基于令牌桶算法的公眾號小程序訪問流量控制模型

王文強，任 凱，李曙軍，杜冠男

（1.國網河北省電力有限公司，河北石家莊 050000；2.國網河北省電力有限公司培訓中心，河北石家莊 050000）

令牌桶算法是實現速率限制與網絡流量整形的常用處理政策，可用來控制主機發送到網絡上的傳輸信息數量級水平，一般情況下，可允許突發數據發送行為的同時存在[1]。在流量網絡中傳輸數據時，為防止信息擁塞行為的出現，需要對流出網絡的流量數據進行限流處理，從而使傳輸信息可以通過勻速方式向外發送。令牌桶可自行以恒定速率值源源不斷地產生令牌信息，且在令牌不被消耗的情況下，數據被消耗的速度始終小于產生的速度，因此令牌會不斷地增多，直至將桶完全裝滿[2-3]。

公眾號小程序是一種新近流行的傳輸型網絡數據信息，在既定時間階段內，能夠占據極高的訪問流量。隨著信息傳輸流量值的增大，訪問主機對于數據信號的精確化協調能力會出現明顯下降的變化趨勢。為避免上述情況的發生，TCP 串行流量控制算法在滑動窗口的作用下，確定發送端主機中的信息收發效率，再通過流量整形的方式，降低網絡環境中的流量輸出水平。但此方法在單位時間內可傳輸的訪問流量數值相對較小，很難實現對訪問流量傳輸行為的有效控制。為解決此問題，設計基于令牌桶算法的公眾號小程序訪問流量控制模型，借助Web 服務框架，實現對訪問流量的應急性管理，再聯合控制協議連接特征，定義流量報文段的應用格式。

1 基于令牌桶算法的流量需求分析

基于令牌桶算法的流量需求分析包含存儲中間件連接、Web 服務框架搭建、公眾號小程序訪問流量應急管理3 個操作環節，具體研究方法如下。

1.1 存儲中間件

存儲中間件存在于公眾號小程序訪問網絡中，是一種非關系型的數據庫結構體，一般可用作對流量信息進行分布式緩存處理。在多個Client 主機的作用下，流量交換機可調取與公眾號小程序相關的訪問流量信息，并可借助已成型的令牌桶結構體，將信息參量反饋至下級關聯主機之中。Master執行器、Slave 執行器同時隸屬于存儲中間件的輔助控制單元，可在接收公眾號小程序訪問流量信息的同時，更改令牌桶結構體的現有連接形式[4-5]。Data Server 主機存在于存儲中間件的底層應用單元之中，能夠感知令牌桶結構體中公眾號小程序訪問流量信息的實際傳輸狀態。存儲中間件連接形式如圖1 所示。

圖1 存儲中間件連接形式

1.2 Web服務框架

Web 服務框架作為存儲中間件的下級連接結構，可準確獲取公眾號訪問網絡中的流量傳輸需求，并可借助控制主機，將這些應用信號反饋至其他令牌桶結構體應用設備中。訪問流量控制主機可與行為應用主機、行為控制芯片與流量記錄設備相連，能夠在控制公眾號小程序訪問流量擴散行為的同時，確定現有連接形式能夠滿足數據信息的實際傳輸需求，并對令牌桶結構體中暫存的數據信號進行整合處理[6-7]。當令牌結構體達到額定存儲條件時，Web服務框架才會進入連續性穩定的工作狀態中。Web服務框架結構如圖2 所示。

圖2 Web服務框架結構圖

1.3 公眾號小程序訪問流量應急管理

公眾號小程序訪問流量應急管理的后端運行代碼始終遵循MVC 編譯風格，可在Domin、Dao、Service、Controller 4 個模塊之間分層連接關系的作用下，實現對令牌桶存儲流量的增、刪、改、查。該級執行原則可借助DispatcherServlet、Controller 兩種類型的前端主機，實現令牌桶存儲流量與View 控制模塊間的信息共通[8-9]。一般情況下，訪問流量應急管理行為能夠直接干預與公眾號小程序相關的項目操作信息，并可在感知Web 服務程序標準的同時，實現對邏輯依賴型連接訪問信息的有效控制。完整的公眾號小程序訪問流量應急管理程序開發環境如表1 所示。

表1 開發環境

2 公眾號小程序訪問流量控制模型

在令牌桶算法流量需求的支持下，按照控制協議連接特征分析、連接行為復位、流量報文段格式定義的處理流程，完成公眾號小程序訪問流量控制模型的搭建。

2.1 控制協議連接特征

在令牌桶算法的支持下，控制協議連接特征可解釋為當客戶機接收到公眾號小程序訪問流量后，由服務端主機輸出的具有控制能力的行為性執行指令，可用于區分流量數據實體與流量應用信息之間的應有差異性，從而判定一個數據進程是否具備可繼續執行的能力[10]。若判定結果為是，則服務端主機可直接返回一個設置型控制應答，以用來拒絕與令牌桶結構體相關的訪問流量連接請求；若判定結果為否，則服務端主機可遞交一個應答服務標準，再借助流量傳輸信道，實現對令牌桶應答行為的有效控制[11-12]。設ε1、ε2分別代表兩個不同的流量主機訪問連接控制系數，I0代表最小的令牌桶連接行為訪問次數，I代表最大的令牌桶連接行為訪問次數，聯立上述物理量，可將控制協議的連接特征表示為：

其中，代表公眾號小程序訪問流量輸出均值，i代表令牌桶連接行為訪問次數，代表與訪問流量相關的數據傳輸應用量。

2.2 連接行為復位

公眾號小程序訪問流量可以直接請求對一條數據連接指令進行復位處理，訪問流量頭結點處的控制協議連接特征可與客戶端主機直接相連。連接行為復位能夠表示當前的訪問流量連接已經被破壞，需要撤銷后續的所有數據連接[13]。以下幾種情況下均會發生連續性的連接復位行為：

1）位于令牌桶結構體某一端的訪問流量請求很難連接到并不明確存在的數據端口，而另一端的公眾號小程序信息則可在原有令牌桶算法的支持下，實現對復位報文段的發送處理，在此情況下，可將訪問流量比特值設置為“1”，以方便后續控制請求的執行與復位處理。

2）若令牌桶結構體某一端的訪問流量請求出現了異常連接的情況，希望將這種控制行為終止，則可將未復位的報文段發送回原始客戶端主機中，并可將已復位的流量比特值再次更改為“1”，再借助數據傳輸信道，實現對數據請求傳輸行為的有效控制[14]。

3）若某一端的令牌桶結構體發現另一端的公眾號小程序訪問流程已經空閑了極長的一段時間，則可在復位報文段組織的作用下，將所有訪問流量比特值均改寫為“1”，進而滿足令牌桶存儲中間件的實際數據撤銷連接請求。

2.3 流量報文段格式定義

流量報文段格式定義是公眾號小程序訪問流量控制模型搭建的末尾處理環節，可在令牌桶算法的作用下，更改已存儲的數據信息連接行為，從而使流量傳輸主機的實際信息應用需求得到滿足[15-16]。一般情況下，已存儲的公眾號小程序訪問流量報文數值量越大，最終定義信息格式所需的控制節點實用量也就越多，反之則越少。設α1代表原始情況下與公眾號小程序訪問流量相關的連接行為復位條件，αn代表傳輸系數為n時與公眾號小程序訪問流量相關的連接行為復位條件，聯立式（1），可將流量報文段的格式定義標準表示為：

式（2）中，f代表既定的訪問流量復位處理系數，代表公眾號小程序訪問流量在單位時間內的傳輸均值量。至此，完成各項系數指標的計算與處理，在令牌桶算法的支持下，實現公眾號小程序訪問流量控制模型的順利應用。

3 模型測試與應用

為驗證基于令牌桶算法公眾號小程序訪問流量控制模型的實際應用價值，設計如下對比實驗。在圖3 所示公眾號小程序訪問網絡中設置兩個內網用戶主機，其中一個作為實驗組監測設備，搭載基于令牌桶算法公眾號小程序訪問流量控制模型，另一個作為對照組監測設備，搭載TCP 串行流量控制算法。在相同實驗環境下，記錄實驗組、對照組實驗指標的具體變化情況。

圖3 公眾號小程序訪問網絡架構

已知單位時間內的信息傳輸值、UDC 轉存指標均能用來描述公眾號小程序訪問流量的精準化傳輸能力，一般情況下，單位時間內的信息傳輸值越大，UDC 轉存指標水平越高，公眾號小程序訪問流量的精準化傳輸能力也就越強，反之則越弱。

以15 min 作為一個單位時長，表2 記錄了4 個單位時長內，實驗組、對照組公眾號小程序訪問流量信息傳輸值的實際變化情況。

表2 單位時間內的信息傳輸值對比表

分析表2 可知，實驗組公眾號小程序訪問流量信息傳輸值在前3 個單位時長內，始終保持不斷上升的變化趨勢，從第4個單位時長開始，流量信息傳輸值開始逐漸趨于穩定，全局最大值達到了7.8×1013T，且能夠維持較長一段時間的數值穩定狀態。對照組公眾號小程序訪問流量信息傳輸值在前2 個單位時長內，一直不斷上升，從第3 個單位時長開始，逐漸趨于穩定，從第4 個單位時長起，又開始快速下降，全局最大值僅能達到5.6×1013T，與實驗組極大值相比，下降了2.2×1013T。綜上可知，應用基于令牌桶算法公眾號小程序訪問流量控制模型后，單位時間內的信息傳輸值呈現不斷增大的變化趨勢，可實現對公眾號小程序訪問流量的精準化傳輸。

表3 記錄了實驗組、對照組UDC 轉存指標的實際數值變化情況。

表3 UDC轉存指標對比表

分析表3 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組UDC 轉存指標始終保持相對穩定的波動性變化狀態，全局最大值達到了86.53%。對照組UDC 轉存指標則一直呈現階梯狀上升的變化狀態，全局最大值僅能達到68.73%，與實驗組極大值相比，下降了17.80%。綜上可知，應用基于令牌桶算法公眾號小程序訪問流量控制模型后，既定訪問節點處的UDC轉存指標數值水平也開始不斷增大，可實現對公眾號小程序訪問流量傳輸行為的有效控制。

4 結束語

在令牌桶算法的作用下，公眾號小程序訪問流量控制模型可借助存儲中間件與Web 服務框架，完成對流量報文段格式的精準定義，且隨著既定訪問節點處UDC 轉存指標數值的增大，單位時間內的信息傳輸值水平也在不斷提升，可在控制公眾號小程序訪問流量傳輸行為的同時，完成對流量數據信息的精確化協調與處理。