基于令牌桶算法的公众号小程序访问流量控制模型

王文强，任 凯，李曙军，杜冠男

（1.国网河北省电力有限公司，河北石家庄 050000；2.国网河北省电力有限公司培训中心，河北石家庄 050000）

令牌桶算法是实现速率限制与网络流量整形的常用处理政策，可用来控制主机发送到网络上的传输信息数量级水平，一般情况下，可允许突发数据发送行为的同时存在[1]。在流量网络中传输数据时，为防止信息拥塞行为的出现，需要对流出网络的流量数据进行限流处理，从而使传输信息可以通过匀速方式向外发送。令牌桶可自行以恒定速率值源源不断地产生令牌信息，且在令牌不被消耗的情况下，数据被消耗的速度始终小于产生的速度，因此令牌会不断地增多，直至将桶完全装满[2-3]。

公众号小程序是一种新近流行的传输型网络数据信息，在既定时间阶段内，能够占据极高的访问流量。随着信息传输流量值的增大，访问主机对于数据信号的精确化协调能力会出现明显下降的变化趋势。为避免上述情况的发生，TCP 串行流量控制算法在滑动窗口的作用下，确定发送端主机中的信息收发效率，再通过流量整形的方式，降低网络环境中的流量输出水平。但此方法在单位时间内可传输的访问流量数值相对较小，很难实现对访问流量传输行为的有效控制。为解决此问题，设计基于令牌桶算法的公众号小程序访问流量控制模型，借助Web 服务框架，实现对访问流量的应急性管理，再联合控制协议连接特征，定义流量报文段的应用格式。

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储中间件连接、Web 服务框架搭建、公众号小程序访问流量应急管理3 个操作环节，具体研究方法如下。

1.1 存储中间件

存储中间件存在于公众号小程序访问网络中，是一种非关系型的数据库结构体，一般可用作对流量信息进行分布式缓存处理。在多个Client 主机的作用下，流量交换机可调取与公众号小程序相关的访问流量信息，并可借助已成型的令牌桶结构体，将信息参量反馈至下级关联主机之中。Master执行器、Slave 执行器同时隶属于存储中间件的辅助控制单元，可在接收公众号小程序访问流量信息的同时，更改令牌桶结构体的现有连接形式[4-5]。Data Server 主机存在于存储中间件的底层应用单元之中，能够感知令牌桶结构体中公众号小程序访问流量信息的实际传输状态。存储中间件连接形式如图1 所示。

图1 存储中间件连接形式

1.2 Web服务框架

Web 服务框架作为存储中间件的下级连接结构，可准确获取公众号访问网络中的流量传输需求，并可借助控制主机，将这些应用信号反馈至其他令牌桶结构体应用设备中。访问流量控制主机可与行为应用主机、行为控制芯片与流量记录设备相连，能够在控制公众号小程序访问流量扩散行为的同时，确定现有连接形式能够满足数据信息的实际传输需求，并对令牌桶结构体中暂存的数据信号进行整合处理[6-7]。当令牌结构体达到额定存储条件时，Web服务框架才会进入连续性稳定的工作状态中。Web服务框架结构如图2 所示。

图2 Web服务框架结构图

1.3 公众号小程序访问流量应急管理

公众号小程序访问流量应急管理的后端运行代码始终遵循MVC 编译风格，可在Domin、Dao、Service、Controller 4 个模块之间分层连接关系的作用下，实现对令牌桶存储流量的增、删、改、查。该级执行原则可借助DispatcherServlet、Controller 两种类型的前端主机，实现令牌桶存储流量与View 控制模块间的信息共通[8-9]。一般情况下，访问流量应急管理行为能够直接干预与公众号小程序相关的项目操作信息，并可在感知Web 服务程序标准的同时，实现对逻辑依赖型连接访问信息的有效控制。完整的公众号小程序访问流量应急管理程序开发环境如表1 所示。

表1 开发环境

2 公众号小程序访问流量控制模型

在令牌桶算法流量需求的支持下，按照控制协议连接特征分析、连接行为复位、流量报文段格式定义的处理流程，完成公众号小程序访问流量控制模型的搭建。

2.1 控制协议连接特征

在令牌桶算法的支持下，控制协议连接特征可解释为当客户机接收到公众号小程序访问流量后，由服务端主机输出的具有控制能力的行为性执行指令，可用于区分流量数据实体与流量应用信息之间的应有差异性，从而判定一个数据进程是否具备可继续执行的能力[10]。若判定结果为是，则服务端主机可直接返回一个设置型控制应答，以用来拒绝与令牌桶结构体相关的访问流量连接请求；若判定结果为否，则服务端主机可递交一个应答服务标准，再借助流量传输信道，实现对令牌桶应答行为的有效控制[11-12]。设ε1、ε2分别代表两个不同的流量主机访问连接控制系数，I0代表最小的令牌桶连接行为访问次数，I代表最大的令牌桶连接行为访问次数，联立上述物理量，可将控制协议的连接特征表示为：

其中，代表公众号小程序访问流量输出均值，i代表令牌桶连接行为访问次数，代表与访问流量相关的数据传输应用量。

2.2 连接行为复位

公众号小程序访问流量可以直接请求对一条数据连接指令进行复位处理，访问流量头结点处的控制协议连接特征可与客户端主机直接相连。连接行为复位能够表示当前的访问流量连接已经被破坏，需要撤销后续的所有数据连接[13]。以下几种情况下均会发生连续性的连接复位行为：

1）位于令牌桶结构体某一端的访问流量请求很难连接到并不明确存在的数据端口，而另一端的公众号小程序信息则可在原有令牌桶算法的支持下，实现对复位报文段的发送处理，在此情况下，可将访问流量比特值设置为“1”，以方便后续控制请求的执行与复位处理。

2）若令牌桶结构体某一端的访问流量请求出现了异常连接的情况，希望将这种控制行为终止，则可将未复位的报文段发送回原始客户端主机中，并可将已复位的流量比特值再次更改为“1”，再借助数据传输信道，实现对数据请求传输行为的有效控制[14]。

3）若某一端的令牌桶结构体发现另一端的公众号小程序访问流程已经空闲了极长的一段时间，则可在复位报文段组织的作用下，将所有访问流量比特值均改写为“1”，进而满足令牌桶存储中间件的实际数据撤销连接请求。

2.3 流量报文段格式定义

流量报文段格式定义是公众号小程序访问流量控制模型搭建的末尾处理环节，可在令牌桶算法的作用下，更改已存储的数据信息连接行为，从而使流量传输主机的实际信息应用需求得到满足[15-16]。一般情况下，已存储的公众号小程序访问流量报文数值量越大，最终定义信息格式所需的控制节点实用量也就越多，反之则越少。设α1代表原始情况下与公众号小程序访问流量相关的连接行为复位条件，αn代表传输系数为n时与公众号小程序访问流量相关的连接行为复位条件，联立式（1），可将流量报文段的格式定义标准表示为：

式（2）中，f代表既定的访问流量复位处理系数，代表公众号小程序访问流量在单位时间内的传输均值量。至此，完成各项系数指标的计算与处理，在令牌桶算法的支持下，实现公众号小程序访问流量控制模型的顺利应用。

3 模型测试与应用

为验证基于令牌桶算法公众号小程序访问流量控制模型的实际应用价值，设计如下对比实验。在图3 所示公众号小程序访问网络中设置两个内网用户主机，其中一个作为实验组监测设备，搭载基于令牌桶算法公众号小程序访问流量控制模型，另一个作为对照组监测设备，搭载TCP 串行流量控制算法。在相同实验环境下，记录实验组、对照组实验指标的具体变化情况。

图3 公众号小程序访问网络架构

已知单位时间内的信息传输值、UDC 转存指标均能用来描述公众号小程序访问流量的精准化传输能力，一般情况下，单位时间内的信息传输值越大，UDC 转存指标水平越高，公众号小程序访问流量的精准化传输能力也就越强，反之则越弱。

以15 min 作为一个单位时长，表2 记录了4 个单位时长内，实验组、对照组公众号小程序访问流量信息传输值的实际变化情况。

表2 单位时间内的信息传输值对比表

分析表2 可知，实验组公众号小程序访问流量信息传输值在前3 个单位时长内，始终保持不断上升的变化趋势，从第4个单位时长开始，流量信息传输值开始逐渐趋于稳定，全局最大值达到了7.8×1013T，且能够维持较长一段时间的数值稳定状态。对照组公众号小程序访问流量信息传输值在前2 个单位时长内，一直不断上升，从第3 个单位时长开始，逐渐趋于稳定，从第4 个单位时长起，又开始快速下降，全局最大值仅能达到5.6×1013T，与实验组极大值相比，下降了2.2×1013T。综上可知，应用基于令牌桶算法公众号小程序访问流量控制模型后，单位时间内的信息传输值呈现不断增大的变化趋势，可实现对公众号小程序访问流量的精准化传输。

表3 记录了实验组、对照组UDC 转存指标的实际数值变化情况。

表3 UDC转存指标对比表

分析表3 可知，随着实验时间的延长，实验组UDC 转存指标始终保持相对稳定的波动性变化状态，全局最大值达到了86.53%。对照组UDC 转存指标则一直呈现阶梯状上升的变化状态，全局最大值仅能达到68.73%，与实验组极大值相比，下降了17.80%。综上可知，应用基于令牌桶算法公众号小程序访问流量控制模型后，既定访问节点处的UDC转存指标数值水平也开始不断增大，可实现对公众号小程序访问流量传输行为的有效控制。

4 结束语

在令牌桶算法的作用下，公众号小程序访问流量控制模型可借助存储中间件与Web 服务框架，完成对流量报文段格式的精准定义，且随着既定访问节点处UDC 转存指标数值的增大，单位时间内的信息传输值水平也在不断提升，可在控制公众号小程序访问流量传输行为的同时，完成对流量数据信息的精确化协调与处理。