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互联网中的服务质量保证

作　者: 石志强
导　师: 吴志美
学　校: 中国科学院软件研究所
专　业: 计算机应用技术
关键词: 服务质量拥塞控制集成服务区分服务分组交换实时多媒体随机早期检测基于启动势的公平队列调度基于启动势的延迟抖动公平队列调度资源预留协议发送者预留协议带宽分配资源预留汇聚组播
分类号: TP393.03
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
下　载: 392次
引　用: 6次
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内容摘要

TCP的拥塞控制极大地促进了互联网的发展，它成功地满足了 FTP， WWW Email等以数据传输为主的应用对服务质量的需要，随着网络设备处理能力的增强，公平队列、随机早期检测等队列调度算法进一步提供了网络资源共享的公平性和高效性。目前，IP电话、远程教育等实时多媒体应用己成为未来互联网发展的方向，为实时应用提供服务质量保证的相关网络技术也逐步走向成熟。本文研究了如下领域： 1 传统业务的拥塞控制和队列调度。本文介绍了基于端系统的TCP拥塞控制的发展历程，延迟确认和UDP业务等对TCP的影响，公平队列、随机公平队列等多队列调度算法，并对RED单队列调度算法作了详细的分析，阐述了RED的参数设置原则及其复杂性。本文提出了一种估计和设置RED参数的方法，使之能动态适应当前网络流量的要求，研究了在严重拥塞环境下，RED实际丢包率变化引起的网络流量震荡问题，给出了相应的改进算法，并通过动态仿真，证明该改进算法提高了RED的适应性，降低了网络时延，减小了时延抖动。 2 多媒体业务的队列调度。实时多媒体业务需要严格的服务质量保证，如带宽、时延和时延抖动等，一旦服务质量低于应用的需要，业务将难以继续。GPS调度算法可以提供零服务等待和绝对的公平性，但 GPS只是一种理想的队列调度算法，在实际网络中是无法实现的。在分组交换网络中，GPS的离散形式WFQ也具有很好的延迟和较好的公平特性，但由于其计算复杂度为O（N），难以被广泛使用；目前的最新研究成果是SPFQ算法，它的计算复杂度为O（log₂N），并且可以提供与WFQ相似的服务质量。本文分析了 SPFQ的公平和延迟抖动特性，发现它们的会话间依赖性较强，并提出了它的一种改进算法SPJFQ，它在SPFQ算法的基础上，添加了允许控制，即只有数据包的启动势大于等于当前系统势，该数据包才能发送，SPJRQ的计算复杂度仍为O（log₂N）, 却具有更好的公平和延迟抖动特性，它们都不依赖于其它会话的资源预留特性。 3 集成服务的实现与改进。集成服务 IntServ［RFC1633］是由 IETF的 IntServ 工作组于1994年提出的实现规范，其目的在干建立一个能同时为实时和非实时业务提供服务的分组交换网络。集成服务采用资源预留协议（RSVP）作为其接入控制手段，通常采用WFQ 等队列调度机制保证数据传输的带宽和时延。我们采用基于 CBQ的队列调度算法，在 Linux 下实现了资源预留协议，它可以提供负载受控的服务和保证质量的服务，通过测试我们发现在会话建立过程中，底层链路操作占用的处理器开销最大。本文还进一步比较了YESSIR 和RSVP的差异，分析了它们各自的合理因素，并提出了RSVP的改进方案。它不仅保留且＼了接收者预留、软状态和支持组插等特性，还具有更小的刷新处理开销，并避免了资源建立过程中频繁的链路操作。 4 区分服务的研究与改进。区分服务是 IETF定义的另一种 QOS机制，它不象集成服务那样为每个数据流预留资源，而是把数据流聚类到不同的服务等级，对每个等级的数据包提供相应的服务。核心网络由于会话量大，链路速度快，集成服务的队列调度和接入控制都难以满足实际的需要。区分服务是公认的、适宜于核心网络的服务模型，但目前它只定义了一些数据传输的处理行为，尚未规范接入控制的策略。我们比较了带宽分配（BB）和资源预留汇聚两种接人控制方案的差异，带宽分配方案可能会有较小的空间复杂度，而资源预留汇聚却更能适应组播通信的需要。资源预留汇聚虽然可以解决组播通信环境的接人控制问题，但由于区分服务流量控制能力较弱，仍难以满足组播通信环境下高优先级数据传输的需要。为此，我们提出了基于路由表的流量控制策略，它有效地解决了组播环境下，服务质量保证的难题。

全文目录

  3-4
  4-5
  5-7
  7-10
第一章互联网与服务质量保证  10-14
  1.1 互联网的起源  10-11
  1.2 服务质量保证  11-12
  1.3 服务质量的度量  12-13
  1.4 论文结构  13-14
第二章传统业务的拥塞控制和队列调度  14-31
  2.1 基于TCP的拥塞控制  14-18
  2.2 基于公平的队列调度  18-19
  2.3 随机早期检测  19-24
  2.4 RED的改进  24-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章实时多媒体业务的队列调度  31-57
  3.1 基本概念  31-34
  3.2 等待速率服务器（Latency-Rate Server）  34-36
  3.3 速率适当服务器（Rate-Proportional Server）  36-38
  3.4 实际的队列调度算法  38-45
  3.5 基于启动势的延迟抖动公平队列调度（SPJFQ）  45-46
  3.6 SPJFQ的服务质量特性  46-54
  3.7 队列调度的其它问题  54-56
  3.8 本章小结  56-57
第四章集成服务的实现和改进  57-75
  4.1 集成服务简介  57-61
  4.2 资源预留在Linux中的实现  61-67
  4.3 资源预留协议的改进  67-73
  4.4 本章小结  73-75
第五章区分服务的研究与改进  75-85
  5.1 区分服务简介  75-78
  5.2 互联网服务质量解决方案  78-82
  5.3 组播环境下的RSVP汇聚  82-84
  5.4 本章小结  84-85
第六章结束语  85-87
  87-92
附录术语  92-93
致谢  93-94
作者简历  94
攻读博土论文期间己发表的文章  94

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