頻寬分配

頻寬分配就是對網路流量傳送進行合理的分配，以保證在有限的頻寬內實時業務的正常傳輸，不至於因為業務量太大而出現網路阻塞現象，使視頻出現馬賽克或音頻出現間斷等現象。

基本介紹

• 中文名：頻寬分配
• 外文名：bandwidth allocation
• 拼音：daì kūan fēn peì
• 定義：對網路流量傳送進行合理的分配
• 作用：保證有限頻寬內實時業務的傳輸
• 套用學科：網路和接口

定義

三網融合是廣電發展的趨勢，也是電視技術的熱點問題。隨著世界經濟從工業經濟向知識經濟的發展，知識經濟的信息化和全球化特點也越來越顯著，因此就必須依靠通信網路。當前的通信網路主要包括電信網路、電視網路和計算機網路。這三種網路各有特點，並且承載的業務側重點不同。電信網路的主要業務是電話．由於呼叫成本基於時間和距離，通信資源的利用率很低；電視網路基本上是單向的傳送電視節目；計算機網路的主要業務是傳送數據業務，採用了分組交換方式和面向無連線的通信協定。

三網融合後，各用戶之間，各種業務之間，都存在一定的競爭關係。因此，在上行方向，如果不進行管理和控制，就會出現衝突，導致用戶之間和業務傳輸之間產生很大能延時，且存在數據丟失，頻寬利用率也很低，使業務傳輸得不到確實的保證。因此，需要頻寬分配技術對網路流量傳送進行合理的分配。

進行頻寬分配是為了在有限的頻寬內保證實時業務的傳輸，不至於因為業務量太大而出現網路阻塞現象，使視頻出現馬賽克或音頻出現間斷等現象。但是，當網路頻寬富餘時可以傳輸其他業務，當網路頻寬不足時要傳輸其他業務，也可以採用降低視頻業務的碼率(視頻業務的碼率較高，是網路傳送的主要業務，占用絕大部分的網路頻寬)的辦法。

在乙太網無源光網路系統中，主要採用靜態和動態的方法來調度頻寬的分配。其中靜態頻寬分斷算法，是給光網路單元分配固定的傳輸時隙，未考慮到網路流量的突發性，頻寬的利用率很佴的情況。因此，動態頻寬分配算法的研究，是乙太網無源光網路系統的關鍵問題之一，即三網融合後各種用戶及各業務之間如何公平地解決競爭關係的關鍵問題。

綜上所述，三網間的有效融合必須依靠強勁的技術支撐。並且，融合後還應該解決才同用戶、不同業務的有效接入，以保證用戶業務數據能有序、高效地進行傳輸，以及能100%地利用授權給它頻寬，且通過限制連續時間內高優先權業務的服務次數，來保證低優先的服務質量，從而在公平性上有了一定的提高。

分配方法

靜態頻寬分配

靜態頻寬分配(SBA，Static Bandwidth Allocation)方案在無源光網路系統中發展得很成熟，它是一種時隙長度固定的頻寬分配方式。光線路終端把上行信道劃分為若干固定長度的時隙，預先分配給各個光網路單元而不考慮它們的需求差別。在這種接入方式中，光網路單元不需要傳送REPORT幀，光線路終端也不需要經過複雜的計算就可直接分配頻寬，因而接入速度比較快，有一定的可取之處。

靜態頻寬分配方案忽略光網路單元的實際需要。勢必造成相對數量頻寬的閒置與浪費，當光網路單元重負荷時，這種浪費不會太大，隨著光網路單元負荷的逐步減輕，閒置頻寬將明顯加大。

動態頻寬分配

2002年2月，G．Kramer提出了IPACT(Interleaved Pollingwith Adaptire Circle Time)機制，它是一種基於幀結構的頻寬分配方式，也是最早形式的動態頻寬分配算法。IPACT讓光線路終端採用polling方式，通過GATE訊息對各光網路單元依次進行輪詢，光網路單元則在傳輸的有效數據流內攜帶REPORT訊息，以申請後續頻寬。光線路終端根據各個光網路單元大小不一的頻寬請求信息，相應地將整個Cycle劃分為若干不等長時隙，並按照限定最大傳輸窗(MTW)的分配方案分別對每個光網路單元進行授權，實現頻寬的統計復用，從而提高整個上行信道利用率。

理想頻寬分配

擁塞控制算法的目標是避免擁塞，即為使用的網路傳輸層找到一種好的頻寬分配方法。一個良好的頻寬分配方法能帶來良好的效能，因為它能利用所有的可用頻寬卻能避免擁塞，而且它對整個競爭的傳輸實體是公平的，並能快速跟蹤流量需求的變化。

由此可見，理想的頻寬分配算法必須滿足以下三個條件：

網路的利用效率最大化

為整個傳輸實體有效分配頻寬應該利用所有可用的網路容量。假設存在一條100 Mbit/s的鏈路．有5個傳輸實體共同使用這條鏈路，理論上每個實體獲得20 Mbit/s，但實際上，要想獲得良好的性能，它們獲得的頻寬應該小於20 Mbit/s。原因是流量通常呈現突發性。

右圖描述了隨著負載的增加，網路吞吐量的變化情況，以及隨著負載的增加，網路延時的變化情況。由右圖可以看出，實際吞吐量和延時的最佳平衡點在擁塞開始出現時，也即延時開始迅速攀升的那一個點，而這個點恰好低於網路容量。為了標識它，Kleinrock提出了功率的度量，即功率=負載/延時。功率最初將隨著負載的上升而上升，延時仍然很小並且基本保持不變；但隨著延時快速增長，功率將達到最大。然後開始下降。達到最大功率時，也就是實際吞吐量和延時到達最佳平衡點。

多個傳輸實體在頻寬競爭中的公平性

公平性涉及在多個傳輸實體之間劃分頻寬的問題。通常情況下，網路無法為每個數據流或連線執行嚴格的頻寬預留，而是讓眾多連線去競爭可用頻寬，或將網路合併在一起共同分配頻寬。例如，IETF的區分服務就將流量分成兩類，每個類中的連線競爭頻寬的使用。IP路由器通常讓所有的連線競爭相同的頻寬。在這種情況下，正是擁塞控制機制來為競爭的各個連線分配頻寬。

公平的頻寬分配一般採用由Jaffe提出的最大一最小公平策略(max—min fairness)，它的思想是：如果分配給一個數據流的頻寬在不減少分配給另一個數據流頻寬的前提下無法得到進一步增長，那么就不給這個數據流更多的頻寬。也就是說，不能在損害其他數據流頻寬的前提下增加一個數據流的頻寬。

最大最小公平算法思想是：所有的數據流從速率零開始，然後緩慢增加速率。當任何一個數據流的速率遇到瓶頸，就停止該數據流的速率增加；所有其他的數據流繼續增加各自的速率，平等共享可用容量，直到它們也達到各自的瓶頸。

最大最小公平策略可以防止任何數據流被“餓死”，同時在一定程度上儘可能增加每個數據流的速率。因此，最大一最小公平被認為是一種很好權衡有效性和公平性的自由分配策略。

在保證上述兩個條件下算法能快速收斂

最後一個條件是擁塞控制算法能否快速收斂到公平而有效的頻寬分配上。實際網路中的連線是動態增加和減少的，而且一個給定連線所需要的頻寬也會隨時間而變化，例如，一個用戶在瀏覽網貞的過程中可能偶爾也會下載大的視頻。

由於需求的變化，網路的最佳平衡點也隨著時間推移而改變著。一個良好的擁塞控制算法，應能快速收斂到最佳平衡點，並跟蹤隨時變化的操作點。如果收斂速度太慢，則算法永遠無法接近已經改變的平衡點；如果算法不穩定，它也可能在某些情況下無法收斂到正確的平衡點，或者甚至圍繞著正確的平衡點振盪。