申请/专利权人：广州南洋理工职业学院

申请日：2021-11-23

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN114095402B

主分类号：H04L43/0852

分类号：H04L43/0852;H04L43/50;H04L41/14;H04L41/142

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.12#授权;2022.03.15#实质审查的生效;2022.02.25#公开

摘要：本发明提出一种考虑信道质量的RAFT分布式系统传输时延分析方法，涉及分布式系统传输时延分析的技术领域，首先构建RAFT日志复制阶段的系统架构，以日志复制作为表征，确认数据包传输队列，建立数据包传输队列延时模型，计算传输队列中每个位置上的数据包传输到接收端所需要的到达时间，然后求解Leader接收队列的停机概率，从而确认日志复制阶段结束时间，计算日志复制阶段的系统平均响应时间及数据包在Leader的发送队列处排队时发生的延时等待时间，并基于信道质量概率变化，对其计算精度优化，以实现对信道质量与系统时延进行分析预测的目的，准确度高，以便构建实际的分布式系统，对仿真软件的设计也具有重要意义。

主权项：1.一种考虑信道质量的RAFT分布式系统传输时延分析方法，其特征在于，包括以下步骤:S1.引入交换机SW，构建RAFT日志复制阶段的系统架构，实现Leader与Follower之间数据包与应答包的传输；步骤S1所述构建的RAFT日志复制阶段的系统架构包括一个用户U、一个Leader节点L、一个交换机SW及n个Follower节点Fi，i＝0，1，2，…，k，…，n-1；所述n个Follower节点参与日志复制，交换机SW无内部传输时延，用户U与Leader节点L双向连接，Leader节点L与交换机SW双向连接，交换机SW与n个Follower节点中的每一个均双向连接，用户U与Leader节点L之间的数据包传输不受交换机SW与n个Follower节点中的每一个Follower节点之间数据包传输的影响；S2.确认RAFT日志复制阶段的数据包传输队列，建立RAFT日志复制阶段的数据包传输队列延时模型，计算传输队列中每个位置上的数据包传输到接收端所需要的到达时间；设Leader节点发送N个日志复制消息，信道质量用α表示，代表信道中消息丢失或错误的概率，设一次事务处理中共发送数据包的个数最多为A个，将A个数据包按发送顺序分割，其中[0，B-1]个包是第一个流水发送，表示第0级流水，[B，2B-1]个包是第二个流水发送，[C-1B，A]是第C级流水发送，第0级流水发送的响应时间为：TR0＝2δ+Tf+TQ最小传输时间表达式为：TMIN＝2δ+Tf若AN，则数据包需要跨轮传输，跨轮后一次仅发送αkN，k∈[1，D]个数据包，k是轮数，D是最多需要的传输轮次数，Leader节点的发送队列是先到先出的队列，把每轮失败的传输数据包加入发送队列，每轮队列长度为Rk，其中R1＝N，在计算精度为γ时，Rk的表达式为： 计算队列中每个位置的轮数，表达式为： 其中，ρ表示队列中的位置标号；每个位置上的轮次数为：RoundCountρ＝Roundρ+1-Roundρ+1重传数据包在Leader节点的发送队列处排队，产生延时等待时间TQ，形成RAFT日志复制阶段的数据包传输队列延时模型；传输队列中每个位置上的数据包传输到接收端所需要的到达时间的表达式为： S3.从Leader接收队列第一次接收到R个正确应答包的时刻出发，求解Leader接收队列的停机概率，从而确认RAFT日志复制阶段结束时间，R表示正确应答包个数下限；步骤S3中，若从Follower节点返回有R个应答包成功应答，Leader节点的日志复制成功，则Leader接收队列停机；将一次事务处理中共发送的A个数据包的接收队列排序为A′，对于接收队列A′上的每一个位置上，设事件为n时刻后已满足停机条件的事件集合，即n时刻后Leader节点收到R个以上成功应答包，为n时刻前，Leader收到v个成功应答包的事件集合，在命中概率为：λ＝1-α时，显然的概率服从二项分布设为[n，n+1]的时间区间Leader节点收到R个成功应答的事件集合，则： 的概率的表达式为： 其中，Qλ，n，R表示接收队列A′中n时刻恰好得到R个应答包成功应答而停机的概率，即RAFT日志复制阶段结束时间；S4.基于步骤S2所述的到达时间和步骤S3所述的Leader接收队列停机概率，计算RAFT日志复制阶段的系统平均响应时间；在计算精度大于γ时，A的长度Aλ，R，γ至少为： 在计算精度为γ的分布式系统中，RAFT日志复制阶段的系统平均响应时间的表达式为： 其中，TransDelayλ，R表示系统平均响应时间；kmin表示传输R个数据包需要的最小时间偏移；S5.初步计算数据包在Leader的发送队列处排队时发生的延时等待时间；S6.基于信道质量概率的连续变化，对数据包在Leader的发送队列处排队时发生的延时等待时间的计算精度进行优化；设在信道质量为α时，平均单个数据包的重传次数为RetransmitPackgeλ，R，平均排队时间与队列的长度成正比，则： 其中，TransDelayλ，R表示有数据包重传情况下，传输P+Q个数据包需要的时间，Q表示重传数据包的数量，P表示开始传输时没有受到排队影响的数据包数量；TransDelayMINλ，R表示P+Q次没有重传等待时的P+Q次传输的时间，为没有考虑TQ变化时计算出来的平均延时，表达式为： 其中， 表示相比于无重传数据包增加的情况下的传输时间变化的比；kmin+1+TMINδ表示没有排队时的队列长度；RetransmitPackgeλ，R表示由于重传队列增加导致排队等效的传输长度增加量，通过每个数据包在成功应答前需要重新传输的平均次数ReTransPackCountλ，R计算得出；每个数据包在成功应答前需要传输的平均次数: 其中，ReentryProbabilityλ，i表示在Leader接收队列中第i个位置，在命中概率为λ＝1-α的时候，数据包在传输队列中可能命中的概率，命中即不再传输，未命中则继续传输，表达式为： 则数据包在Leader的发送队列处排队时发生的延时等待时间的表达式为：

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