一种流量调度方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种流量调度方法和设备，该方法包括：获取每个结点的状态信息，得到每个结点的缓冲区队列长度和结点到最近网关的跳数；对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度；根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点，进行数据转发。本发明能够在保证缓解网络拥塞，最大化提升网络性能的基础上尽可能的保证时延的有效性，计算复杂度低且为分布式执行，能够很好地适应无线多跳网络的计算能力。
【专利说明】一种流量调度方法和设备【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，尤其涉及到一种流量调度方法和设备。
【背景技术】
[0002]智能配用电通信网是智能电网的重要组成部分，是智能电网高效、安全、可靠运营的关键。随着新能源的广泛使用和智能交互用电方式的提出，智能电网将是一个以用户为中心的高度灵活、高效率，易接入和可靠的系统。根据智能电网的结构，广大用户通过智能配用电通信网接入智能电网，接受智能电网相关业务的服务。这些业务需要完整而准确的用电数据，需要在智能配用电通信网中部署一个高效、可靠、安全的双向数据采集通信系统。
[0003]结合电力数据采集系统的现状、智能电网业务发展趋势以及相应的通信技术特点，采用无线多跳网络(mesh)采集智能电力数据是一个理想的选择。其不但能够在满足智能电网数据采集所需的带宽等传输能力的同时，兼顾灵活性、易接入、低成本、易于控制等特点，在长距离抗信号衰减方面具有优势，还能高度确保网络的自组织、自愈性和可靠性。同时，智能电网通信网所涉及的数据和服务关系到国计民生，保障数据的实时性、完整性和准确性具有重大的现实意义。因此在智能配用电通信网中研究基于无线多跳数据采集的流量调度方法，进一步确保数据采集网络性能，规避可能出现的数据突发、故障等情况导致的采集网络拥塞的风险，解决采集网络可能的通信瓶颈问题具有重要的研究价值，有利于智能电网业务的良好开展。
[0004]无线多跳数据米集为一个三层网络结构，分为HAN (heme area networks), NAN (neighborhoodarea networks)和WAN(wide area networks)。HAN负责用户家庭用电数据的采集,一般由集成无线通信能力的智能电表负责；NAN负责对一个区域的HAN数据进行汇聚采集，由本地存在的NAN网关负责；WAN负责一个大范围的居民区的多个NAN区域的数据到采集数据管理系统的远程采集传输。单个NAN内，距离NAN网关较近的结点容易发生拥塞，为了解决这个问题，现有技术中一般采用如下两种加权流量调度方法:1、通过对变电站节点负荷优化和配电线路历史流量信息分析，根据负荷X`距离加权的方法，对不同时期配电网络运行状况和流量分布图叠置求交分析，对配电线路进行优化；2、通过层次分析法从业务源节点到目的节点顺序建立多跳不同权重的路径，计算业务对于不同路径的权重，根据权重进行流量调度。
[0005]但是，以上两种现有的加权流量调度方法均无法满足网络流量调度的需求:第一种方法对于距离所代表的网络拓扑分析比较简单，本质上依然采用最短可达路径方法，负荷距离加权后的结果并不一定最优；而第二种方法优先选取权重最大的路径，拥塞时选择次要路径，容易在某些路径上造成较大的负荷压力，拥塞的可能性增加，其设计的流量负载并不是最均衡的，并且无法对抗网络拓扑本身造成的瓶颈问题。
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]本发明提供了一种流量调度方法和设备，以解决现有技术中的加权流量调度方法无法满足网络流量调度需求的问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供一种流量调度方法，包括:
[0010]获取每个结点的状态信息，得到每个结点的缓冲区队列长度和结点到最近网关的跳数；
[0011 ] 对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度；
[0012]根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点，进行数据转发。
[0013]进一步地，所述状态信息包括:
[0014]结点编号、缓冲区容量、缓冲区队列长度、结点到最近网关的跳数、最近的网关列表、邻居结点信息。
[0015]进一步地，所述对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度包括:
[0016]当所述邻居结点的缓冲区队列长度值小于其缓冲区容量时，对所述邻居结点的缓冲区队列长度进行如下加权处理:
[0017]对于每一个节点Ni,将该节点的邻居结点分为集合》/，IWf和ABf1，其中节点
Ni对应的最短路径跳数与集合/V和中的每一个元素对应的最短路径跳数之差为z，所述最短路径跳数表示一个节点到最近的网关的跳数；
[0018]对于集合iW;中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度G EiVB11;其中，
[0019]对于集合中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度:1J =Ij+ Ij ^ NBf ；
[0020]对于集合NB71中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度彳=Ij+ IJeNBi 1。
[0021]进一步地，所述根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点包括:
[0022]当所述结点到最近网关的跳数H(Ni) = I时，将最近网关作为所述结点的下一跳结点；
[0023]当所述结点到最近网关的跳数H(Ni)≥2时，选择加权缓冲区队列长度最小，并且小于设定阈值的邻居结点，作为所述结点对应的下一跳结点。
[0024]进一步地,所述方法还包括:
[0025]当结点对应的下一跳结点不存在时，所述结点发生数据丢包，记录丢包信息并发送重传命令。
[0026]另一方面，本发明还提供一种流量调度设备，包括:
[0027]信息获取单元，用于获取每个结点的状态信息，得到每个结点的缓冲区队列长度和结点到最近网关的跳数；
[0028]加权单元，用于对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度；
[0029]选择单元，用于根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点，进行数据转发。
[0030]进一步地，
[0031]所述信息获取单元用于获取每个结点的结点编号、缓冲区容量、缓冲区队列长度、结点到最近网关的跳数、最近的网关列表、邻居结点信息。
[0032]进一步地，所述加权单元用于:
[0033]当所述邻居结点的缓冲区队列长度值小于其缓冲区容量时，对所述邻居结点的缓冲区队列长度进行如下加权处理:
[0034]对于每一个节点Ni,将该节点的邻居结点分为集合，m0和1 ,其中节点
Ni对应的最短路径跳数与集合中的每一个元素对应的最短路径跳数之差为z，所述最短路径跳数表示一个节点到最近的网关的跳数；
[0035]对于集合_中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度i! = Ipj e JV次；其中，
[0036]对于集合中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度^ =1, + U' e NB；' ；
[0037]对于集合NBt 1中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度β
[0038]进一步地，所述选择单元还用于，当所述结点到最近网关的跳数H(Ni) = I时，将最近网关作为所述结点的下一跳结点；
[0039]当所述结点到最近网关的跳数H(Ni)≤2时，选择加权缓冲区队列长度最小，并且小于设定阈值的邻居结点，作为所述结点对应的下一跳结点。
[0040]进一步地,所述设备还包括:
[0041]丢包记录单元，与所述选择单元相连，用于当结点对应的下一跳结点不存在时，记录丢包信息并发送重传命令。
[0042](三)有益效果
[0043]可见，在本发明提供的一种流量调度方法和设备中，能够通过简单分类计算邻居结点的状态信息，来选择合适的下一跳数据转发结点。本发明实施例方法能够在保证缓解网络拥塞，最大化提升网络性能的基础上尽可能的保证时延的有效性，计算复杂度低且为分布式执行，能够很好地适应无线多跳网络的计算能力。【专利附图】
【附图说明】
[0044]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]图1为本发明实施例的流量调度方法基本流程示意图；
[0046]图2为本发明实施例提供的流量调度方法流程示意图；
[0047]图3为本发明实施例提供的下一跳结点选择流程示意图；
[0048]图4为本发明实施例提供的掉包率仿真结果示意图；
[0049]图5为本发明实施例提供的平均端到端时延仿真结果示意图；
[0050]图6为本发明实施例提供的流量调度设备基本结构示意图。
【具体实施方式】
[0051]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0052]本发明提供一种流量调度方法，参见图1，包括:
[0053]步骤101:获取每个结点的状态信息，得到每个结点的缓冲区队列长度和结点到最近网关的跳数。
[0054]步骤102:对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度。
[0055]步骤103:根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点，进行数据转发。
[0056]可见，在本发明实施例提供的一种流量调度方法中，能够通过简单分类计算邻居结点的状态信息，来选择合适的下一跳数据转发结点。本发明实施例方法能够在保证缓解网络拥塞，最大化提升网络性能的基础上尽可能的保证时延的有效性，计算复杂度低且为分布式执行，能够很好地适应无线多跳网络的计算能力。
[0057]优选地，状态信息可以包括:结点编号、缓冲区容量、缓冲区队列长度、结点到最近网关的跳数、最近的网关列表、邻居结点信息等。
[0058]优选地，对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度可以包括:当所述邻居结点的缓冲区队列长度值小于其缓冲区容量时，对所述邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理:
[0059]计网络中有η个结点,表示为Ni, i=l, 2，“.η ;存在G个网关,表示为Gffj, j=l, 2，…G，令Hc^Ni — Gffj)为结点Ni到任一网关GWj的最短路径的跳数，H(Ni)为结点Ni到最近网关的跳数，即 H(Ni) = minH0 (Ni — Gffj)；
[0060]令结点Ni的邻居结点集合为NBi,则Ni的H(Ni)与其邻居结点的"{Nfl的差值为集合{1，0，-1}中的一个，其中Af ，则NBi被分为三个集合:和皿广:
[0061]对于集合NB'中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度/丨=IjJeNBU
[0062]对于集合中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度f =.+U 6 NBf i
[0063]对于集合NBi'中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的
加权缓冲区队列长度I； = Ij + X j E NB:1 ?
[0064]优选地，根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点可以包括:
[0065]当所述结点到最近网关的跳数H(Ni) = I时，将最近网关作为所述结点的下一跳结点；[0066]当所述结点到最近网关的跳数H(Ni)≥2时，选择加权缓冲区队列长度最小，并且小于设定阈值的邻居结点，作为所述结点对应的下一跳结点。
[0067]优选地，方法还可以包括:当结点对应的下一跳结点不存在时，所述结点发生数据丢包，记录丢包信息并发送重传命令。
[0068]本发明实施例提供一种智能配用电通信网无线多跳系统中多网关联合的流量调度方法，在一个数据处理周期T内，加权队列流量调度方法会根据数据采集网络中所有结点的状态信息，选出当前结点合适的下一跳结点进行数据转发，达到平衡数据流量缓解拥塞的目的。图2详细说明了本发明实施例的具体实现过程:
[0069]步骤201:获取每个结点的状态信息。
[0070]计网络中有η个结点,表示为Ni, i=l, 2，“.η ;存在G个网关,表示为Gffj, j=l, 2，…G，令Hc^Ni — Gffj)为结点Ni到任一网关GWj的最短路径的跳数，H(Ni)为结点Ni到最近网关的跳数，即H(Ni) = minH0 (Ni — Gffj)。令结点Ni的邻居结点集合为NBi,则Ni的H(Ni)与
其邻居结点的//(Af )的差值必然为集合{1，0，-1}中的一个，其中W;h em,，则NBi可以被
分为三个集合:, NBf和NB?
[0071]本步骤中，首先初始化，并利用网络拓扑结构计算结点Ni的基本信息，并初始设置相关参数:node_info= {id, capacity, length, min_hops, nearest_gateways [], neighbour_set I [],neighbour_setO[], neighbour_set_l []，data_generation_rate, date_transmission_rate, data_reception_rate},其中 id 为结点编号 i, capacity 为结点缓冲区容量Ci, length为结点缓冲区队列长度Ii, min_hops为结点Ni到最近NAN网关的跳数H(Ni),nearest_gateways []为最近的NAN网关列表(因可能存在结点到多个NAN网关的
跳数相同且最小)，neighbour_setl []为集合NB)中结点列表，neighbour_setO []为集合
中结点列表,neighbour_set_l []为集合NB^1 中结点列表，data_generation_rate 为
结点数据包产生速率为λ j, date_transmission_rate为结点数据包发送率为μ data_reception_rate为单个数据处理周期内邻居结点们转发过来的数据量。
[0072]步骤202:更新结点的缓冲区队列长度。
[0073]本步骤中，将结点的缓冲区队列长度更新为最新，并按照一定的顺序遍历网络中的结点，在每一个数据处理周期T内确保所有结点均被遍历。
[0074]步骤203:获取结点到最近网关的跳数。
[0075]网络中结点依据min_hops值的不同划分为两类:当min_hops=l时，结点为距离NAN网关最近的结点，下一跳即为NAN网关，不需要把结点数据转发到其他结点中(此时假设NAN网关的数据处理能力远远大于同一时刻转发到NAN网关的数据量)，这种情况下可以直接将最近网关作为结点的下一跳结点，进行数据转发。
[0076]步骤204:对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度。
[0077]当min_hops>=2时，结点为需要调度的结点，结点的邻居结点均为数据处理能力和数据缓冲区容量有限的智能电表结点，需要结合邻居结点的当前状态信息进行计算，然后调度当前结点的数据到合适的下一跳结点中去。
[0078]由于结点的可能下一跳由其邻居结点的缓冲区加权队列长度值决定，对于结点Ni来说，它的数据下一跳选择通过和#凡4中的结点转发，则数据传输的跳数将立刻比通
过JW11中的结点转发分别多I和2跳，则相应的邻居结点的缓冲区加权队列长度计算如下:
[0079]
【权利要求】
1.一种流量调度方法，其特征在于，包括: 获取每个结点的状态信息，得到每个结点的缓冲区队列长度和结点到最近网关的跳数； 对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度； 根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点，进行数据转发。
2.根据权利要求1所述的流量调度方法，其特征在于，所述状态信息包括: 结点编号、缓冲区容量、缓冲区队列长度、结点到最近网关的跳数、最近的网关列表、邻居结点信息。
3.根据权利要求2所述的流量调度方法，其特征在于，所述对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度包括: 当所述邻居结点的缓冲区队列长度值小于其缓冲区容量时，对所述邻居结点的缓冲区队列长度进行如下加权处理: 对于每一个节点Ni,将该节点的邻居结点分为集合Mg , 和NB;1，其中节点Ni对应的最短路径跳数与集合中的每一个元素对应的最短路径跳数之差为z，所述最短路径跳数表示一个节点到最近的网关的跳数； 对于集合JV?)中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度(二/^e.；;其中， 对于集合AWf中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度d+U'E AWf; 对于集合Λ?广中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度^e NBi 1 β
4.根据权利要求3所述的流量调度方法，其特征在于，所述根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点包括: 当所述结点到最近网关的跳数H(Ni) = I时，将最近网关作为所述结点的下一跳结点；当所述结点到最近网关的跳数H(Ni) ^ 2时，选择加权缓冲区队列长度最小，并且将小于设定阈值的邻居结点，作为所述结点对应的下一跳结点。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流量调度方法，其特征在于，所述方法还包括: 当结点对应的下一跳结点不存在时，所述结点发生数据丢包，记录丢包信息并发送重`传命令。
6.一种流量调度设备，其特征在于，包括: 信息获取单元，用于获取每个结点的状态信息，得到每个结点的缓冲区队列长度和结点到最近网关的跳数； 加权单元，用于对每个结点的邻居结点的缓冲区队列长度进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度； 选择单元，用于根据所述结点到最近网关的跳数及所述邻居结点的加权缓冲区队列长度选择每个结点对应的下一跳结点，进行数据转发。
7.根据权利要求6所述的流量调度设备，其特征在于， 所述信息获取单元用于获取每个结点的结点编号、缓冲区容量、缓冲区队列长度、结点到最近网关的跳数、最近的网关列表、邻居结点信息。
8.根据权利要求7所述的流量调度设备，其特征在于，所述加权单元用于， 当所述邻居结点的缓冲区队列长度值小于其缓冲区容量时，对所述邻居结点的缓冲区队列长度进行如下加权处理: 对于每一个节点Ni,将该节点的邻居结点分为集合Λ/次，NBf:和NBi4，其中节点Ni对应的最短路径跳数与集合M?/中的每一个元素对应的最短路径跳数之差为z，所述最短路径跳数表示一个节点到最近的网关的跳数；对于集合Λβ,1中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度公式为 对于集合.Wi,':'中邻居结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度公式为:,7 = ( +1，j.e; 对于集合Λ?,:坤邻居 结点的缓冲区队列长度L进行加权处理，得到邻居结点的加权缓冲区队列长度公式为:I].=lj + 2,j e NBi 1 ?
9.根据权利要求8所述的流量调度设备，其特征在于，所述选择单元还用于: 当所述结点到最近网关的跳数H(Ni) = I时，将最近网关作为所述结点的下一跳结点；当所述结点到最近网关的跳数H(Ni) ^ 2时，选择加权缓冲区队列长度最小，并且小于设定阈值的邻居结点，作为所述结点对应的下一跳结点。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的流量调度设备，其特征在于，所述设备还包括: 丢包记录单元，与所述选择单元相连，用于当结点对应的下一跳结点不存在时，记录丢包信息并发送重传命令。
【文档编号】H04L12/721GK103825840SQ201410075238
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】熊翱, 亓峰, 邵苏杰, 郭少勇, 李财云, 邱雪松 申请人:北京邮电大学