EPFTS平臺(tái)上基于服務(wù)質(zhì)量的調(diào)度算法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及和多媒體業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上的劇增，因特網(wǎng)同時(shí)面臨著高速交換、服務(wù)質(zhì)量、安全和移動(dòng)性四個(gè)方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。由于基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)措施難以從根本上解決以上問題，人們逐漸認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)下一代因特網(wǎng)的關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。本論文的研究背景是西南交通大學(xué)四川省網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出的下一代Internet體系結(jié)構(gòu)——單層用戶數(shù)據(jù)交換傳輸平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)(Single-layer User-data switching Platform A

2、rchitecture，SUPA)及其關(guān)鍵技術(shù)——面向以太網(wǎng)的物理幀時(shí)槽交換技術(shù)(Ethernet-oriented Physical Frame Timeslot Switching，EPFTS)。 基于帶外信令思想，SUPA將用戶數(shù)據(jù)交換平臺(tái)與控制管理平臺(tái)分離。通過EPFTS技術(shù)，SUPA將用戶數(shù)據(jù)交換平臺(tái)簡化為單層結(jié)構(gòu)，有利于提高用戶數(shù)據(jù)交換效率和提供服務(wù)質(zhì)量保障。SUPANET(指支持SUPA的網(wǎng)絡(luò))在第一階段的目標(biāo)是成

3、為服務(wù)質(zhì)量可保障的高速交換傳輸網(wǎng)絡(luò)。SUPANET中服務(wù)質(zhì)量保障框架是由信控管理平臺(tái)和用戶平臺(tái)的上的QoS機(jī)制共同構(gòu)成。本文以SUPA用戶平臺(tái)上提供服務(wù)質(zhì)量保障為主要目標(biāo)，集中研究了用戶平臺(tái)上的主要QoS機(jī)制-業(yè)務(wù)調(diào)度機(jī)制。 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上業(yè)務(wù)突發(fā)是引起網(wǎng)絡(luò)擁塞和性能急劇下降的重要原因。為了在SUPANET中提供服務(wù)質(zhì)量保障服務(wù)，本文試圖引入基于速率控制的業(yè)務(wù)調(diào)度機(jī)制來控制業(yè)務(wù)流服務(wù)質(zhì)量，如時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)，研究結(jié)果表明這是一個(gè)可行的

4、路線。本文研究過程中始終以具備實(shí)現(xiàn)可行性和擴(kuò)展能力為兩個(gè)前提條件，首先從為EPFTS交換平臺(tái)設(shè)計(jì)基于速率控制的服務(wù)策略開始，然后研究了單個(gè)交換機(jī)內(nèi)基于速率控制的分組調(diào)度機(jī)制及其特點(diǎn)；最后擴(kuò)展到多節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，研究了網(wǎng)絡(luò)中在相鄰節(jié)點(diǎn)之間通過速率控制實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)QoS保障的機(jī)制。 論文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)根據(jù)EPFTS技術(shù)特點(diǎn)，本文研究了SUPANET中業(yè)務(wù)流速率控制方法，提出了一種基于盈余時(shí)槽的速率控制策略(Su

5、rplus Timeslot based Rate Controlling，STRC)。STRC利用了業(yè)務(wù)預(yù)留時(shí)槽對業(yè)務(wù)流輸出進(jìn)行速率控制。本文在STRC的基礎(chǔ)之上提出了兩種調(diào)度原則——MASF(Most Available Surplus timeslot First)和STRR(Surplus Timeslot Round-Robin)。性能分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這兩種調(diào)度原則均具有帶寬保證和業(yè)務(wù)流輸出速率受限的特征。 (2

6、)由單個(gè)交換節(jié)點(diǎn)出發(fā)，研究IQ(Input Queuing)交換機(jī)和CICQ(CombinedInout and Crosspoint Queuing)交換機(jī)中基中速率控制的分組調(diào)度問題。基于STRC策略和以端口對為服務(wù)對象，本文先后針對IQ交換機(jī)提出了分組調(diào)度機(jī)制TRWFS(Timeslot Reservation Weighted Fair Scheduling)，針對CICQ交換機(jī)提出了“MASF/RR”和“STRR/RR”兩種調(diào)

7、度方案。研究結(jié)果表明雖然增加了業(yè)務(wù)流時(shí)延，STRC策略可以提高交機(jī)的吞吐能力，而且業(yè)務(wù)輸出被平滑。 (3)面向多節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種新的GR(Guaranteed Rate)服務(wù)器--TRSFS(Smoothed Fair Scheduling based on nmeslot Reservation)。TRSFS是一種基于速率控制的非持續(xù)工作的GR服務(wù)器，通過平滑業(yè)務(wù)輸出的方式限制業(yè)務(wù)輸出的突發(fā)程度，而且TRSFS完

8、全基于整數(shù)運(yùn)算，易于通過軟硬件實(shí)現(xiàn)高速處理。TRSFS的提出為在多節(jié)點(diǎn)互聯(lián)環(huán)境下研究端到端的QoS保障機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。 (4)以支持網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的方式提出一種業(yè)務(wù)流端到端的QoS保障解決方案一PPFAS (Port-Pair Fair Aggregation and Scheduling)。PPFAS基于“同一端口對上交換的所有微流視為一個(gè)宏流”的策略，解決了業(yè)務(wù)流擴(kuò)展問題，并通過輸入輸出組合排隊(duì)和用TRSFS作為各端口上的信元調(diào)度

9、器，實(shí)現(xiàn)了一種完全分布式的CIOQ(Combined Input and Output Queuing)交換機(jī)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PPFAS以稍許增加時(shí)延為代價(jià)，獲得以下性能點(diǎn)：①交換路徑不完全相同的業(yè)務(wù)流之間影響減弱；②業(yè)務(wù)流的端到端時(shí)延抖動(dòng)減??；③通過適當(dāng)控制交換機(jī)各端口負(fù)載，交換機(jī)吞吐能力可達(dá)100％。 本文研究工作表明基于速率控制的分組調(diào)度機(jī)制雖然增加業(yè)務(wù)流時(shí)延，但更多地提升了其它服務(wù)質(zhì)量性能指標(biāo)。本文相關(guān)研究成果對于SU