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基于带缓存交叉开关的公平调度算法研究

作　者: 王鹏
导　师: 陈庶樵
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 带缓存交叉开关交换结构调度算法公平服务组播
分类号: TP393.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 28次
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内容摘要

随着网络技术的不断进步和业务的逐步拓展,融合已经成为当今网络发展的趋势。互联网由单一的数据传送网络发展成为集数据、语音、图像和实时多媒体信息的全业务统一承载平台。作为网络节点的核心设备-路由交换设备必须适应信息容量的急剧膨胀和网络业务多样化的需求,为三网融合后统一承载网络建设和业务运营提供一个具有良好可扩展性、支持新型多媒体业务和具有服务质量保障性能的基础平台。结合课题《高可信网络业务管控系统》和《一体化网络体系结构模型及路由交换理论与技术》的研发,针对现有交换技术在可扩展性、公平服务和组播支持方面存在的不足,基于带缓存交叉开关交换结构,在交换系统的可扩展性、公平服务和组播交换等方面进行了研究,并设计了一种支持单组播混合调度的交换系统工程方案。论文主要工作如下:提出了一种能为到达业务流提供时延和公平性能保障的分级平滑调度算法FGSR(Fair Service and Group Smoothed Round Robin)。FGSR采用分级平滑调度机制,依据业务流的预约带宽进行“分组”和分配调度份额,每个输入输出端口对可独立进行变长分组交换,算法复杂度为O(1),具有良好的可扩展和分布式特性。理论分析和仿真结果表明:该算法能提供可接受的时延上限、吞吐量和公平性服务保障。提出了一种单组播混合公平性调度算法MUHF(Multicast and Unicast Hybrid Fairness Scheduling)。MUHF采用单组播轮询调度机制,通过输入调度和交叉节点调度确保单组播调度的公平性。每个输入、输出端口对可以独立进行变长分组交换,具有良好的可扩展特性。在流量和业务流两个层面实现了单组播调度的公平性。仿真结果表明MUHF具有良好的时延、吞吐量和公平性能。针对《一体化网络体系结构模型及路由交换理论与技术》和《高可信网络业务管控系统》对大容量高速率高性能数据交换的研发需求。在结合公平服务和单组播支持研究成果的基础上,基于带缓存交叉开关和负载均衡Birkhoff-Von Neumann交换结构构建了一种支持单组播公平调度的交换系统LB-MUF(Multicast and Unicast Fair Scheduling under Load Balanced)及其工程实现方案,LB-MUF交换结构简单、算法复杂度为O(1),非常易于高速硬件实现;LB-MUF可支持变长分组交换,避免了分组切片和重组时间开销,是一种分布式的调度机制。仿真结果表明,LB-MUF具有良好的时延、吞吐量和公平性能,能够满足全业务统一承载的容量需求。本文以带缓存交叉开关交换结构为基础,以公平调度算法研究为主体,以组播分组拆分缓存方法为补充,以仿真系统的性能对比为验证,对高性能的单组播公平性调度算法进行了研究,研究成果提升了交换系统的单组播支持和服务质量保障能力。

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