自相似业务的队列调度算法研究

论文摘要

随着网络传输服务业务种类的迅猛增加,人们要求互联网能够为不同业务提供不同的服务质量(QoS)。分组调度算法是实现网络服务质量控制的核心机制之一,是网络资源管理的重要内容。分组调度算法通过控制不同类型的分组对链路带宽的使用,使不同服务质量要求的数据流得到不同的服务。另一方面,近年来一系列的测量分析结果表明,网络业务流量呈现出自相似、长相关特性。传统的网络模型在描述实际网络业务时,忽略了这个重要特性,不能刻画网络业务的真实情况。分组调度算法和网络流量的自相似、长相关特性已经成为国内外研究的两大热点问题。本文将分组调度算法和网络流量的自相似特性相结合,开展了以下工作:首先,在了解排队论的基本原理及传统业务排队模型的基础上,将传统网络的短相关流量和现代网络的自相似流量进行了对比研究,描述了网络流量的自相似特性,给出了自相似的数学定义,归纳总结了自相似的特性及其对调度算法的影响。其次,对目前有线网络中使用的分组调度算法进行了深入研究。在分析总结调度算法原理、功能、分类和性能指标的基础上,重点研究了静态优先级调度算法、轮询调度算法和基于GPS模型的公平类调度算法的原理及性能,并对基于GPS模型的公平类调度算法进行了理论性能评价。论文的重点内容是在OPNET仿真平台上建立基于自相似业务的调度算法仿真模型,研究自相似特性对调度算法性能的影响。本文实现了PQ,RR,WRR,WFQ四类调度算法的仿真模型;通过自相似业务模型产生的数据驱动OPNET仿真模型进行了大量的仿真实验,对短相关和自相似业务下不同调度算法的性能进行了分析比较,重点研究了自相似特性(自相似参数H)和服务特性(缓冲区长度和利用率)对调度算法性能(时延、丢包)的影响,得到了一些有用的结论,可以作为今后调度算法设计与分析的参考依据。论文最后分析了自相似业务下WRR算法存在的问题,提出了改进的WRR算法。仿真结果表明,针对自相似业务,改进后的算法在时延和丢包率性能上优于原WRR算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究工作及论文内容安排
• 第2章 网络业务特性及性能分析
• 2.1 网络性能分析
• 2.1.1 网络性能评价指标
• 2.1.2 排队论原理
• 2.1.3 传统业务排队模型
• 2.2 网络流量特性
• 2.2.1 传统的短相关流量
• 2.2.2 现代网络的自相似流量
• 2.3 自相似特性对调度算法的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 分组调度算法的理论研究
• 3.1 分组调度算法概述
• 3.1.1 分组调度的原理
• 3.1.2 分组调度的功能
• 3.1.3 分组调度算法的分类
• 3.1.4 分组调度算法的性能指标
• 3.2 常用调度算法原理及性能分析
• 3.2.1 FIFO调度
• 3.2.2 静态优先级调度
• 3.2.3 轮询调度
• 3.2.4 分组公平类调度算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 自相似业务的队列调度算法仿真设计
• 4.1 网络仿真
• 4.1.1 网络仿真的必要性
• 4.1.2 仿真工具的选择
• 4.1.3 OPNET仿真步骤
• 4.1.4 自相似业务的队列调度算法仿真模型
• 4.2 自相似业务数据的产生
• 4.2.1 产生自相似数据的方法
• 4.2.2 FBM与FGN模型的实现
• 4.3 自相似业务的队列调度算法仿真模型的设计与实现
• 4.3.1 自相似业务源端的设计方法
• 4.3.2 调度算法的设计与实现
• 4.3.3 参数设置及统计量获取
• 4.4 本章小结
• 第5章 自相似业务的队列调度算法仿真及结果分析
• 5.1 短相关与自相似下调度算法的仿真分析
• 5.1.1 仿真参数设置
• 5.1.2 自相似业务与短相关业务下调度算法的时延比较
• 5.1.3 自相似业务与短相关业务下调度算法的丢包对比
• 5.2 自相似业务下调度算法的仿真分析
• 5.2.1 仿真参数设置
• 5.2.2 自相似参数H对调度算法的时延影响
• 5.2.3 自相似参数H对调度算法的丢包影响
• 5.2.4 缓冲区长度对调度算法的时延影响
• 5.2.5 缓冲区长度对调度算法的丢包影响
• 5.2.6 自相似业务源端个数对调度算法的影响
• 5.3 自相似业务的调度算法评价及改进意见
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录1: 缩略语
• 攻读硕士学位期间发表的论文