高性能路由器的服务质量关键技术研究

来源 :中国科学院研究生院(计算技术研究所) | 被引量 : 6次 | 上传用户:superlhl2010
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通信技术的发展和新的应用类型的出现对网络互连的核心设备—路由器的性能和功能都提出了更高的要求。在过去十年中,Internet迅速发展成为全球最大的数据网络,其骨干链路的带宽和流量都呈现爆炸性增长的态势,要求路由器能提供快速的分组转发技术;与此同时,随着Internet的商业化,用户对网络服务质量(Quality of Service)的要求也不断提高,需要路由器根据应用的需求提供多种类型的服务。如何在保证吞吐量的同时满足分组在带宽、延迟和丢失率等方面的要求是高性能路由器QoS技术所面临的主要问题。与传统的只提供无差别服务的路由器相比,支持QoS的高性能路由器不仅要利用交换和并行处理技术来提高系统的吞吐率,而且需要在体系结构、数据平面和控制平面的算法等方面进行改进,以满足Internet未来发展的要求。本文主要从拥塞控制、接纳控制和输入排队调度算法等三个方面对高性能路由器中的QoS关键技术问题进行了研究,主要贡献有:在拥塞控制方面,本文主要研究了如何利用路由器实现网络拥塞控制,提出了二阶段分布式拥塞控制方案,它将传统的基于末端系统的端到端控制分为核心网络控制和接入网络控制两个阶段,根据网络的具体情况分别控制拥塞。在核心网络拥塞控制的实现上,提出了基于速率和队列控制的近似公平带宽分配算法(RQ-AFB),主要面向当前的Internet结构,根据传输流的速率和队列长度动态地调整分组的丢弃概率,有效地解决了自适应和非自适应传输流之间的不公平带宽分配问题;此外,本文还提出了基于边界节点的聚集拥塞控制(EB-ACC),主要面向区分服务模型,通过在网络的边界节点引入自适应的流量调节算法,重点解决了聚集间的不公平性和拥塞崩溃问题。在接入网络拥塞控制的实现上,阐述了基于边界节点和基于主机的控制方案。在接纳控制方面,提出了面向区分服务网络的接纳控制方案(DS-CAC),重点阐述了DS-CAC方案中的信令处理过程和在分布式环境下对连接请求的串行化处理,并给出了基于边界节点、基于带宽代理以及同时利用边界节点和带宽代理实现的方案;提出了一种保证统计型QoS的接纳控制算法,重点阐述了如何利用聚集到达速率二阶矩数字特征和QoS约束来估计路由器的可用带宽;此外,本文还研究了在网络资源不够用的情况下的连接接入问题,提出了QoS适应算法并应用到面向对象的视频流的传输中。在输入排队调度方面,本文重点研究了支持多服务类的输入排队路由器的体系结构(MC-IQR),提出了支持多服务类的虚拟输出排队(MC-VOQ)结构和用于保证多种服务类QoS的层次调度结构,并在现有算法的基础上,给出了保证确定型的延迟服务和保证带宽服务的调度算法。
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