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高速网元中CQS若干问题的研究

杜德超  
【摘要】: 服务质量(QoS)是Internet发展中最重要的研究领域之一。QoS的研究内容十分广泛,包括信令协议、框架模型、路由算法、多播技术等多个方面。方案涉及QoS上的业务量分类、调度算法、链路技术、路由协议、信令方法、计费和授权方式等多种机制。 本文着重研究其中与流量传输相关QoS组件:CQS(Classifying, Queueing, and Scheduling)。包括流量控制技术,流量排队、调度和分组分类。它们是网络最终实现端到端服务质量的根本保证。本文主要研究其中的流量排队、调度和流量分类,对流量控制技术只作简单介绍。 本文主要研究工作如下: 第一章首先给出了QoS的定义,描述了当前Internet上体系结构、机制和协议等的发展情况。并介绍了三种不同的QoS框架:InterServ,DiffServ和MPLS,并比较它们各自的优缺点。最后,给出了我们所研究的内容在QoS中的作用与地位。 第二章主要是介绍几种流量控制技术,它们是CQS研究中不可缺少的组成部分。首先给出了接纳控制的基本组成。随后对几种主要的接纳控制算法进行综述,主要有:1)基于测量的接纳控制(MBAC);2)端点接纳控制(EAC);3)基于策略的接纳控制;4)子网带宽管理相关的接纳控制;对关键技术及要求进行了详细分析,并比较了已有的接纳控制算法的性能。最后,我们讨论了流量参数控制技术:管制与成形。 第三章详细地介绍并比较了三类缓冲结构(输入、输出及联合输入与输出)及对应的调度算法。给出了各类算法的性能要求。指出基于输出缓冲的调度算法具有最佳的QoS保证。基于输入的调度算法具有很好的可扩展性。我们重点讨论了与输入和输出都相关的流量排队与调度算法。在综合已有算法的基础上,提出了基于RPS基础上的流量调度算法——SMFQ算法。它不但具有与RSP类调度算法一样的最佳时延特性,而且算法非常简单。与目前性能较好MD-SCFQ算法相比,虽然SMFQ算法公平性稍差,但算法的计算复杂性大大简化,更适合在高速网络中应用,因此它是当前RPS类流量调度算法中综合性能最佳的算法。在给出SMFQ算法的同时,重新给出了这类算法的公平性能的分析方法,并对已有的一些不正确结果进行了修正。当将SMFQ与成形算法相结合时,可达到具有理想的worst-case公平性能。并且,所得到的成形SMFQ调度器是属于完全工作型(work-conserving)。由于它同时具有理想的公平性、worst-case公平指数、及简单的算法复杂性,所以更适合在高速网络中应用。在推导成形SMFQ算法的过程中,我们还修正了成形RPS类算法的worst-case指数,给出了有关结论的证明过程和结果。 第四章给出分组分类算法的特点与性能要求,分析了已有的比较常见的各种分组分类算法。在此基础上,提出了基于位矢量的多维分组分类算法。并与已有算法进行了性能比较。我们的分析表明,该算法是到目前为止综合性能最佳的算法。它支持多维分组分类,扩展性很强,算法简单,不但方便地可由软件实现,也能容易地由硬件实现。


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