一种流量整形方法及网络设备与流程

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种流量整形方法及网络设备。

背景技术：

在移动通信技术领域，基站设备部署于运营商核心网络之下，用于处理空中接口与网络之间报文的交换与转发。基站设备可通过流量整形，控制报文的交换与转发的速率。

令牌桶算法为现有技术中一种常用的流量整形方法，其采用定时定量转发策略来控制基站设备转发报文的速率。具体来说，基站设备以一定速率向令牌桶中增加令牌，基站设备转发数据包时会消耗令牌桶中的令牌，且消耗的令牌的数量与报文的数据量成正比。当待转发报文的数据量小于令牌桶中令牌的数量时，基站设备可正常向下游设备发送待转发报文，而当待转发报文的数据量大于令牌桶中令牌的数量时，则等待令牌桶中积累了足够多的令牌后，再将待转发报文发送给下游设备。然而，由于大部分报文的数据较大，当基站设备在短时间内接收到大量的报文时，会导致基站设备的缓存被待转发报文迅速占满，若待转发报文的数据量远大于令牌桶中令牌的最大容量，则可能会由于没有足够的令牌，而使得基站设备将部分报文丢弃，流量整形的效果较差，并因此影响数据传输性能。

综上，目前亟需要一种流量整形方法，用以有效提高基站流量整形的效果，提升数据传输性能。

技术实现要素：

本发明提供一种流量整形方法及网络设备，用于有效提高基站流量整形的效果，提升数据传输性能。

本发明实施例提供的一种流量整形方法，包括：

网络设备获取当前时间对应的设定时间段内的待处理报文；

所述网络设备确定所述待处理报文为第一类型TCP应答报文后，计算所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率；

所述网络设备确定所述当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值后，发送所述第一类型TCP应答报文。

可选地，所述方法还包括：

所述网络设备若确定所述当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率大于第一阈值，则将所述第一类型TCP应答报文设置为当前时间对应的设定时间段内的已处理报文。

可选地，所述方法还包括：

所述网络设备若确定所述待处理报文为TCP数据报文后，则发送所述TCP数据报文。

可选地，所述网络设备计算所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率，包括：

所述网络设备计算在当前时间对应的设定时间段内通过一个或多个第一类型TCP连接发送的第一类型TCP应答报文的应答号总跨度；

所述网络设备根据所述应答号总跨度和所述当前时间对应的设定时间段的长度，确定所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率。

可选地，所述第一类型TCP应答报文为上行TCP应答报文，所述第一类型TCP连接为下载TCP连接；或者，

所述第一类型报文为下行TCP应答报文，所述第一类型TCP连接为上传TCP连接。本发明实施例提供的一种网络设备，包括：

获取模块，用于获取当前时间对应的设定时间段内的待处理报文；

处理模块，用于确定所述待处理报文为第一类型TCP应答报文后，计算所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率；

发送模块，用于确定所述当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值后，发送所述第一类型TCP应答报文。

可选地，所述处理模块还用于：

若确定所述当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率大于第一阈值，则将所述第一类型TCP应答报文设置为当前时间对应的设定时间段内的已处理报文。

可选地，所述发送模块还用于：

若所述处理模块确定所述待处理报文为TCP数据报文后，发送所述TCP数据报文。

可选地，所述处理模块具体用于：

计算在当前时间对应的设定时间段内通过一个或多个第一类型TCP连接发送的第一类型TCP应答报文的应答号总跨度；

根据所述应答号总跨度和所述当前时间对应的设定时间段的长度，确定所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率。

可选地，所述第一类型TCP应答报文为上行TCP应答报文，所述第一类型TCP连接为下载TCP连接；或者，

所述第一类型报文为下行TCP应答报文，所述第一类型TCP连接为上传TCP连接。

本发明实施例中，网络设备通过获取当前时间对应的设定时间段内的待处理报文，确定待处理报文为第一类型TCP应答报文后，计算当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率，并在确定报文转发速率小于等于第一阈值后，发送第一类型TCP应答报文。由于网络设备在获取到待处理报文后，确定计算得到的当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值后，才发送第一类型TCP应答报文，从而调整下游设备响应接收到的应答报文而发送数据报文的速率，避免由于网络上突发流量过多而发生的网络拥堵的情况，因而，有效提高了网络设备的流量整形的效果，提升了数据传输性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例适用的系统架构图；

图2为本发明实施例中的一种流量整形方法所对应的流程示意图；

图3为本发明实施例中的计算报文转发速率的方法所对应的流程示意图；

图4为本发明实施例中的一种网络设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图对本发明实施例做进一步详细描述。

图1为本发明实施例适用的一种系统架构示意图，如图1所示，该系统架构中包括服务器101，网络设备102，一个或多个终端(如图1中的第一终端1031、第二终端1032、第三终端1033)，其中，服务器101通过运营商的核心网与网络设备102连接，网络设备102通过无线网络与其覆盖范围内的一个或多个终端连接。

本发明实施例中，服务器101与终端(例如：第一终端1031、第二终端1032、第三终端1033)可通过网络设备102的转发功能实现通信。其中，服务器101向终端发送报文的过程为下行通信过程，具体为，服务器将下行报文通过核心网发送给网络设备，网络设备接收到该报文后，进一步将下行报文转发给终端，在此过程中，服务器为上游设备，终端为下游设备；终端向服务器101发送报文的过程为上行通信过程，具体为，终端通过无线网络向为其提供无线信号服务的网络设备发送上行报文，网络设备接收到终端发送的上行报文后，将此上行报文转发给服务器101，在此过程中，终端为上游设备，服务器为下游设备。

下面具体说明在上行通信过程或下行通信过程中，网络设备的转发过程。

本发明实施例中，网络设备中可设置有用于存储报文的缓存单元，缓存单元中可存储多种类型的报文，例如，TCP数据报文和TCP应答报文。其中，TCP数据报文包括上游设备向下游设备发送的具体数据，TCP应答报文为下游设备接收到上游设备发送的TCP数据报文后向上游设备返回的，用于表示已收到该TCP数据报文的确认消息，每个TCP应答报文可对应一个应答号。TCP应答报文的应答号为对应的TCP数据报文的最后一个字节对应的序列号加1的数值，用于表示该应答号以前的数据已被接收。

由于不同类型的报文中包含的数据量不同，因而，网络设备的缓存单元中可存储的报文的数量由网络设备的缓存单元的容量和每个报文的数据量大小共同决定。

网络设备接收上游设备发送的报文后，判断网络设备中缓存单元的状态，若确定缓存未满，则缓存接收到的报文，以便于后续转发给对应的下游设备；若确定缓存已满，则可直接丢弃接收到的报文。具体来说，网络设备可监控经由自身透传的终端与服务器建立的一个或多个TCP连接(又可称为TCP线程)，包括其向下游设备转发接收到的报文的整个过程。

本发明实施例中，网络设备中的TCP连接包括上传TCP连接和下载TCP连接，其中，上传TCP连接用于发送上行TCP数据报文和下行TCP应答报文，下载TCP连接用于发送下行TCP数据报文和上行TCP应答报文。

本发明实施例中，网络设备可以是基站，基站是指一种部署在无线接入网用以提供无线通信功能的装置。例如在2G网络中提供基站功能的设备包括基地无线收发站(base transceiver station，BTS)和基站控制器(base station controller，BSC)，3G网络中提供基站功能的设备包括节点B(NodeB)和无线网络控制器(radio network controller，RNC)，在4G网络中提供基站功能的设备包括演进的节点B(evolved NodeB，eNB)，在5G网络中提供基站功能的设备包括新无线节点B(New Radio NodeB，gNB)，集中单元(Centralized Unit，CU)，分布式单元(Distributed Unit)和新无线控制器。

本发明实施例中，终端可以是各种类型的移动终端，例如，移动终端可以是移动电话、平板电脑、移动互联网设备(mobile Internet device，缩写：MID)、可穿戴设备等，又如，移动终端也可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动设备。

基于图1所示的系统架构，图2为本发明实施例提供的一种流量整形方法所对应的流程示意图，如图2所示，包括以下步骤201至步骤204：

步骤201：网络设备获取当前时间对应的设定时间段内的待处理报文；

步骤202：所述网络设备确定所述待处理报文为第一类型TCP应答报文后，计算所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率；

步骤203：所述网络设备确定所述当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值后，发送所述第一类型TCP应答报文；

由于网络设备在获取到待处理报文后，确定计算得到的当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值后，才发送第一类型TCP应答报文，从而间接调整了下游设备响应接收到的应答报文而发送数据报文的节奏，避免由于网络上突发流量过多而发生的网络拥堵的情况，因而，有效提高了网络设备的流量整形的效果，提升了移动数据接入网的数据传输性能。

本发明实施例中，可设置计时器，用于按照设定周期触发网络设备执行上述步骤201至步骤203，实现对缓存单元中存储的各个报文的处理。其中，设定周期的时间长度可由本领域技术人员根据实际情况具体设置，例如设置为1毫秒。

需要说明的是，上述步骤201至步骤203为网络设备对缓存单元中一个待处理报文的处理过程，本发明实施例中，由于缓存单元中可能会存储有一个或一个以上的待处理报文，因此，在一个设定周期内，网络设备可根据缓存单元中存储的该设定周期内的待处理报文的接收时间的先后顺序，循环执行上述步骤201至步骤203，从而对多个待处理报文进行处理。其中，一个设定周期内的待处理报文是指网络设备在该设定周期起始时间之前接收到的尚未处理的报文。

具体来说，步骤201和步骤202中，当前时间对应的设定时间段即为当前时间对应的设定周期，网络设备获取当前时间对应的设定时间段内的待处理报文后，可通过多种方式确定待处理报文的类型。考虑到TCP应答报文和TCP数据报文的数据量大小存在明显差异，即TCP应答报文的数据量较小，而TCP数据报文的数据量较大，因此，网络设备可根据待处理报文的数据量大小，判断待处理报文是TCP应答报文或TCP数据报文。

具体来说，网络设备若确定待处理报文的数据量较大，如100字节，则可确定待处理报文为TCP数据报文，此时，网络设备可直接根据TCP数据报文的地址信息，将TCP数据报文发送给下游设备。即，若TCP数据报文为上行TCP数据报文，则将该TCP数据报文发送给服务器；若TCP数据报文为下行数据报文，则将该TCP数据报文发送给终端。

网络设备若确定待处理报文的数据量较小，如1字节，则可确定待处理报文为TCP应答报文，则网络设备可计算在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率；进一步地，网络设备可根据TCP应答报文的地址信息，判断该TCP应答报文为上行TCP应答报文或下行TCP应答报文，若网络设备确定TCP应答报文为上行TCP应答报文，则网络设备计算的报文转发速率为上行报文转发速率，若网络设备确定TCP应答报文为下行TCP应答报文，则网络设备计算的报文转发速率为下行报文转发速率。

本发明实施例中，报文转发速率用于衡量网络设备的报文转发能力，以及预测网络设备在当前时间对应的设定周期内已转发的TCP应答报文成功到达下游设备后，下游设备在下一设定周期内向网络设备发送的报文的数量或速率。

进一步地，在步骤203中，网络设备若确定当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值，则将TCP应答报文发送给对应的下游设备，具体为：若TCP应答报文为终端发送给服务器的上行TCP应答报文，则网络设备将上行TCP应答报文发送给服务器；若TCP应答报文为服务器发送给终端的下行TCP应答报文，则网络设备将下行TCP应答报文发送给终端。

本发明实施例中，第一阈值可由本领域技术人员根据网络设备的传输带宽来设置，例如，第一阈值可等于网络设备的传输带宽，若为上行通信过程，则第一阈值为网络设备的下行传输带宽，若为下行通信过程，则第一阈值为网络设备的上行传输带宽。网络设备的上行传输带宽与下行传输带宽可以相等，也可以不相等，此处不做具体限制。

进一步地，网络设备将TCP应答报文发送给对应的下游设备后，可以以TCP连接为记录单位，以当前时间对应的设定时间段为时间单位，将发送TCP应答报文的应答号记录在已发应答号队列中。

下面对本发明实施例中报文转发速率的具体计算过程进行说明。

图3为网络设备计算应答报文转发速率的流程示意图，如图3所示，包括如下步骤301至步骤303：

步骤301：网络设备计算在当前时间对应的设定时间段内不同方向(上行和下行)上，通过每个TCP连接已发送的TCP应答报文的应答号跨度。

具体来说，针对于每个下载TCP连接，网络设备从应答号队列中获取到在当前时间对应的设定时间段内通过每个下载TCP连接已发送的上行TCP应答报文的应答号，例如，下载TCP连接A已发送的上行TCP应答报文的应答号分别为100，200，300，400，400，500，600，则该TCP连接A的上行应答号跨度为500，这意味着TCP连接A在当前时间对应的设定时间段内的转发可拉动该TCP连接未来数据流的速率为500字节/周期。

以此反推，针对于每个上传TCP连接，网络设备从应答号队列中获取到在当前时间对应的设定时间段内通过每个上传TCP连接已发送的下行TCP应答报文的应答号，例如，上传TCP连接B已发送的下行TCP应答报文的应答号分别为100，200，300，400，400，500，600，则该TCP连接B的下行应答号跨度为500，这意味着TCP连接B在当前时间对应的设定时间段内的转发可拉动该TCP连接未来数据流的速率为500字节/周期。

步骤302：网络设备计算在当前时间对应的设定时间段内不同方向(上行和下行)上，通过一个或多个TCP连接发送的TCP应答报文的应答号总跨度。

例如，若网络设备中包括2个下载TCP连接，TCP连接A的上行应答号跨度为500，TCP连接B的上行应答号跨度为700，则网络设备确定的上行应答号总跨度为1200。若网络设备中包括2个上传TCP连接，TCP连接C的下行应答号跨度为500，TCP连接D的下行应答号跨度为700，则网络设备确定的下行应答号总跨度为1200。

步骤303：网络设备将应答号总跨度除以设定时间段的长度(即计时器的设定周期)，得到所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内不同方向上的报文转发速率。

本发明实施例中，网络设备可直接将缓存单元中TCP数据报文直接转发给下游设备，而对缓存单元中的TCP应答报文的转发根据当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率进行控制，由于TCP应答报文的数据量通常远小于TCP数据报文，因而，可大幅减小网络设备对报文的缓存成本，以及网络设备在流量整形的过程中的控制粒度，提高流量整形的效果。

本发明实施例中，由于网络设备确定当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于网络设备相应地的传输带宽后，才将TCP应答报文转发给下游设备，从而可以保证下游设备在接收到网络设备在当前周期内转发的TCP应答报文后，因响应接收到的TCP应答报文而向网络设备发送的TCP数据报文的速率仍小于网络设备相应的传输带宽，进而规范了下游设备响应接收到的TCP应答报文而发送TCP数据报文的速率，使其符合网络设备在相应方向上的传输带宽，提高了网络设备的流量整形效果和抗突发能力。

网络设备若确定当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率大于第一阈值，则说明当前时间对应的报文转发速率已大于网络设备相应方向上的传输带宽，若将TCP应答报文发送给下游设备，则可能使得下游设备接收到该TCP应答报文后，因响应该报文而向上游设备发送的数据存在着超载而发生网络拥堵的可能。因此，网络设备可将该TCP报文继续存储在网络设备的缓存中，并在下一设定周期处理该TCP应答报文，从而避免流量拥堵，提高流量整形的效果。进一步地，网络设备还可将该TCP应答报文设置为当前时间对应的设定时间段内的已处理报文，以使网络设备在当前时间对应的设定时间段内不会重复处理该第一类型TCP应答报文。

针对上述方法流程，本发明实施例还提供一种网络设备，该网络设备的具体内容可以参照上述方法实施。如图4所示，所述网络设备400包括：

获取模块401，用于获取当前时间对应的设定时间段内的待处理报文；

处理模块402，用于确定所述待处理报文为第一类型TCP应答报文后，计算所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率；

发送模块403，用于确定所述当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值后，发送所述第一类型TCP应答报文。

可选地，所述处理模块402还用于：

若确定所述当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率大于第一阈值，则将所述第一类型TCP应答报文设置为当前时间对应的设定时间段内的已处理报文。

可选地，所述发送模块403还用于：

若所述处理模块确定所述待处理报文为TCP数据报文后，发送所述TCP数据报文。

可选地，所述处理模块402具体用于：

计算在当前时间对应的设定时间段内通过一个或多个第一类型TCP连接发送的第一类型TCP应答报文的应答号总跨度；

根据所述应答号总跨度和所述当前时间对应的设定时间段的长度，确定所述网络设备在当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率。

可选地，所述第一类型TCP应答报文为上行TCP应答报文，所述第一类型TCP连接为下载TCP连接；或者，

所述第一类型报文为下行TCP应答报文，所述第一类型TCP连接为上传TCP连接。

由上述内容可以看出：

本发明实施例中，网络设备通过获取当前时间对应的设定时间段内的待处理报文，确定待处理报文为第一类型TCP应答报文后，计算当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率，并在确定报文转发速率小于等于第一阈值后，发送第一类型TCP应答报文。由于网络设备在获取到待处理报文后，确定计算得到的当前时间对应的设定时间段内的报文转发速率小于等于第一阈值后，才发送第一类型TCP应答报文，从而间接调整了下游设备响应接收到的应答报文而发送数据报文的节奏，避免由于网络上突发流量过多而发生的网络拥堵的情况，因而，有效提高了网络设备的流量整形的效果，提升了移动数据接入网的数据传输性能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或两个以上其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或两个以上流程和/或方框图一个方框或两个以上方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或两个以上流程和/或方框图一个方框或两个以上方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或两个以上流程和/或方框图一个方框或两个以上方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。