EPFTS平臺上基于服務質(zhì)量的調(diào)度算法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡應用的普及和多媒體業(yè)務在網(wǎng)絡上的劇增，因特網(wǎng)同時面臨著高速交換、服務質(zhì)量、安全和移動性四個方面的嚴峻挑戰(zhàn)。由于基于現(xiàn)有網(wǎng)絡的增強措施難以從根本上解決以上問題，人們逐漸認識到實現(xiàn)下一代因特網(wǎng)的關鍵在于網(wǎng)絡體系結構。本論文的研究背景是西南交通大學四川省網(wǎng)絡通信技術重點實驗室提出的下一代Internet體系結構——單層用戶數(shù)據(jù)交換傳輸平臺的體系結構(Single-layer User-data switching Platform A

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

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

4、路線。本文研究過程中始終以具備實現(xiàn)可行性和擴展能力為兩個前提條件，首先從為EPFTS交換平臺設計基于速率控制的服務策略開始，然后研究了單個交換機內(nèi)基于速率控制的分組調(diào)度機制及其特點；最后擴展到多節(jié)點互聯(lián)的網(wǎng)絡，研究了網(wǎng)絡中在相鄰節(jié)點之間通過速率控制實現(xiàn)網(wǎng)絡QoS保障的機制。 論文主要研究內(nèi)容和結論如下： (1)根據(jù)EPFTS技術特點，本文研究了SUPANET中業(yè)務流速率控制方法，提出了一種基于盈余時槽的速率控制策略(Su

5、rplus Timeslot based Rate Controlling，STRC)。STRC利用了業(yè)務預留時槽對業(yè)務流輸出進行速率控制。本文在STRC的基礎之上提出了兩種調(diào)度原則——MASF(Most Available Surplus timeslot First)和STRR(Surplus Timeslot Round-Robin)。性能分析和仿真實驗結果表明這兩種調(diào)度原則均具有帶寬保證和業(yè)務流輸出速率受限的特征。 (2

6、)由單個交換節(jié)點出發(fā)，研究IQ(Input Queuing)交換機和CICQ(CombinedInout and Crosspoint Queuing)交換機中基中速率控制的分組調(diào)度問題?；赟TRC策略和以端口對為服務對象，本文先后針對IQ交換機提出了分組調(diào)度機制TRWFS(Timeslot Reservation Weighted Fair Scheduling)，針對CICQ交換機提出了“MASF/RR”和“STRR/RR”兩種調(diào)

7、度方案。研究結果表明雖然增加了業(yè)務流時延，STRC策略可以提高交機的吞吐能力，而且業(yè)務輸出被平滑。 (3)面向多節(jié)點互聯(lián)的網(wǎng)絡環(huán)境，設計了一種新的GR(Guaranteed Rate)服務器--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服務器，通過平滑業(yè)務輸出的方式限制業(yè)務輸出的突發(fā)程度，而且TRSFS完

8、全基于整數(shù)運算，易于通過軟硬件實現(xiàn)高速處理。TRSFS的提出為在多節(jié)點互聯(lián)環(huán)境下研究端到端的QoS保障機制奠定了基礎。 (4)以支持網(wǎng)絡擴展的方式提出一種業(yè)務流端到端的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宏流”的策略，解決了業(yè)務流擴展問題，并通過輸入輸出組合排隊和用TRSFS作為各端口上的信元調(diào)度

9、器，實現(xiàn)了一種完全分布式的CIOQ(Combined Input and Output Queuing)交換機。仿真實驗結果表明PPFAS以稍許增加時延為代價，獲得以下性能點：①交換路徑不完全相同的業(yè)務流之間影響減弱；②業(yè)務流的端到端時延抖動減??；③通過適當控制交換機各端口負載，交換機吞吐能力可達100％。 本文研究工作表明基于速率控制的分組調(diào)度機制雖然增加業(yè)務流時延，但更多地提升了其它服務質(zhì)量性能指標。本文相關研究成果對于SU