CN101060471B - 令牌资源流控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种令牌资源流控方法，包括以下步骤：a、设定令牌资源分配速度和令牌资源占用时长的阈值；以及b、根据所述设定对令牌资源申请速度和平均占用时长进行监控而实现流控。本发明具有以下有益的效果：(1)可以避免因为令牌类资源耗尽而造成的***业务异常；(2)在流量控制中兼顾信道速率，不会造成由于突发的大量业务拒绝消息而造成信道拥塞；(3)在令牌资源强制释放时尽量拖延释放时机，以避免因资源过早释放而造成的业务损耗。

Description

令牌资源流控方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种令牌资源流控方法。

背景技术

满足以下条件的资源即可称为令牌资源：

a.由一个***分发，供其他***使用，在使用完成后归还给分发***；

b.数量有限；

c.可重复使用；

d.单个资源不能一个时间被多个***使用；

令牌资源就如同一个公司的流动资金，有机体中的血液。此类资源的另一个共同特点就是正常情况下是周转循环的，而在异常情况下如果出现周转循环异常，则会影响整个***的业务。

此类资源在通信网络中使用较多，比如GSM网络中的漫游号码MSRN，切换号码HON，CDMA网络中的临时位置号码TLDN等，都属于此类资源。

漫游号码MSRN是应用于GSM网络中，用于解决移动被叫用户呼叫寻址的临时号码。TLDN是与MSRN类似的，用于CDMA网络中用于解决移动被叫用户呼叫寻址的临时号码。漫游号码是由问询网络interrogation network向归属网络home network请求被叫位置时，由拜访网络visit network分配的临时号码，用于完成从问询网络向拜访网络寻址。

漫游号码完全符合令牌资源的条件：

a.漫游号码资源是由运营商在网络规划初期划分的，其号码个数是固定的；

b.其生命周期分为分配/使用/释放三部分；

c.漫游号码是由VLR分配，由GMSC使用，最后由分配它的VLR释放；

d.一个漫游号码一次只能用来接续一个呼叫。

漫游号码的使用流程如图1所示：

1、呼叫入局到GSMC；

2、GMSC向HLR申请被叫路由信息；

3、HLR向VMSC请求MSRN/TLDN；

4、VMSC向VLR请求MSRN/TLDN；

5、VLR分配并返回MSRN/TLDN；

6、VMSC向HLR返回MSRN/TLDN；

7、HLR向GMSC返回MSRN/TLDN；

8、GMSC依据MSRN/TLDN寻址到拜访网络的VMSC；

9、拜访网络释放分配的MSRN/TLDN并完成接续。

3GPP引入的由GMSC发给VMSC的释放漫游号码消息，该方案是由GMSC发送ReleaseMSRN消息给VMSC，用于释放漫游号码。

该方案依赖于由GMSC检测到的漫游号码资源不能正常释放。比如在GMSC发生基于智能业务的呼叫改向。一旦呼叫已经依据漫游号码开始寻址，GMSC将无法判断漫游号码是否需要释放。

同时，该技术依赖于GMSC和VMSC之间的连接正常，在连接异常情况下，无法使用该方案释放漫游号码。

此外，还可使用定时器的方法，在定时器超时时强行释放MSRN/TLDN。

这种方式是VLR进行自我保护的一种方案，这种方案在分配每一个MSRN/TLDN时会为该号码启动一个定时器，等到定时器超时时如果还没有正常释放MSRN/TLDN，则强行释放。

然而，这种方法由于没有控制分配MSRN/TLDN的速度，即没有控制令牌分发的速度，所以在申请量比较大的情况下，如果出现MSRN/TLDN资源无法正常释放的情况，MSRN/TLDN的分配情况会是随时间变化的周期性的峰值和谷值交替的方波形状，无法保证整个***的正常运作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的不足，提供一种令牌资源流控方法，以控制令牌资源的分配速度、令牌资源的释放速度，保证令牌资源分配拒绝时对周边***的影响尽量小并保证令牌资源释放时机尽量迟后。

为解决上述技术问题，本发明提供一种令牌资源流控方法，包括以下步骤：

a1.设定阈值V1＝Vmax*t和V2＝Vdelay*t，其中t为循环定时器的周期，V为所述周期分配的令牌资源个数，Vmax为令牌资源申请速度急剧增大情况下的分配速度上限，Vdelay为令牌资源占用时长增加情况下的分配速度上限；以及

b.根据所述设定对令牌资源申请速度和平均占用时长进行监控而实现流控，其进一步包括步骤：

b1.每次分配令牌资源时，如果V＜＝V2，则分配资源；如果V＞V1，则拒绝分配；如果V2＜V＜＝V1，则检查资源平均占用时长；以及

b2.如果资源平均占用时长小于Tnorm，则分配资源，Tnorm为资源占用时长的上限；否则，拒绝分配。

进一步地，每次分配成功时，V增加1。

进一步地，每次循环定时器超时时，V清0。

进一步地，所述步骤b中在每次分配令牌资源时，进一步包括步骤：

c1.为该令牌资源启动一个定时器，时长为Tmax；

c2.当令牌资源正常释放时，停止该时长为Tmax的定时器；以及

c3.当该时长为Tmax的定时器超时时，强行释放该令牌资源。

进一步地，所述步骤b中当资源请求被拒绝时，进一步包括步骤：

d1.建立存放被拒绝的请求的队列，对该队列设定一个很短的定时器，并将所有被拒绝的请求均放入该队列的队尾；以及

d2.每次该很短的定时器超时时，从该队列的首端取出一个或多个请求，依据该请求发送拒绝消息给申请者。

进一步地，从队列中取出的请求个数等于队列的长度/每个请求允许延迟的最长等待时间，计算值如有小数则向上取整。

进一步地，所述步骤c3中当强行释放部分资源时，进一步包括步骤：

e1.建立存放需要强制释放的资源的队列，为该队列设定一个循环定时器，每次有资源需要强制释放时，将其排在队尾；以及

e2.每次该循环定时器超时时，从队列头部取出一个或多个资源，强行释放，取出的资源释放个数取决于剩余空闲资源的量。

进一步地，资源强制释放后，空闲资源足够供下一个周期分配。

本发明具有以下有益的效果：

(1)可以避免因为令牌类资源耗尽而造成的***业务异常；

(2)在流量控制中兼顾信道速率，不会造成由于突发的大量业务拒绝消息而造成信道拥塞；

(3)在令牌资源强制释放时尽量拖延释放时机，以避免因资源过早释放而造成的业务损耗。

附图说明

图1是漫游号码的使用流程图。

图2是本发明令牌资源流控方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

令牌资源的个数是有限的，我们将令牌资源的总数看作常量C。

从单个资源的角度看，令牌资源的生命周期是由分配，使用，释放三部分构成的。

从全部令牌资源使用的角度看，令牌资源的分配速度，释放速度都可以看作是时间t的函数。

我们将令牌资源的分配速度的函数表示为Valloc(t)

将令牌资源的释放速度的函数表示为Vrel(t)

则某一时刻，令牌资源占用的量与时间的函数O(t)为：

O(t)＝∫Valloc(t)-∫Vrel(t)

由于受到总量C的限制，则无论如何令牌资源占用量O(t)不可能大于C。同时，如果令牌资源的生命周期长度为固定值l，则有：

Vrel(t)＝Valloc(t-l)

即某时刻释放资源的速度，必然等于l时长以前分配资源的速度。简单的说，释放函数Vrel(t)是分配函数Valloc(t)的延迟，延迟时间为l。

在实际的情况下，令牌资源的生命周期是长短不等的，但是从统计的角度讲，如果将l认为是生命周期的平均值，即令牌资源平均占用时长，则上面的公式仍然是成立的。

当***处于稳态平衡时，O(t)是一个恒定值。此时必然存在Vrel(t)＝Valloc(t)＝恒量v，这样令牌资源占用量O(t)的其值为：

$O\left(t\right)=\underset{t=0}{\overset{l}{\∫}}\mathrm{Valloc}\left(t\right)=v*1$

当v值变化时，令牌资源占用量O(t)的值也会变化，但是最终仍然会稳定在V*l的水平。

所以，只要令牌资源占用量O(t)＝v*l＜＝C，则令牌资源分配是可以持续进行的。这种情况下，***是平衡的。

令牌资源在正常使用情况下，由于遵循上面的平衡，所以资源是可以循环利用的。但是当出现异常时，会出现暂时或永远分配不到令牌资源的情况。在通信网络中就会出现漫游号码资源分配不到的情况。

令牌资源使用异常的原因在于：(1)突发的大量的申请；(2)大量的延迟释放导致的剩余资源不足。

第(1)种情况主要出现于***整体负荷急剧增加的情况下。由于突发的大量的流量，或由于流控机制导致的流量累积，使得这种情况下的申请速度急剧增大。表现在数学模型上，是v值的迅速上升。

第(2)种情况主要出现于整个***异常，在令牌资源使用的过程中发生异常的流程中断，使得令牌资源无法正常释放。表现在数学模型上，是l值的增加。

引入流控机制就是为了解决上面的两个问题。

对于第(1)种情况，我们可以设定一个分配速度上限Vmax，当分配速度达到或超过这个值时，停止分配资源，直到平均速度低于该值。由于资源总量C是一定的，此时的平均资源占用时长上限表示为Lnorm，则有：

Vmax*Lnorm＝C

对于第(2)种情况，我们可以设定一个占用时长上限Lmax，当资源占用时长达到或超过这个值时，强制释放资源。由于资源总量C是一定的，此时的分配速度上限表示为Vdelay，则有：

Vdelay*Lmax＝C

令牌资源在以上两种情况下，会出现***业务临时或永久中断的问题。为了避免令牌资源耗尽，并尽量维持***正常业务流量，避免业务临时或永久中断的方法均称为令牌资源流控方法。

令牌资源流控的方法都必须保证：有限制令牌资源分配速度的方法；或有强行释放令牌资源的方法。除此之外，还需要具有：令牌资源申请拒绝策略；令牌资源强制释放策略。

对于突发的大量的申请情况，我们需要限制令牌资源分发的速度。实现此目的的方法，就称为限制令牌资源分配速度的方法。

限制令牌分发速度的方法必须保证能够将令牌分配的速度限制在一个指定的范围内，使得令牌资源分发速度和令牌资源回收的速度相当，以保证令牌资源的正常循环使用。

请参照图2所示，本专利提供的方法如下：

设定循环定时器，周期为t；

设本周期分配的个数为V；

每次定时器超时时，V清0；

设定阈值V1＝Vmax*t和V2＝Vdelay*t，用于限制漫游号码分配的量；

每次分配令牌资源时，

如果V＜＝V2，则分配资源；

如果V2＜V＜＝V1，则检查资源平均占用时长。

如果资源平均占用时长小于Tnorm，则分配资源；

否则，拒绝分配；

如果本周期分配的个数＞V1，则拒绝分配；

每次分配成功时，V增加1。

该方法既可以保证在正常情况下尽可能多的分配资源，又可以保证在资源占用时间增加的情况下业务流量的平稳运行。

对于大量的延迟释放导致的剩余令牌资源不足情况，我们需要限制一个阈值，当资源占用时长到达阈值时，则需要强制释放部分令牌资源，以保证后续的令牌资源分配。这个过程使用的方法就称为强行释放令牌资源的方法。

强行释放令牌资源的方法需要保证剩余的空闲令牌资源能够足够下一个令牌资源分发周期的正常分发。

本专利提供的方法如下：

在分发每一个令牌资源时，为该令牌资源启动一个定时器，时长为Tmax；

当令牌资源正常释放时，停止该定时器；

当该定时器超时时，强行释放该令牌资源。

在具体的软件实现上，只要能够实现对于申请速度和平均占用时长的监控，并依据设定的速度和占用时长阈值进行流控即可。所有应用上述数学模型作为算法思路的均属于本专利的保护范畴。

对于大量的延迟释放导致的剩余资源不足情况下(即上面描述的第(2)种情况)的分配策略：

在每次分配令牌资源时，为该令牌资源启动定时器，时长为Tmax；

在定时器超时前，如果收到释放资源的指示时，释放分配的资源，并停止定时器；

当定时器超时时，立即释放分配的令牌资源。

当令牌资源申请量过大时，依据资源流控方法，将会拒绝部分资源请求。对于被拒绝的资源请求的处理称为申请拒绝策略。所有的申请拒绝策略都必须保证不会造成其他资源(包括但不限于：内存、状态机、电路等)部分或全部无法重复使用。所有符合要求的拒绝策略均在本专利保护范围。

本发明提供的策略如下：

建立一个队列，用于存放被拒绝的请求；

对该队列设定一个很短的定时器；

所有被拒绝的请求均放入该队列的队尾；

每次定时器超时时，从该队列的首端取出一个或多个请求，依据该请求发送拒绝消息给申请者。从队列中取出的请求个数等于队列的长度/每个请求允许延迟的最长等待时间，计算值如有小数则需要向上取整。

通过该策略可以保证不丢弃申请，并在申请允许延迟的最长等待时间内返回拒绝消息。并且拒绝消息的发送速度是均匀的，不会出现因为突发的大量拒绝造成链路负荷的上升。

当依据资源流控算法需要强行释放部分资源时，会强制释放一部分资源。强制释放资源的策略就是资源强制释放策略。所有的资源强制释放策略都必须保证强制释放后的资源可以重复使用，并且本资源强制释放不会造成周边其他资源(包括但不限于：内存、状态机、电路等)部分或全部无法重复使用。所有符合该要求的资源强制释放策略均在本专利保护范围。

本发明建议的资源强制释放策略如下：

建立一个队列，用于存放需要强制释放的资源；

为该队列设定一个循环定时器；

每次有资源需要强制释放时，则排在队尾；

每次定时器超时时，从队列头部取出一个或多个资源，强行释放。取出的资源释放个数取决于剩余空闲资源的量。

资源强制释放后需要保证空闲资源足够下一个周期分配资源即可。

这样可以尽量的拖延资源释放的时间，以避免因为资源释放太早而造成的业务损耗。

Claims (8)

1.一种令牌资源流控方法，包括以下步骤：

a1.设定阈值V1＝Vmax*t和V2＝Vdelay*t，其中t为循环定时器的周期，V为所述周期分配的令牌资源个数，Vmax为令牌资源申请速度急剧增大情况下的分配速度上限，Vdelay为令牌资源占用时长增加情况下的分配速度上限；以及

b.根据所述设定对令牌资源申请速度和平均占用时长进行监控而实现流控，其进一步包括步骤：

b1.每次分配令牌资源时，如果V＜＝V2，则分配资源；如果V＞V1，则拒绝分配；如果V2＜V＜＝V1，则检查资源平均占用时长；以及

b2.如果资源平均占用时长小于Tnorm，则分配资源，Tnorm为资源占用时长的上限；否则，拒绝分配。

2.根据权利要求1所述的令牌资源流控方法，其特征在于：每次分配成功时，V增加1。

3.根据权利要求1所述的令牌资源流控方法，其特征在于：每次循环定时器超时时，V清0。

4.根据权利要求1所述的令牌资源流控方法，其特征在于：所述步骤b中在每次分配令牌资源时，进一步包括步骤：

c1.为该令牌资源启动一个定时器，时长为Tmax；

c2.当令牌资源正常释放时，停止该时长为Tmax的定时器；以及

c3.当该时长为Tmax的定时器超时时，强行释放该令牌资源。

5.根据权利要求1所述的令牌资源流控方法，其特征在于：所述步骤b中当资源请求被拒绝时，进一步包括步骤：

d1.建立存放被拒绝的请求的队列，对该队列设定一个很短的定时器，并将所有被拒绝的请求均放入该队列的队尾；以及

d2.每次该很短的定时器超时时，从该队列的首端取出一个或多个请求，依据该请求发送拒绝消息给申请者。

6.根据权利要求5所述的令牌资源流控方法，其特征在于：从队列中取出的请求个数等于队列的长度/每个请求允许延迟的最长等待时间，计算值如有小数则向上取整。

7.根据权利要求4所述的令牌资源流控方法，其特征在于：所述步骤c3中当强行释放部分资源时，进一步包括步骤：

e1.建立存放需要强制释放的资源的队列，为该队列设定一个循环定时器，每次有资源需要强制释放时，将其排在队尾；以及

e2.每次该循环定时器超时时，从队列头部取出一个或多个资源，强行释放，取出的资源释放个数取决于剩余空闲资源的量。

8.根据权利要求7所述的令牌资源流控方法，其特征在于：资源强制释放后，空闲资源足够供下一个周期分配。

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