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远程监控网络的缓冲管理研究

作　者: 胡海江
导　师: 张凤登
学　校: 上海理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 服务质量主动队列管理 TCP/IP 自相似流标记
分类号: TP393.07
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 53次
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内容摘要

现场数据流在Internet/Intranet中传输的服务质量保证是实现现场总线网络远程监控的关键技术之一。IP网络的拥塞控制和服务质量是密不可分的研究课题,鲁棒的拥塞控制机制是保证IP网络正常运作的基础,也是保障IP网络服务质量的基础。本文从缓冲管理的角度对现场数据流的服务质量进行研究。基于流量预测提高系统资源利用率是队列管理研究中的一个热点问题,而数据流量分布是流量预测的基础。为了从网络性能上较好地实现对H1总线实现远程监控,首先应该对H1总线的流量分布进行研究。由于直接对H1总线段进行流量监控存在困难,本文对基于H1总线的网络监控层的数据流进行了大量的流量采集,在获得数据的基础上对H1总线流量通过流量分布分析证明了H1总线流量服从统计自相似分布,以及对H1总线流的尾部丢弃概率进行了威布尔分布建模。路由器的队列管理算法是队列管理的核心,本文在对现有的队列管理算法进行广泛研究的基础上,提出了一种基于服务质量区分的队列管理算法-自适应多虚拟队列管理算法。算法将队列管理算法分成两个相互独立的模块进行队列管理,其中恒定时间间隔的缓冲管理采用指数平均估计算法进行数据流预测并依据该预测进行缓冲管理,而对突发性数据流的缓冲管理则针对于突发性较强的数据流实时进行缓冲管理。对应于不同优先级的每一个虚拟缓冲队列分成静态定长部分和动态可变部分,从而体现了算法的公平性。本算法实现简单,并且在处理突发性数据流上表现出较强的算法稳定性,能够有效地降低拥塞和分组丢失率。最后通过仿真实验对算法的性能进行了验证。在基于Infranet的信息网络中,为了实现对现场的远程实时监控,网络系统应该满足来自Infranet的数据流在Internet/Intranet中无阻碍传输以确保其数据流的实时性。为了实现Internet中的多媒体流传输,IETF定义了使用于多媒体传输的RTP协议与其控制协议RTCP协议。但由于RTP和RTCP协议采用UDP方式进行传输,而UDP协议本身造成的不可控性导致了RTP协议并不适合用于现场数据的远程传输。作为RTP控制协议的RTCP协议的主要任务是交换连接两端实体的控制信息和提供质量反馈信息,其协议本身基本不参与数据传输。但是因为RTCP协议的所具有的这一独特性,本文通过使用APP类型的RTCP分组,在分组中进行实时现场流的标记,在应用层实现实时现场流的包确认和快速重传机制,并且结合队列的接纳控制使RTCP协议实现了对实时现场流的数据传输。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-12
    1.1.1 现场总线与计算机网络的发展概述  9-11
    1.1.2 工业控制网络和计算机网络的融合  11-12
    1.1.3 缓冲管理在网络融合中的作用  12
  1.2 研究的内容与目标  12-13
    1.2.1 现场总线流量建模  13
    1.2.2 队列管理算法分析与设计  13
    1.2.3 实时现场流的包识别  13
  1.3 本文的组织与创新点  13-15
  1.4 小结  15-16
第二章缓冲管理的研究现状  16-46
  2.1 队列模型  16-17
  2.2 被动队列管理  17-18
  2.3 主动队列管理  18-19
  2.4 RED算法  19-26
    2.4.1 RED算法的基本原理  19
    2.4.2 RED算法分析  19-22
    2.4.3 显式拥塞指示  22-24
    2.4.4 RED和ECN的结合  24
    2.4.5 RED的优点及其存在问题  24-26
  2.5 其他主动队列管理算法  26-38
    2.5.1 ARED  26-27
    2.5.2 SRED  27-28
    2.5.3 FRED  28-30
    2.5.4 MRED  30-32
    2.5.5 Gentle-RED  32
    2.5.6 结合分组调度的RED  32-33
    2.5.7 BLUE  33-34
    2.5.8 SFB  34-35
    2.5.9 GREEN  35
    2.5.10 CHOKe  35
    2.5.11 AVQ  35-36
    2.5.12 DT  36-37
    2.5.13 LQD与ALQD  37-38
  2.6 区分服务中的主动队列管理算法  38-42
    2.6.1 RIO  38-39
    2.6.2 WRED  39-40
    2.6.3 CBT  40-41
    2.6.4 QPRED与VPRED  41-42
  2.7 基于流量的预测  42-45
    2.7.1 多时间段加权平均  42-43
    2.7.2 指数平均估计  43
    2.7.3 线性均方估计  43-44
    2.7.4 基于NRT的估计  44
    2.7.5 自相似分布  44-45
  2.8 小结  45-46
第三章 H1总线的流量分析与建模  46-66
  3.1 自相似通信量  46-53
    3.1.1 泊松流量模型及其排队性能  46-49
    3.1.2 自相似分布的定义及其排队性能  49-53
  3.2 流量的参数估计  53-59
    3.2.1 流量采集  53-55
    3.2.2 参数估计  55-59
  3.3 流量分布的数学分析  59-62
    3.3.1 单H1总线网段内的数据流聚集  59-62
    3.3.2 多H1总线网段的数据流聚集  62
  3.4 尾部丢弃分布建模  62-65
    3.4.1 威布尔模型  62-63
    3.4.2 建模与参数估计原理  63
    3.4.3 威布尔分布建模  63-65
  3.5 小结  65-66
第四章自适应多虚拟队列管理算法  66-82
  4.1 分组服务模型  66-69
    4.1.1 CQS结构  66-67
    4.1.2 SCQS结构  67-69
  4.2 算法工作原理  69-75
    4.2.1 算法总体设计  69-70
    4.2.2 恒定时间间隔的缓冲管理  70-72
    4.2.3 突发性数据流的缓冲管理  72-75
    4.2.4 缓冲剧烈抖动的避免  75
  4.3 算法设计分析  75-77
  4.4 算法仿真实验  77-81
    4.4.1 队列长度实验  78
    4.4.2 负载变化下的性能实验  78-81
  4.5 小结  81-82
第五章基于现场总线的流标记策略  82-91
  5.1 RTP与RTCP  82-83
    5.1.1 RTP  82-83
    5.1.2 RTCP  83
  5.2 实时流标记策略  83-86
    5.2.1 应用相关功能分组  83-84
    5.2.2 实时现场数据流标记  84-85
    5.2.3 实时现场确认流标记  85-86
  5.3 实时流标记分组的工作原理  86
  5.4 实时流标记分组的实现  86-90
    5.4.1 定义分组包格式  86-88
    5.4.2 发送数据包  88-89
    5.4.3 接收数据包  89-90
  5.5 小结  90-91
第六章结论与展望  91-94
  6.1 研究结论  91-92
  6.2 研究展望  92-94
    6.2.1 流量建模的研究  92
    6.2.2 AQM算法的研究  92
    6.2.3 实时现场流在Internet中的实时性保证的研究  92-94
参考文献  94-100
附录本文中使用的缩略语  100-103
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果  103-105
致谢  105

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