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T比特高性能路由器QoS实现机制研究

作　者: 刘勤让
导　师: 邬江兴
学　校: 中国人民解放军信息工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: T比特路由器 QoS 网络计算调度算法队列管理
分类号: TN915.05
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 203次
引　用: 4次
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内容摘要

随着IP网上承载业务的多样化,以及光传输网络带宽的飞速发展,IP骨干网络正在从G比特级速度向T比特级过渡。由于光纤传输和电子工艺发展速度的不均衡性,作为网络节点的核心路由器正在成为网络演进的瓶颈。因此开发T比特级交换容量具有丰富QoS支持的高性能路由器已经成为网络技术领域研究的热点。本文以T比特高性能路由器中QoS实现机制的研究为课题目标,并结合“十五”计划国家863重大课题《可扩展到T比特的高性能IPv4/v6路由器基础平台及实验系统》,基于网络计算理论,对网络节点中时延和时延抖动等QoS性能的影响因素进行了初步的分析;在研究各种QoS技术的基础上,试图找出一种比较不同QoS技术对网络引入代价的方法;结合我们课题中采用的变长分组交换结构,并通过引入分布式思想,提出了顺序分布式改进补偿轮询调度算法(SDMCRR)和满足T比特路由器需求的并行分布式改进补偿轮询调度算法(PDMCRR);研究了DiffServ结构对队列管理机制的要求,提出了一种基于优先级的多门限随机早期探测(MTRED);最后通过T比特路由器QoS实现的需求,提出了输入侧基于输出端口VOQ排队和输出侧基于优先级排队的两级调度QoS实现结构,并给出了该结构下T比特高性能路由器的QoS实现方案。本文的创新和贡献主要包括以下几点: 提出了一种基于域的IP QoS分类方法,实现对各种QoS技术的代价分析,从而为各种QoS技术的可行性分析提供理论指导。归纳网络计算理论的基础上,提出了可以实现对IntServ和DiffServ参考服务模型中网络节点QoS性能分析的三种分析模型。提出了一种支持变长分组调度和分布式实现的顺序分布式改进补偿轮询调度算法SDMCRR。针对网络节点各输入端口到达业务的不对称性,提出了一种在不对称流量模式下提高吞吐量的双向轮询的SDMCRR调度结构。分析T比特路由器多端口交换的特点,改造SDMCRR调度算法中的输入端口顺序轮询结构为端口间并行、单端口流水线的并行分布式补偿调度算法PDMCRR。并通过分析证明该算法可以满足T比特路由器中10Gbps端口最短40字节报文的调度需求。提出了PDMCRR调度算法的工程实现结构,对各个关键部分给出了详细的分析和设计。理论分析了PDMCRR调度算法的时间复杂度和公平性,并通过在NS仿真实验中与其他调度算法比较,验证了该算法具有良好的公平性和时延特性。

全文目录

目录  3-6
图索引  6-8
表索引  8
缩略语列表  8-11
摘要  11-13
Abstract  13-15
第1章引言  15-34
  §1.1 国内外高性能路由器 QoS研究现状  15-21
    §1.1.1 下一代网络的演进趋势  15-16
    §1.1.2 国内外T比特路由器对QoS的支持现状  16-21
  §1.2 IP QoS研究的热点问题  21-30
    §1.2.1 体系结构  21-27
    §1.2.2 实现机制  27-29
    §1.2.3 QoS管理  29-30
  §1.3 本文的主要工作  30-32
  §1.4 论文结构安排  32-34
第2章一种基于域的QoS分类方法  34-48
  §2.1 QoS的一般性描述  34-35
  §2.2 QoS的发展回顾  35-36
  §2.3 QoS的定义  36-40
    §2.3.1 OSI参考模型中的QoS定义  36-37
    §2.3.2 CCITT(ITU)的QoS定义  37
    §2.3.3 ATM的QoS定义  37-39
    §2.3.4 IETF的QoS定义  39-40
  §2.4 基于域的QoS分类方法  40-43
    §2.4.1 QoS的时域表述  41
    §2.4.2 QoS的空域表述  41-42
    §2.4.3 QoS的逻辑域表述  42
    §2.4.4 QoS的层域表述  42-43
  §2.5 基于域分类的QoS分析  43-45
    §2.5.1 基于域的IntServ和DiffServ分析  43-44
    §2.5.2 基于域的MPLS流量工程分析  44-45
    §2.5.3 基于域的流媒体业务支持分析  45
  §2.6 本章小结  45-48
第3章三种确定性能保证的QoS分析模型  48-56
  §3.1 网络计算理论  48-51
    §3.1.1 min-plus卷积  48
    §3.1.2 max-plus卷积  48
    §3.1.3 到达曲线  48-49
    §3.1.4 服务曲线  49-50
    §3.1.5 整形器  50-51
  §3.2 三种QoS分析模型  51-54
    §3.2.1 基于业务流累积函数的服务曲线分析模型  51-52
    §3.2.2 基于数据包到达离开时间的GR节点分析模型  52-53
    §3.2.3 基于数据包到达离开时间的PSRG分析模型  53-54
  §3.3 本章小结  54-56
第4章分布式变长分组调度算法SDMCRR和PDMCRR  56-87
  §4.1 调度算法的分类  56-60
    §4.1.1 按照工作模式分类  56
    §4.1.2 按照处理单元分类  56-57
    §4.1.3 按照交换结构分类  57-60
  §4.2 调度算法的性能指标  60-61
  §4.3 顺序分布式变长分组调度算法—SDMCRR  61-70
    §4.3.1 T比特路由器调度算法的需求  61-62
    §4.3.2 SDMCRR调度算法的提出  62-67
    §4.3.3 SDMCRR调度算法描述  67-69
    §4.3.4 双向轮转SDMCRR调度算法  69-70
  §4.4 并行分布式变长分组调度算法—PDMCRR  70-75
    §4.4.1 SDMCRR调度算法的问题分析  70-72
    §4.4.2 PDMCRR调度算法的提出  72
    §4.4.3 PDMCRR调度算法的描述  72-74
    §4.4.4 PDMCRR和SDMCRR的比较  74-75
  §4.5 PDMCRR调度算法的性能分析和比较  75-79
    §4.5.1 性能指标的几个定义  75-76
    §4.5.2 PDMCRR算法的性能分析  76-77
    §4.5.3 PDMCRR调度算法与其它算法的比较  77-78
    §4.5.4 PDMCRR调度算法的计算机仿真  78-79
  §4.6 PDMCRR调度算法的工程实现分析  79-83
    §4.6.1 PDMCRR调度算法的功能模块  79-80
    §4.6.2 PDMCRR调度算法的硬件实现  80-83
  §4.7 本章小结  83-87
第5章 T比特高性能路由器的QoS实现方案  87-107
  §5.1 T比特路由器实现结构  87-90
  §5.2 QoS实现方案分析  90-93
    §5.2.1 IntServ与DiffServ?  90-91
    §5.2.2 IQ、OQ还是CIOQ?  91-92
    §5.2.3 加速比选择?  92-93
    §5.2.4 调度算法和队列管理  93
  §5.3 多门限随机早期探测MTRED  93-98
    §5.3.1 问题的提出  93-94
    §5.3.2 实验和启发  94-96
    §5.3.3 MTRED主动队列管理  96-97
    §5.3.4 MTRED的实现流程图  97-98
  §5.4 基于VOQ和优先级排队的两级调度QoS实现结构  98-106
    §5.4.1 结构提出  98-99
    §5.4.2 结构改进  99-100
    §5.4.3 仿真结果  100-103
    §5.4.4 工程实现  103-106
  §5.5 本章小结  106-107
第6章结束语  107-109
  §6.1 本文总结  107-108
  §6.2 本文的局限性及下一步工作  108-109
致谢  109-110
作者在攻读博士学位期间参加的科研任务及完成情况  110-111
作者在攻读博士学位期间的论文和专利情况  111-112

T比特高性能路由器QoS实现机制研究

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