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IP网络QoS技术研究

2020-11-22阅读(616)

IP网络QoS技术研究

论文摘要

互联网能迅速发展到现在的规模,很大程度上要归功于其TCP/IP协议簇“尽力而为”（Best-Effort）的设计思想,大大降低了网络核心的复杂度和负担,使其能够迅速扩展,同时这一做法也使得网络缺乏对服务质量（QoS）的保证。随着网络规模的不断增大,各种各样的网络服务争相涌现,互联网已逐步向传输数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化,与此同时,传统电信业务的承载平台也正在向基于IP技术的分组交换系统转化,IP网络缺乏QoS保证的缺点正日益突出。在这种背景下,IP QoS已经成为未来IP网络发展的关键技术。 本文回顾了TCP/IP网络的原理,给出了IP网络QoS的定义以及实现思路和手段,在相关研究工作和进展的基础上,做出了如下创新工作: 1、针对下一代互联网研究计划Internet2提出的Scavenger Service（SS）的特点,提出了一种实现SS的对数自适应队列调度算法LAWRRQ。该算法用滑动时间窗口算法统计活跃流数量,并据此以对数的规律自适应地调整带宽在SS流和Best-Effort（BE）流之间的分配。算法利用对数函数的特性,在流数量统计精度和开销之间找到了平衡;利用流数量和总轮转片数对照表的方式克服了计算复杂性;针对SS数据包在缓冲区中堆积的现象加入了对BE队列的保护算法。实验结果表明,该算法在很好地保护BE流的同时,为SS流提供了更可靠的最小带宽保证,同Internet2推荐的现有队列调度算法相比,具有更好的调度性能和鲁棒性。 2、通过对SS聚合流内部公平性的研究,指出了SS不适用于非适应流的问题。随后研究了用于平衡带宽的FRED队列管理算法在SS下的性能,发现了对适应流存在较多误判的问题,并对其做出了改进,提出了MFRED算法,在算法中增加了一种误判纠正机制。实验结果表明,MFRED能有效平衡带宽在SS流之间的分配,明显减少了对适应流的误判,使得SS的适用范围从TCP等适应流扩展到UDP等非适应流。通过对MFRED中nactive参数值和实际SS流数量的关系的研究,提出了一种用nactive值近似估计活跃SS流数量并据此调节最低带宽保证的方法,并在实验中得到验证。 3、提出了一种确保服务中实现聚合流带宽按协议承诺信息速率比例公平分配的IEAM标记算法,将TCP中的AIMD控制思想引入到聚合流标记速率的调整上面。在该算法中,核心路由器通过检测IN包平均队列长度,标记反方向转发的数据包,进行直接拥塞信息反馈;边界入口路由器根据拥塞反馈信息采用一种AIMD的方式进行标记速率的调整。该算法和已有方案相比,具有简捷、自适应性和可扩展的特点。模拟实验表明,IEAM标记算法在不同网络条件下,

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景和意义
  • 1.2 主要研究工作
  • 1.3 研究方法
  • 1.4 本文的组织
  • 1.5 本章小结
  • 第二章 TCP/IP网络及其QOS概述
  • 2.1 分组交换网络及其拥塞现象
  • 2.1.1 电路交换和分组交换
  • 2.1.2 拥塞产生的原因及其控制
  • 2.2 Internet和TCP/IP协议
  • 2.2.1 Internet简介
  • 2.2.2 TCP/IP协议的层次模型
  • 2.2.3 网际层协议——IP
  • 2.2.4 运输层协议——TCP/UDP
  • 2.3 IP QoS的定义和实现
  • 2.3.1 IP QoS的定义
  • 2.3.2 IP QoS的实现
  • 2.4 IP QoS主要模型和机制概述
  • 2.4.1 Intsery/ RSVP模型
  • 2.4.2 DiffServ模型
  • 2.4.3 MPLS和流量工程
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 一种适用于Scavenger Service的对数自适应队列调度算法
  • 3.1 引言
  • 3.2 Scavenger Service及其队列调度算法
  • 3.2.1 Scavenger Service简介
  • 3.2.2 问题的提出
  • 3.3 LAWRRQ算法的设计思想和实现
  • 3.3.1 LAWRRQ算法的队列调度机制
  • 3.3.2 LAWRRQ的队列缓冲区分配
  • 3.4 实验与分析
  • 3.4.1 仿真环境
  • 3.4.2 Scavenger service的实现
  • 3.4.3 对BE流的保护
  • 3.4.4 BE流满载时算法对Scavenger Service流数量变化的反应
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 Scavenger Service的公平性——MFRED算法
  • 4.1 引言
  • 4.2 公平性的定义和评价方法
  • 4.2.1 最大-最小公平性
  • 4.2.2 比例公平性
  • 4.2.3 潜在延迟最小化
  • 4.2.4 公平性的加权因子
  • 4.2.5 公平性指数
  • 4.3 Scavenger Service中的公平性问题
  • 4.3.1 IP网络公平性的相关研究
  • 4.3.2 Scavenger Service公平性的实验和分析
  • 4.4 MFRED:一种改进的 FRED算法
  • 4.4.1 FRED在Scavenger Service下的问题及其改进
  • 4.4.2 MFRED和 FRED的对比实验及分析
  • 4.4.3 MFRED对SS流带宽的平衡作用
  • 4.5 根据nactive参数值调节SS流最小保证带宽
  • 4.5.1 nactive值和SS流数量的关系
  • 4.5.2 实验验证
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 确保服务中一种基于域内ECN反馈的AIMD标记算法
  • 5.1 引言
  • 5.2 相关的研究
  • 5.2.1 确保服务中聚合流带宽分配的不公平性
  • 5.2.2 改善公平性的方案
  • 5.3 IEAM算法的设计思想和实现
  • 5.3.1 核心路由器的队列管理和拥塞信息的反馈
  • 5.3.2 边界路由器CIR的调整
  • 5.3.3 AIMD调节应用在TCP和IEAM中的异同比较
  • 5.3.4 入口路由器的标记机制
  • 5.4 实验和分析
  • 5.4.1 实验拓扑和配置
  • 5.4.2 比例带宽分配的实现
  • 5.4.3 承诺信息速率的调整
  • 5.4.4 对链路带宽利用率的影响
  • 5.4.5 不同聚合流在不同时刻启停
  • 5.4.6 用户带宽需求存在限制的情况
  • 5.4.7 其他因素的影响
  • 5.4.8 有关参数的讨论
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 无线移动IP网络中的 QoS
  • 6.1 引言
  • 6.2 移动 IP简介
  • 6.3 DiffServ在移动IP网络下的扩展
  • 6.4 IntServ/RSVP在移动IP网络下的扩展
  • 6.4.1 资源预留管理
  • 6.4.2 预留路径重建
  • 6.4.3 移动代理设计
  • 6.4.4 与移动管理机制的结合
  • 6.5 一种快速移动IPv6下的QoS机制
  • 6.5.1 方案概述
  • 6.5.2 实验分析
  • 6.6 本章小结
  • 第七章 结论与展望
  • 7.1 主要结论
  • 7.2 对IP QoS的展望
  • 附录: ns2网络仿真研究方法简介
  • 附录: 缩略语
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表（完成）的学术论文
  • 攻读学位期间作为主要人员参加的项目
  • 致谢

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