专利名称：宽带多媒体卫星atm系统的跨层星上缓存的信元存储方法
技术领域：
本发明涉及一种宽带多媒体卫星ATM系统的星上缓存的信元存储方法。
背景技术：
宽带多媒体卫星ATM系统是未来卫星通信发展的必然趋势，其大宽带、 高比特率、可灵活分配带宽等特点能够满足多媒体业务需求。对于卫星ATM 系统而言，其卫星传输信道的可靠性远低于地面光纤信道，因此，为保证各 类业务信元的传输，系统需要进行必要的物理层及链路层的处理，如对于无 实时性要求的连接可以进行基于自动请求重发协议的链路控制。目前，对于 面向连接的非实时数据业务，当采用ATM进行传输时具有两个特点(l)上层 的协议数据单元HLPDU (higher layer protocol data unit，也可简称分组)会分 装到多个信元的净荷中，(2)应用高层采用通过上层重传机制来保证数据传输 的可靠性。基于此机制，现有的跨层星上缓存管理采用早期分组丢弃算法EPD (early packet discard)加错误分组尾丢弃策略ECTD ( erroneous packet tail drop),此方案通过丢弃部分卫星信道造成的误码信元来换取较好的性能。但 该方案的ECTD会保留有无效的HLPDU，会对缓存造成拥塞，并且时延较长。
发明内容
本发明是为了解决现有的宽带多媒体卫星ATM系统的跨层缓存方法因保 留有无效的HLPDU而导致缓存拥塞，以及时延较长的问题，从而提出宽带多 媒体卫星ATM系统的跨层星上缓存的信元存储方法。
宽带多媒体卫星ATM系统的跨层星上缓存的信元存储方法，它由以下步 骤实现
步骤一、对到达星上的每个HLPDU组中的信元进行检测，根据信头的位 置指示信息检测到HLPDU组的首信元，将所述首信元及同组的其它信元依此 送入预缓存中；
步骤二、逐一对预缓存中的每个HLPDU组中的信元进行跨层检测，当 HLPDU组中包含错误信元时，则根据信头中的位置指示信息将所述错误信元及所述HLPDU组中的其它信元都丢弃；当HLPDU组中不包含错误信元时， 则将所述HLPDU组送入缓存中；每个信元存入缓存的过程为
步骤三、判断该信元是否为该分组的首信元，如果判断结果为是，则执行 步骤三一；如果为否，则执行步骤四；
步骤三一、判断缓存中的排队长度Q(0是否大于设定的大门限值m皿^， 如果判断结果为是，则执行步骤三一一；如果判断结果为否，则执行步骤三一
步骤三一一、丢弃该信元，结束该信元的存储过程； 步骤三一二、将该信元保存在缓存的缓存队列中；
步骤四、判断该信元所在HLPDU组是否有信元被丢弃，如果判断结果 为是，则执行步骤四一；如果判断结果为否，则执行步骤五；
步骤四一、丢弃该信元，并结束该信元的存储过程；
步骤五、根据公式
avg(O = (1.0-%)* avg0) + % * Q0) 计算平均排队长度avg(f)，并执行步骤六；所述o^为加权系数；
步骤六、比较所述平均排队长度avg(O与小门限值和大门限值的大小，如
果平均排队长度avg(O大于或等于设定的小门限值并且小于或等于设定的大门 限值，则执行步骤六一；如果平均排队长度avg(O大于设定的大门限值，则执 行步骤六二；如果平均排队长度avg(O小于设定的小门限值，则执行步骤六三；
步骤六一、根据下面的公式来计算分组丢弃概率/^;
式中②W"f为自前一个被丢弃的分组开始，未被丢弃的分组数目；式中
式中p"ctef/ewg^/aW[/]为前二V分组长度；式中为最大分组丢弃概 率；式中
_p6=wox/ *(avg(f) —m/w^z) / (wax// —w/wf/ )见并判断随机数W是否大于分组丢弃概率p"，如果判断结果为是，则执行
步骤六三；如果判断结果为否，执行步骤六二；
步骤六二、丢弃该信元，并结束该信元的存储过程； 步骤六三、将该信元保存在缓存的缓存队列中； 所述信头中的位置指示信息能够保证信元的可靠传输。
步骤二所述判断错误信元的方法是:通过信元载荷部分增加具有检错功能 的CRC实现。
有益效果本发明通过跨ATM层和链路层来提前检测出由于信道误码产 生的错误信元，并将检测到的错误信元及其所属的无效HLPDU组丢弃，使宽 带多媒体卫星系统的有效吞吐量和goodput性能得到良好改善，达到了缓解缓 存拥塞的目的；同时，在信元进入缓存过程中使用EPD与RED相结合的方法， 即保证了 EPD在通过率和公平性方面的优势，又结合了 RED来改善时延性能。
图1是星上跨层缓存管理方法的信元流程示意图；图2是本发明的信元进 入缓存HLPDU组的早丢弃策略EPED管理的原理示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一宽带多媒体卫星ATM系统的跨层星上缓存的信元存储 方法，它由以下步骤实现
步骤一、对到达星上的每个HLPDU组中的信元进行检测，根据信头的位 置指示信息检测到HLPDU组的首信元，将所述首信元及同组的其它信元依此 送入预缓存中；
步骤二、逐一对预缓存中的每个HLPDU组中的信元进行跨层检测，当 HLPDU组中包含错误信元时，则根据信头中的位置指示信息将所述错误信元 及所述HLPDU组中的其它信元都丢弃；当HLPDU组中不包含错误信元时， 则将所述HLPDU组送入缓存中；每个信元存入缓存的过程为
步骤三、判断该信元是否为该分组的首信元，如果判断结果为是，则执行 步骤三一；如果为否，则执行步骤四；
步骤三一、判断缓存中的排队长度QW是否大于设定的大门限值m^A，如果判断结果为是，则执行步骤三一一；如果判断结果为否，则执行步骤三一 步骤三一一、丢弃该信元，结束该信元的存储过程；
步骤三一二、将该信元保存在缓存储器的缓存队列中，等待被送往该信元 对应的下行链路；
步骤四、判断该信元所在HLPDU组是否有信元被丢弃，如果判断结果 为是，则执行步骤四一；如果判断结果为否，则执行步骤五； 步骤四一、丢弃该信元，并结束该信元的存储过程； 步骤五、根据公式 avg0) = (1.0 -必》* avg(O + % * 00)
计算平均排队长度avg(O，并执行步骤六；所述0^为加权系数；
步骤六、比较所述平均排队长度avg(/)与小门限值和大门限值的大小，如 果平均排队长度avg(/)大于或等于设定的小门限值并且小于或等于设定的大门 限值，则执行步骤六一；如果平均排队长度avg(f)大于设定的大门限值，则执 行步骤六二；如果平均排队长度avg(O小于设定的小'门限值，则执行步骤六三；
步骤六一、根据下面的公式来计算分组丢弃概率p化
戸，C/ (1 — COM"产/7C)
式中②W"f为自前一个被丢弃的分组开始，未被丢弃的分组数目；式中
式中p"c^"/e"g^/aW[/]为前二、分组长度；式中为最大分组丢弃概 率；式中
通过服从均匀分布的随机数产生器随机产生一个在[O， l]区间的随机数 iV，并判断随机数W是否大于分组丢弃概率p"，如果判断结果为是，则执行 步骤六三；如果判断结果为否，执行步骤六二；
步骤六二、丢弃该信元，并结束该信元的存储过程；
步骤六三、将该信元保存在缓存储器的缓存队列中，等待被送往该信元对应的下行链路；
所述信头中的位置指示信息能够保证信元的可靠传输。
步骤二所述判断错误信元的方法是:通过信元载荷部分增加具有检错功能 的CRC实现。
本实施方式中大门限值附OxA可以设定为缓存容量的80。/o;小门限值脂'wA
可以设定为缓存容量的40%;加权系数w《为0.002; maxP为最大分组丢弃概 率为0.002。
本发明主要由两个部分组成， 一部分是错误分组早丢弃策略EPED，另一 部分是EPD结合RED方法。如图l所示各地面站和终端发送的各种业务信 元通过卫星信道上行链路送往卫星，经过前端处理后被送往星上缓存，星上缓 存控制器先对信元进行跨层检测，将由信道误码产生的错误信元识别出来，通 过EPED策略错误信元及其所在的无效分组丢弃掉，然后对有效信元进行缓存 管理，采用EPD结合RED方法。
参见图2说明EPED策略的工作流程，具体步骤如下
首先，EPED对到达星上交换机的信元进行检测，当根据信头中的位置指 示(指示该信元在HLPDU中的位置)检测到HLPDU的第一个信元，将此信元 放入预缓存，其后续信元也依次送入到预缓存中。
随后，再继续检测此HLPDU载荷中是否有错误信元，如果有错误比特的 信元，那么就根据信头中的位置指示，把错误信元以及之后到来的属于同一 HLPDU的信元丢弃，同时将预缓存中属于同一HLPDU的其他信元丢弃。如果 没有错误信元，则将预缓存中的HLPDU送入后续的缓存中。
在实际应用的角度中，EPED的实现需要以下几点的支持
一是星上交换机要能够检测出错误信元，这一点可通过对信元的载荷部 分增加检错功能如CRC(circular redundant code)来实现；
二是交换机要能识别每一个HLPDU的第一个信元，同时要能够区分信元 是否属于不同的HLPDU，目前常用AAL5(ATM adaptation layer type 5)来适配 数据业务，该类信元的信头中就有一个比特是用来标识该信元在HLPDU中的 位置(结束信元或非结束信元)；由于信元的信头不仅包
含位置指示信息还包含用于星上交换的连接序号，因此卫星ATM网络会对信 头进行重点保护。
EPD的主要思想为当交换机缓存中信元的排队长度达到某一门限后，新 到达的整个分组会被全部丢弃。并且，如果到达分组中某一信元由于缓存溢 出而被丢弃时，属于分组的后续信元均被丢弃。RED算法的主要思想是尽量 通过控制缓存的平均排队长度在较小的数值上，减小缓存的排队时延，在发 生拥塞时，根据各连接占用带宽的情况选择地丢弃分组。RED算法包括两个 部分计算平均排队长度的算法和计算分组丢弃概率的算法。计算平均排队 长度的算法确定了交换机的缓存中允许的突发长度.计算分组丢弃概率的算法 使交换机在相同的时间间隔内可较公平地丢弃到达的分组。EPD与RED相结 合，即当实际排队长度超过高门限mo^/2时，缓存控制器以EPD丢弃到达的 分组，即令EPD算法的门限值K-AwoxA。具体流程如下
当一个信元到达ATM交换机
if (这是该分组的第一个信元)
if (缓存的排队长度2 (f)大于给定门限m^A)丢弃该信元；
else接受该信元； else
计算平均排队长度avg (t) avg ") = (1.0—% ) *avg (f) +<微；
计算分组丢弃概率p6:' =i
以概率p6丢弃该信元； if (该信元丢弃)纖"/=0;
if (avg (/)〉附<3^/ ) 丢弃该信元；
else {
if (该分组中已被丢弃了信元)丢弃该信元； else
if (缓存的排队长度Q (t)等于缓存的大小B)丢弃该信元; else接受该信元；
权利要求
1、宽带多媒体卫星ATM系统的跨层星上缓存的信元存储方法，其特征是它由以下步骤实现步骤一、对到达星上的每个HLPDU组中的信元进行检测，根据信头的位置指示信息检测到HLPDU组的首信元，将所述首信元及同组的其它信元依此送入预缓存中；步骤二、逐一对预缓存中的每个HLPDU组中的信元进行跨层检测，当HLPDU组中包含错误信元时，则根据信头中的位置指示信息将所述错误信元及所述HLPDU组中的其它信元都丢弃；当HLPDU组中不包含错误信元时，则将所述HLPDU组送入缓存；每个信元存入缓存的过程为步骤三、判断该信元是否为该分组的首信元，如果判断结果为是，则执行步骤三一；如果为否，则执行步骤四；步骤三一、判断缓存中的排队长度Q(t)是否大于设定的大门限值maxth，如果判断结果为是，则执行步骤三一一；如果判断结果为否，则执行步骤三一一；步骤三一一、丢弃该信元，结束该信元的存储过程；步骤三一二、将该信元保存在缓存的缓存队列中；步骤四、判断该信元所在HLPDU组是否有信元被丢弃，如果判断结果为是，则执行步骤四一；如果判断结果为否，则执行步骤五；步骤四一、丢弃该信元，并结束该信元的存储过程；步骤五、根据公式avg(t)＝(1.0-ωq)*avg(t)+ωq*Q(t)计算平均排队长度avg(t)，并执行步骤六；所述ωq为加权系数；步骤六、比较所述平均排队长度avg(t)与小门限值和大门限值的大小，如果平均排队长度avg(t)大于或等于设定的小门限值并且小于或等于设定的大门限值，则执行步骤六一；如果平均排队长度avg(t)大于设定的大门限值，则执行步骤六二；如果平均排队长度avg(t)小于设定的小门限值，则执行步骤六三；步骤六一、根据下面的公式来计算分组丢弃概率pa；pa＝pc/(1-count*pc)式中count为自前一个被丢弃的分组开始，未被丢弃的分组数目；式中<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>pc</mi><mo>=</mo><mi>pb</mi><mo>*</mo><mi>packetlengthlast</mi><mo>[</mo><mi>i</mi><mo>]</mo><mo>/</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><mi>packetlengthlast</mi><mo>[</mo><mi>i</mi><mo>]</mo> </mrow>]]></math></maths>式中packetlengthlast[i]为前一个分组长度；式中maxp为最大分组丢弃概率；式中pb＝maxp*(avg(t)-minth)/(maxth-minth)通过服从均匀分布的随机数产生器随机产生一个在
区间的随机数N，并判断随机数N是否大于分组丢弃概率pa，如果判断结果为是，则执行步骤六三；如果判断结果为否，执行步骤六二；步骤六二、丢弃该信元，并结束该信元的存储过程；步骤六三、将该信元保存在缓存的缓存队列中；所述信头中的位置指示信息能够保证信元的可靠传输。
2、根据权利要求1所述的宽带多媒体卫星ATM系统的跨层星上缓存的信元存储方法，其特征在于步骤二所述判断错误信元的方法是通过信元载荷部分增加具有检错功能的CRC实现。
全文摘要
宽带多媒体卫星ATM系统的跨层星上缓存的信元存储方法，它涉及一种宽带多媒体卫星ATM系统的星上缓存管理方法。它解决现有的宽带多媒体卫星ATM系统的跨层缓存方法因保留有无效的HLPDU而导致缓存拥塞，以及时延较长的问题。其方法是对到达缓存的每个HLPDU组中的信元进行检测，丢弃错误信元及错误信元所在的HLPDU组；当每个HLPDU组到达缓存时，采用EPD与RED相结合的方法，对超出设定门限的HLPDU组作丢弃处理。本发明适用于宽带多媒体卫星ATM系统的跨层星上缓存管理过程。
文档编号H04L12/56GK101640633SQ200910072550
公开日2010年2月3日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者仲伟志, 肖丽萍, 庆 郭, 顾学迈 申请人:哈尔滨工业大学