BRPI0317917B1 - processo para dinamicamente alocar largura de banda de elo em anel de pacote resiliente - Google Patents

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Abstract

"processo para dinamicamente alocar largura de banda de elo em anel de pacote resiliente". a invenção descreve um processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente. este algoritmo compreende as etapas de medir um grupo de variáveis em um intervalo de informação, de calcular a taxa imparcial local usando as variáveis medidas, de determinar uma taxa de informação com base na taxa imparcial local, e de transmitir os pacotes de dados com a taxa de informação. comparado com os algoritmos de imparcialidade existentes, o novo algoritmo introduz integração para que a taxa inativa alcance 100% de utilização de largura de banda. ele também impede o uso do conceito do 'estado de congestionamento', o que é essencial no algoritmo de imparcialidade existente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA DINAMICAMENTE ALOCAR LARGURA DE BANDA DE ELO EM ANEL DE PACOTE RESILIENTE".
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se à tecnologia de comunicação de dados usada em Rede de Área Ampla (WAN) ou Rede de Área Local (LAN), mais particularmente, a um processo para dinamicamente alocar largura de banda de elo em Anel de Pacote Resiliente (RPR).
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO RPR é uma rede de área metropolitana (MAN) com uma novíssima estrutura de anel, que suporta o trânsito de dados para três níveis de serviço e que apresenta as vantagens de utilização de alta largura de banda, alta confiabilidade, e assim por diante. Uma das técnicas-chave para a implementação de RPR é a de alocar a largura de banda de elo nos nós que competem por recursos no anel. A presente invenção descreve um processo para dinamicamente alocar largura de banda de elo em anel de pacote resiliente. Comparado com a solução proposta pelo grupo de trabalho RPR atual (grupo de trabalho IEEE 802.17), este processo é mais simples e apresenta uma maior utilização de largura de banda. A missão do grupo de trabalho IEEE 802.17 é a de estabelecer um padrão técnico para RPR. A tecnologia RPR é usada na comunicação de dados em WAN ou LAN, e comparada com a tecnologia de comunicação de dados existente usada na WAN ou LAN, apresenta duas vantagens óbvias: 1. uma maior utilização de largura de banda 2. um rápido mecanismo de proteção. A proteção atinge dentro de 50ms, que está no mesmo nível que a detecção de falhas.
Cada nó no anel RPR pode inserir pacote aceitável de certa imparcialidade no anel. Uma vez que um pacote de dados é acrescentado ao anel, ele será transmitido pelos nós a jusante. Durante este processo, o nó a montante pode transmitir um trânsito demasiado, deixando os nós a jusante "carentes de algo". Por isso, é necessário um mecanismo para assegurar que cada nó no anel tenha a mesma oportunidade de transmitir os pacotes de dados do usuário.
No mecanismo proposto pelo grupo de trabalho IEEE 802.17, cada nó irá transmitir um pacote especial, denominado de pacote de imparcialidade, que é usado para passar uma taxa de informação proposta para o nó a montante. A fim de assegurar que cada nó no anel apresente alguma chance de enviar seus pacotes, cada nó se certificará de que a quantidade de pacotes Aceitáveis de Imparcialidade acrescentada ao anel não ultrapassa uma taxa permitida, que é menor que a taxa de informação recebida e a taxa imparcial local. O ponto-chave para se garantir o desempenho da rede está em como determinar a taxa de informação com base na taxa de informação recebida do nó a jusante e na taxa imparcial local. O mecanismo proposto pelo grupo de trabalho IEEE 802.17 será descrito resumidamente.
Atualmente, há dois modos de imparcialidade propostos pelo grupo de trabalho IEEE 802.17, um denominado de modo agressivo e o outro denominado de modo conservador.
Aqui, apenas a versão não-ponderada é discutida para o algoritmo de imparcialidade existente proposto por IEEE 802.17. É notado que o processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente proposto no presente pedido de patente é um algoritmo de imparcialidade ponderado. O algoritmo de imparcialidade existente é descrito, como segue: taxa de acréscimo (add_rate): esta é a contagem de bytes, em um intervalo de informação, para pacotes locais acrescentados ao anel pelo nó para os pacotes aceitáveis FE; taxa imparcial local (local_fair_rate): a taxa de acréscimo filtrada em passagem de baixas freqüências; diferentes modos empregam diferentes algoritmos para se obter local_fair_rate; taxa de informação recebida (received_advertising_rate): a taxa de informação conduzida no pacote de imparcialidade tipo A, que é anunciada pelo nó a jusante. intervalo de informação: Em cada intervalo de informação, um pacote de imparcialidade tipo A será enviado para as estações a montante, com advertising_rate dentro da mensagem de imparcialidade tipo A. taxa de informação: a taxa é determinada, como segue: oSe (o nó local ficar congestionado e local_fair_rate < recei-ved_advertising_rate), a advertising_/ate será a loca!_fair_rate, que é uma versão filtrada da add_rate. A add_rate é a contagem de bytes dentro do Intervalo de informação para pacotes com conjunto de bits FE (bit aceitável de imparcialidade). A received_advertising_rate é a taxa conduzida dentro da mensagem de imparcialidade tipo A. o Se (o nó local ficar congestionado e local_fair_rate >= recei-ved_advertising_rate), a advertising _rate será a taxa de informação recebida a partir de a jusante (received_advertising_rate). o Se (o nó local não ficar congestionado), a advertising_rate será aquela recebida a partir de a jusante, ou nula, no caso de recebimento de taxa nula, o que indica a taxa de elo máxima. A diferença principal, juntamente com algumas diferenças menores, entre o modo agressivo e o modo conservador está em como definir a local_fair_rate. No modo agressivo, a locaI_fair rate é a versão filtrada em passagem de baixas freqüências da add_rate. No modo conservador, a lo-cal_fair_rate é a versão filtrada em passagem de baixas freqüências da add_rate, que é similar àquela do modo agressivo, e o mais uma fração da versão filtrada da add_rate, se a utilização de elo for menor do que 85% (abaixo de lowjhreshold) o menos uma fração da versão filtrada da add_rate, se a utilização de elo for maior do que 95% (acima de high_threshold).
Comparado ao algoritmo de imparcialidade no modo agressivo, o algoritmo de imparcialidade no modo conservador oferece um melhor desempenho sob condições variadas, no custo de no máximo 95% de utilização de largura de banda, que é inferior sob certas situações. A questão principal com o modo agressivo é a de que a largura de banda não poderá ser adequadamente alocada entre todas as fontes e resultará no uso ineficiente de recurso, quando o ponto de congestionamento não for uma fonte cobiçada, conforme ilustrado na Figura 1, conforme ilustrado na simulação na Figura 2.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em resumo, a questão principal com o algoritmo de imparcialidade no modo agressivo é a estabilidade da alocação de largura de banda, quando a fonte não-cobiçada for misturada com a fonte cobiçada, o que acarreta uma perda de largura de banda. A questão principal com o algoritmo de imparcialidade no modo conservador é a utilização de largura de banda de 95% no máximo, o que levará a um desempenho inferior, quando todas as fontes forem fontes cobiçadas. O objetivo da presente invenção é o de prover um processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo em pacote de anel resilien-te, o que pode assegurar a imparcialidade da alocação de largura de banda. Ele deve ser mais simples, e deve consentir uma utilização de largura de banda maior do que o algoritmo de imparcialidade existente nas minutas de padrão 802.17. O processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente mantém a estrutura básica e o tipo de mensagem, conforme definido pelo grupo de trabalho IEEE 802.17 para fins de conformidade. O conceito de advertisement intervaí é usado. Dentro de um advertisement ínterval, são implementadas as seguintes etapas: a. medir os valores para variáveis 1. addjrate: Esta é a contagem de bytes para pacotes locais acrescentados no anel pelo nó para os pacotes aceitáveis de imparcialidade. 2. totaLadd_rate: Esta é a contagem de bytes total para pacotes locais acrescentados no anel pelo nó. 3. fwjrate: Esta é a contagem de bytes para os pacotes de trânsito no anel para pacotes aceitáveis de imparcialidade. 4. total_fw_rate: Esta é a contagem de bytes total para pacotes de trânsito no anel. b. O objetivo do processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente é o de assegurar que o elo seja totalmente utilizado, enquanto a largura de banda está adequadamente alocada entre todas as estações concorrentes. A fim de se obter isto, a lo-cal_fair_rate é sempre calculada de acordo com as seguintes etapas: b1. calcular uma taxa inativa (idle_rate) com a equação: idle_rate=link_rate-totaLadd„rate-total_fw_rate, onde link_rate é a contagem de bytes para um advertisement interval na taxa de elo total; b2. se idle_rate<idle_rate_threshold (o idle_rate_threshold podería ser ajustado em 0,01 ou até mesmo mais baixo): acc_idle=(a-1 )*accjdle/a do contrário, accjdle=acc_idle+idle_rate/p acc_idle=min(acc_idle,unreserved_rate), onde accjdle é basicamente a integral da taxa inativa, e seu valor não é maior do que a taxa não-reservada (unreserved_rate); b3. Calcular a taxa imparcial local (local-fair_rate) com a fórmula: íocal_faír__rate= (δ-1 )*local_fair_rate/6+add_rate(ô*weight)+ acc_ idle/δ, onde Weight é o peso da estação para o algoritmo de imparcialidade ponderado. c. determinar uma taxa de informação (advertising_rate), que compreende as seguintes etapas: c1. se o valor da taxa de informação recebida for menor do que o valor da taxa imparcial local (isto é, received_advertising _rate<local_fair_ rate), o valor da taxa de informação (advertising_rate) será ajustado ao valor da taxa de informação recebida (received_advertising_rate); c2. se (fw_rate<local_fair_rate), a taxa de informação (adverti-sing_rate) será ajustada à taxa imparcial local (local-fair rate). Esta é similar àquela do algoritmo existente para manipular os pontos de reatância de desarticulação com o único algoritmo de ponto de reatância; c3. se (add_rate>minimum packet size) ou se houver pacotes na fila de baixa prioridade a serem transmitidos, a taxa de informação (adverti- sing rate) será ajustada à taxa imparcial local (local_fair_rate); c4. do contrário, a taxa de informação (advertising_rate) será ajustada à taxa de informação recebida (received_advertising_rate). d. cada nó no anel RPR transmite os pacotes de dados com uma taxa não maior do que a taxa de informação determinada na terceira etapa para assegurar que os nós compartilhem imparcialmente do anel de largura de banda.
Comparado com o algoritmo de imparcialidade existente na minuta de padrão 802.17, o processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente, nesta invenção, introduz a integral para a taxa inativa, de modo a se obter 100% de utilização de largura de faixa. (Na maioria dos casos, na prática, apenas um elo pode alcançar isto (100%) devido às regras de informação para a local_fair_rate). O novo algoritmo também impede o conceito de "estado de congestionamento" nos algoritmos de imparcialidade existentes. O novo algoritmo, nesta invenção, apresenta as seguintes vantagens: Vantagem filosófica: 1. O algoritmo de imparcialidade existente tentará alcançar a distribuição de largura de faixa imparcial entre todas as estações concorrentes apenas quando alguns nós estiverem no "estado de congestionamento". 2. O processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente tenta assegurar 100% de utilização de elo em cada segmento. Para um único algoritmo de imparcialidade de ponto de reatância, na maioria dos casos, apenas um elo pode alcançar tal utilização de elo, que é também uma das finalidades do algoritmo de imparcialidade. Vantagem algorítmica: 1. estado de congestionamento: Na abordagem existente, cada estação irá anunciar "nulo" indicando a largura de banda máxima, se não houver qualquer ponto de congestionamento no anel. A estação irá anunciar o valor não-nulo apenas se ele estiver no estado de congestionamento ou recebendo informação com um valor não-nulo. Na nova abordagem, não há qualquer conceito de "estado de congestionamento" e cada estação irá anunciar de acordo com o algoritmo acima, o que irá significativamente reduzir a complexidade do algoritmo. 2. medição da taxa inativa: A finalidade de tal medição é a de assegurar um uso de 100% da largura de faixa de elo. Uma versão integrada (similar à função / do controlador PID [Proporcional, Integral e Derivativo] na teoria de controle) da taxa inativa contribui para a localJairrate. A abordagem existente irá avaliar muitas outras informações que não serão exigidas na nova abordagem. 3. taxa de informação: A determinação da advertising_rate é diferente. Na nova abordagem, a estação RPR irá anunciar sua local_fair_rate, se a estação enviar qualquer pacote ou se houver qualquer pacote esperando para ser enviado, o condicionamento na localjaírjate será menor do que a received_advertisingjate. (regra c3 acima). 4. taxa imparcial local (local_fair_rate): O mecanismo de cálculo para se obter a local_fair_rate é completamente diferente entre o algoritmo de imparcialidade existente e a presente invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 mostra o cenário de imparcialidade das fontes não-cobiçadas e cobiçadas que compartilham da largura de banda de elo (detalhada como pares de reatância de largura de banda alta/baixa exemplo no Anexo I.3.7 na minuta 2.4 IEEE 802.17). A Figura 2 é o resultado de simulação do exemplo na Figura 1 usando o modo agressivo de algoritmo de imparcialidade existente. A Figura 3 é um resultado de simulação do exemplo na Figura 1 usando o modo conservador de algoritmo de imparcialidade existente. A Figura 4 mostra o cenário de imparcialidade com quatro fontes solicitando transmissão de pacote FE (vide o exemplo de área de estacionamento detalhado pelo Anexo 1.3.1 na minuta 2.4 IEEE 802.17). A Figura 5 é o resultado de simulação do cenário de imparcialidade na Figura 4 de acordo com o modo agressivo de algoritmo de imparcialidade existente. A Figura 6 é o resultado de simulação do cenário de imparcialidade na Figura 4 de acordo com o modo conservador de algoritmo de imparcialidade existente. A Figura 7 é o resultado de simulação do cenário de imparcialidade na Figura 4 usando o processo desta invenção. A Figura 8 é o resultado da simulação do cenário de imparcialidade na Figura 1 usando o processo desta invenção. A Figura 9 é o fluxograma para determinar a local_fair_rate no processo da presente invenção. A Figura 10 é o fluxograma para determinar a advertising rate no processo da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A implementação detalhada da solução técnica será descrita juntamente com as figuras. Esta invenção descreve um processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente. O processo compreende as seguintes etapas em um intervalo de informação: a. medir os valores para as variáveis 1. add_rate: Esta é a contagem de bytes para pacotes locais acrescentados no anel pelo nó para pacotes aceitáveis de imparcialidade. 2. total_add_rate: Esta é contagem de bytes total para pacotes locais acrescentados no anei pelo nó. 3. fw_rate: Esta é a contagem de bytes para pacotes de trânsito no anel para pacotes aceitáveis de imparcialidade. 4. total_fw_rate: Esta é a contagem de bytes para pacotes de trânsito no anel. b. O objetivo da presente invenção é o de assegurar que o elo seja totalmente usado, enquanto a largura de banda é adequadamente alocada entre todas as estações concorrentes. A fim de se conseguir isto, a local_fair_rate é sempre calculada de acordo com as seguintes etapas (vide Figura 9): b1. calcular uma taxa inativa (idle-rate) com a equação: id le_rate=lí nk_rate-total_add_rate-tota I Jwjate, onde link_rate é a contagem de bytes para um advertisement interval na taxa de elo total; b2. se Idle_rate<idle_rate_threshold (o idle_rate_threshold podería ser ajustado em 0,01 ou até mesmo mais baixo): acc_id[e=(a-1 )*acc_idle/a do contrário, accjdle=acc_idle+idle_rate/p acc_idle=min(acc_idle,unreserved_rate), onde accjdle é basicamente a integral da taxa inativa, e seu valor é não maior do que a taxa não-reservada (unreservedjmte); b3. calcular a taxa imparcial local (local_fair_rate) com a fórmula: local_fair_rate=(ô- 1)*local_fair_rate/6+add_rate{5*weight)+acc_idle/5, onde Weightêo peso da estação para o algoritmo de imparcialidade ponderado. c. determinar uma taxa de informação (advertising_rate), que compreende as seguintes etapas (vide Figura 10): c1. se o valor da taxa de informação recebida for menor do que o valor da taxa imparcial local (isto é, received_advertising_rate<local_ fair_rate), o valor da taxa de informação (advertising_rate) será ajustado ao valor da taxa de informação recebida (received_advertising_rate); c2. se (fw_rate<local_fair_rate), a taxa de informação (adverti-sing_rate) será ajustada à taxa imparcial local (local_fair_rate). Esta é similar àquela do algoritmo existente para manipular pontos de reatância de desarticulação com o único algoritmo de ponto de reatância; c3. se (add_rate>tamanho de pacote mínimo) ou se houver pacotes na fila de baixa prioridade a serem transmitidos, a taxa de informação (ad-vertising_rate) será ajustada à taxa imparcial local (local_fair_rate); c4. do contrário, a taxa de informação (advertising_rate) será ajustada à taxa de informação recebida (received_advertising_rate). d. cada nó no anel RPR transmite pacotes de dados com uma taxa não maior do que a taxa de informação determinada na terceira etapa para assegurar que os nós compartilhem imparcialmente do anel de largura de banda.
Estudos de simulação foram executados nesta invenção. Os estudos de simulação cobrem todos os 8 casos sugeridos pelo grupo de trabalho IEEE 802.17 para avaliação de algoritmo de imparcialidade e o teste de interoperação entre o algoritmo de imparcialidade existente e essa invenção. O resultado selecionado será apresentado aqui, com o restante disponível a pedido.
Cenário de imparcialidade (1) - largura de banda alta-baixa: A configuração de largura de banda alta-baixa é mostrada na Figura 1. A alocação de largura de banda ideal para o nó S5 é de 12,5 M (mais do que 5% devido aos parâmetros de simulação específicos), e para o nó S1 é de 137,5 Μ. O resultado de simulação do modo agressivo é mostrado na Figura 2. A largura de banda alocada no nó S1 oscila entre 46M e 130M de acordo com o nó agressivo. Esta é a razão principal para introduzir o nó conservador do algoritmo de imparcialidade existente. A questão principal com o modo conservador é a utilização de largura de banda de 95% no máximo, que levará a um desempenho inferior, quando todas as fontes forem fontes cobiçadas. A Figura 3 mostra o resultado da simulação do modo conservador. A Figura 8 mostra o resultado da simulação do processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no anel de pacote resiliente.
Os resultados de simulação mostram que a presente invenção consente uma utilização de largura de banda alta, conforme mostrado na Figura 8. A presente invenção atinge quase 100% de utilização de largura de banda. Comparando com o modo agressivo mostrado na Figura 2, ela pode impedir a perda de largura de banda.
Cenário de imparcialidade (2) - área de estacionamento: A Figura 4 mostra a disposição da estação e a exigência de trânsito. A Figura 5 é o resultado de simulação do cenário de imparcialidade na Figura 4 de acordo com o modo agressivo de algoritmo de imparei- alidade existente. A Figura 6 é o resultado de simulação do cenário de imparcialidade na Figura 4 de acordo com o modo conservador de algoritmo de imparcialidade existente. A Figura 7 é o resultado do cenário de imparcialidade na Figura 4 usando o processo nesta invenção. A exigência fundamental para a alocação de largura de banda é a imparcialidade. Pode ser visto a partir destes resultados de simulação que o novo algoritmo pode assegurar a alocação de largura de banda imparcial, como também todos os algoritmos de imparcialidade existentes. O novo algoritmo alcança a mesma utilização de largura de banda como o modo agressivo. A utilização de largura de banda do modo conservador é de apenas cerca de 90%.

Claims (5)

1. Processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no Anel de Pacote Resiliente, que se baseia no cálculo de largura de banda de imparcialidade por intervalo de informação, caracterizado pelo fato do processo compreender as seguintes etapas em um intervalo de informação: a. medir um grupo de variáveis; b. calcular uma taxa imparcial local usando as variáveis medidas; c. determinar a taxa de informação com base na taxa imparcial local e na taxa de informação provida por um nó a jusante; d. cada nó em um anel de pacote resiliente determina a taxa de informação pela Etapa c, e transmite os pacotes de dados com a taxa de informação.
2. Processo para dinamicamente alocar a largura de faixa de elo no Anel de Pacote Resiliente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do grupo de variáveis na Etapa a ser: a1. add_rate: Esta é a contagem de bytes para pacotes locais acrescentados no aneí pelo nó para os pacotes aceitáveis de imparcialidade, a2. total_add_rate: Esta é a contagem de bytes total para pacotes locais acrescentados no anel pelo nó, a3. fw_rate: Esta é a contagem de bytes para pacotes de trânsito no anel para os pacotes aceitáveis de imparcialidade, a4. total_fw_rate: Esta é a contagem de bytes total para pacotes de trânsito no anel.
3. Processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no Anel de Pacote Resiliente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da Etapa b compreender as seguintes etapas adicionais: b1. calcular uma taxa inativa com a equação: idle_rate=link_rate-total_add_rate-totalJw_rate, onde iink rate é a contagem de bytes em um intervalo de informação na taxa de elo total; b2. se ídle rate for menor do que idle_rateJhreshold, o idle_ rate_threshold poderia ser ajustado em 0,01 ou até mesmo mais baixo: accjdle=(a-1 )*accjdle/a do contrário, acc_idle=acc_idJe+idle_rate/p acc_idle=min(acc_idle,unreserved_rate), onde accjdle é basicamente a integral da taxa inativa, e seu valor não é maior do que a taxa não-reservada; b3. calcular a taxa imparcial total com a fórmula: Io ca l_fa i r-rate=(δ-1 )* local_fa i r- rate/Ô+add_rate(3*weight)+acc_idle/3, onde Weight é o peso da estação para o algoritmo de imparcialidade ponderado.
4. Processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no Anel de Pacote ResiEiente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da Etapa c compreender as seguintes etapas adicionais: c1. se a taxa de informação recebida for menor do que a taxa imparcial local, a advertising_rate será ajustada ao valor da taxa de informação recebida; c2. se fwjate for menor do que a local fair rate, a adverti-síng_rate será ajustada à local_fair rate; c3. se add_rate for maior do que o tamanho de pacote mínimo ou se houver pacotes na fila de baixa prioridade a serem transmitidos, a ad-vertising_rate será ajustada à locaI fair rate; c4. do contrário, a advertising_rate será ajustada à taxa de informação recebida.
5. Processo para dinamicamente alocar a largura de banda de elo no Anel de pacote Resiliente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da Etapa d indicar que: cada nó no anel de pacote resiliente determina a taxa de informação pela Etapa c, e transmite os pacotes de dados com a taxa de informação, assegura a alocação da largura de banda imparcial aos nós no anel de pacote resiliente.
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