而得到這種對比模式下的面間流增量指數(shù)。
在實際的實驗中，BGP來自數(shù)據(jù)平面的控制流數(shù)據(jù)只到達(dá)次葉子節(jié)點，所以任務(wù)分布節(jié)點數(shù)沒有取m＝4，而是令對兩個任務(wù)給定了不同的任務(wù)分配節(jié)點數(shù)mBGP＝3和mMGMT＝4，這與實際的路由器系統(tǒng)更為接近。BGP任務(wù)的面間流量率從5％到100％，遞增步長取5％。實驗的結(jié)果如圖7所示。
在不同參數(shù)下測定得到的面間流增量指數(shù)在圖中用星標(biāo)出。從圖中可以看到，沿BGP任務(wù)的面間流分布率減小的方向，面間流增量指數(shù)逐漸增大，這意味著可以容納更大的面間流量負(fù)載。當(dāng)BGP任務(wù)的面間流量率只有5％時，可以容納相當(dāng)于洪泛模式極限約4.5倍的負(fù)載。這與BGP的路由更新報文僅發(fā)送給對應(yīng)的非葉子節(jié)點，其他為廣播的控制消息的實際情形相當(dāng)。另一個方面，圖中用虛線給出了在對應(yīng)參數(shù)下面間流增量指數(shù)理論值。實驗測定的結(jié)果與理論值在趨勢上基本吻合，在數(shù)值上略小于理論值，這是由于在實驗過程中存在額外的面間流量開銷所致。
由此可見，本發(fā)明達(dá)到了預(yù)期目的。
權(quán)利要求
1.可擴(kuò)展路由器系統(tǒng)傳輸適配子層通信模式的性能評價方法，其特征在于所述的方法依次含有以下步驟步驟1.初始化為所述系統(tǒng)中的每個任務(wù)分別設(shè)定以下配置參數(shù)t，為系統(tǒng)中任務(wù)的數(shù)量；m，為任務(wù)在控制平面上分布的節(jié)點的總個數(shù)；在任意任務(wù)i(i＜＝t)中各節(jié)點分配的流量均相同的假設(shè)前提下，分別設(shè)置每個任務(wù)中各節(jié)點的流量占任務(wù)總流量的比率，用向量D表示，D＝(d1，...，dt)，其中0≤di≤1，稱為任務(wù)i的分布率；分別設(shè)置每個任務(wù)可能分布到的節(jié)點的數(shù)目，用向量E表示，E＝(e1，...，et)，其中1≤ei≤m，稱為任務(wù)i的分散數(shù)；分別設(shè)置每個任務(wù)的流量占任務(wù)總流量的比率，用向量C表示，C＝(c1，...，ct)，其中0≤ci≤1，稱為任務(wù)i的流量率；步驟2.計算所述系統(tǒng)在傳輸適配子層通信模式下任務(wù)i的流量I(i)I(i)＝ci+di(ei-1)ci＝(1+di(ei-1))ci；步驟3.對所述系統(tǒng)中的所有t個任務(wù)進(jìn)行如步驟2中所述的計算，并求和得到數(shù)據(jù)平面到控制平面流經(jīng)的信息流總量，定義為面間流量II=Σi=1tII(i)=Σi=1t(1+di(ei-1))ci;]]>步驟4.計算所述系統(tǒng)在洪泛模式下的面間流量，即di＝1，ei＝m，此時I＝mci；步驟5.計算洪泛模式與傳輸適配子層兩種通信模式下的面間流量的比值，定義為傳輸適配子層通信模式的面間流增量指數(shù)，記為IIcIIc=(Σi=1t(1+di(ei-1))ciΣi=1tmci)-1;]]>根據(jù)定義有Σi=1tci=1,]]>則IIc=(Σi=1t1+di(ei-1)mci)-1;]]>步驟6.根據(jù)任務(wù)的面間流增量因子按以下步驟對系統(tǒng)進(jìn)行評價，所述面間流增量因子用βi表示，它反映了一個任務(wù)的流量分布特征對系統(tǒng)的面間流增量指數(shù)的影響能力βi=1+di(ei-1)m;]]>得到IIc=(Σi=1mβici)-1,]]>反映了所述傳輸適配子層通信模式的帶寬節(jié)約程度；步驟7.根據(jù)下述任務(wù)的分布率di與分散數(shù)ei對面間流增量指數(shù)的影響，對t個任務(wù)在m個節(jié)點上的分配狀況進(jìn)行優(yōu)化步驟7.1.計算面間流增量指數(shù)倒數(shù)對任意任務(wù)i關(guān)于分布率的偏導(dǎo)數(shù)，與關(guān)于分散數(shù)的差分∂(IIc)-1∂di=(ei-1)cim;]]>Δ(IIc)-1Δei=dicim;]]>步驟7.2.根據(jù)步驟7.1的計算結(jié)果，在系統(tǒng)中對每個任務(wù)選擇合適的di與ei，使得∂(IIc)-1∂di,Δ(IIc)-1Δei]]>最大。
全文摘要
可擴(kuò)展路由器系統(tǒng)傳輸適配子層通信模式的性能評價方法屬于可擴(kuò)展的路由器軟件體系結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于可擴(kuò)展路由器控制平面節(jié)點間傳統(tǒng)的通信模式存在可擴(kuò)展瓶頸需要改進(jìn)，本發(fā)明為改進(jìn)的模式提供了一種性能評價的方法，引入了面間流量和面間流增量因子的概念，以及控制平面任務(wù)的分布率，分散率和流量率作為性能評價的特征參數(shù)；此評價方法基于對比模式，能夠?qū)νㄐ判阅芎托陆蛹{負(fù)載的能力進(jìn)行評價，具有很好的理論支持，此外基于此評價方法還能為任務(wù)的優(yōu)化分配提供參考，實驗結(jié)果證實了此評價方法的有效性。
文檔編號H04L12/56GK1960283SQ20061011387
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者徐恪, 吳鯤, 王青青 申請人:清華大學(xué)