基于服务的网络端系统QoS的研究

论文摘要

随着Internet的迅速发展，需要更好网络服务的网络应用也越来越多，比如网络电话、视频点播、网络会议等。目前因特网只能提供“尽力而为”的服务，而不能为网络应用提供其所需的服务质量(QoS)。为了在因特网上提供QoS，目前已提出了多种解决方案，如综合服务、区分服务等。但是由于因特网体系结构本身的限制，这些方案离真正实用还有很远的距离。为了满足不同网络应用各种各样的QoS要求，本文从体系结构方面对网络提供QoS支持进行了深入研究。基于层次体系结构的TCP/IP网络在支持QoS方面有许多固有缺陷。虽然目前骨干网上支持QoS的传输已经具有一定基础，但是在网络端系统上支持QoS还面临着许多问题。非层次体系结构的出现对于改进网络服务质量提供了新的思路。服务元网络体系结构(SUNA)是一种新型的非层次网络体系结构。本文从端系统角度对SUNA的一种具体实现——基于服务的网络系统(SBNS)进行了探索，对如何提供端到端QoS进行了深入研究。同时系统分析了端系统支持QoS的要求，讨论了端系统提供QoS的必要条件，然后从资源控制、拥塞控制、处理调度和流量整形等多方面进行了深入研究，并对相应功能服务元提出了设计思想。本文主要作了如下创新性研究工作：1．提出了在SBNS端系统中实现QoS的框架。由于不同的网络应用对QoS有着不同的需求，因此端系统应具备协调不同QoS需求的能力。本文研究了端系统提供QoS应该解决的一般性问题，提出了SBNS端系统中实现QoS的框架。2．提出了端系统中一种基于延迟的拥塞控制改进算法(EDCA)。EDCA是在端到端DCA拥塞控制算法的基础上，进一步分析了每个数据报文的往返时延(RTT)构成，更加准确地估计网络拥塞状况，从而调节发送数据的流量，尽量避免拥塞发生。3．对服务元调度进行了深入研究，提出了一种动态调整优先级的服务元管理器调度算法(DAPA)。DAPA算法可以让端系统中不同类型的网络应用获得相应的网络服务。通过合理调度，对资源要求高的数据流会优先得到服务。4．提出了在端系统中一种基于报文的自适应流量整形算法PBATS。PBATS算法针对SBNS端系统的流量特点，综合考虑了比特速率和包速率的匹配问题，具有良好的整形效果，显著提高了网络的抗拥塞能力。5．实现了SBNS端系统原型，并以此组建了SBNS端系统的QoS测试床。该平台已成功运行了多种因特网上流行的网络应用。测试结果表明，基于SBNS的端系统能够很好地控制网络应用程序的QoS。最后分析了在现有TCP/IP网络中实现此端系统的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 当前网络的现状
• 1.1.1 QoS是网络应用发展的需要
• 1.1.2 网络端系统与QoS
• 1.2 因特网的QoS及其研究进展
• 1.2.1 综合服务模型
• 1.2.2 区分服务模型
• 1.2.3 Internet端到端QoS解决方案
• 1.3 新型网络体系结构及其研究状况
• 1.3.1 网络体系结构的概念
• 1.3.2 当前层次网络体系结构及其优缺点
• 1.3.3 新型网络体系结构的研究
• 1.4 基于服务的网络系统
• 1.4.1 SUNA的基本思想
• 1.4.2 基于服务的网络系统及其端系统特点
• 1.5 论文主要贡献
• 1.6 论文组织
• 第二章 SBNS提供的服务研究
• 2.1 引言
• 2.2 网络服务的一般性研究
• 2.2.1 网络应用的发展
• 2.2.2 现有网络系统提供的网络服务
• 2.2.3 网络服务的一般模式的研究
• 2.3 SBNS提供的服务研究
• 2.3.1 SBNS提供服务的分析
• 2.3.2 SBNS的服务组合及其端系统提供的服务类型
• 2.4 SBNS端系统QoS的实施框架
• 2.4.1 SBNS端系统QoS的特点
• 2.4.2 SBNS端系统QoS管理的内容
• 2.4.3 SBNS端系统QoS实施框架
• 2.5 小结
• 第三章 资源控制
• 3.1 引言
• 3.2 资源预留和访问控制
• 3.2.1 QoS网络通信的资源条件
• 3.2.2 QoS的定义
• 3.2.3 SBNS中的资源请求处理过程
• 3.3 流量监管
• 3.3.1 流量监管的作用
• 3.3.2 超出流量的处理
• 3.3.3 令牌桶流量监管原理
• 3.4 流量监管服务元（TMSU）
• 3.5 小结
• 第四章 拥塞控制
• 4.1 引言
• 4.2 当前网络的拥塞控制概况及分析
• 4.2.1 TCP/IP的拥塞控制
• 4.2.2 ATM的拥塞控制
• 4.2.3 当前拥塞控制的特点与展望
• 4.3 基于延迟的端到端拥塞控制研究
• 4.3.1 当前基于端系统的拥塞控制研究状况
• 4.3.2 影响RTT的因素分析
• 4.3.3 基于迟延的拥塞避免改进算法
• 4.3.4 仿真试验及性能分析
• 4.4 拥塞控制系列服务元的研究
• 4.4.1 SBNS端系统的拥塞控制功能
• 4.4.2 拥塞控制类服务元的设计研究
• 4.5 小结
• 第五章 服务元调度
• 5.1 引言
• 5.2 服务元的属性和组织
• 5.2.1 服务元的属性
• 5.2.2 微服务的属性
• 5.2.3 网络服务类型的组成
• 5.3 服务元管理器
• 5.4 SUM的调度研究
• 5.4.1 一种动态调整优先级的调度算法
• 5.4.2 SUM的调度分析
• 5.5 小结
• 第六章 流量整形
• 6.1 引言
• 6.2 流量整形研究概述
• 6.2.1 突发流量与流量整形
• 6.2.2 端系统中流量整形的特点
• 6.2.3 流量整形的基本算法
• 6.2.4 流量整形的研究概况
• 6.3 一种端系统面向报文流的整形方法
• 6.3.1 SBNS端系统的整形要求
• 6.3.2 一种基于报文流的自适应流量整形算法（PBATS）
• 6.4 流量整形算法分析
• 6.4.1 网络微积分
• 6.4.2 自适应整形算法的分析
• 6.5 小结
• 第七章 SBNS原型设计及其端系统QOS测试
• 7.1 SBNS原型设计
• 7.1.1 总体结构
• 7.1.2 一种GSocket的设计
• 7.1.3 微服务和服务元的设计
• 7.1.4 SDU格式
• 7.2 SBNS实施模型及分析
• 7.3 构建端系统QoS测试平台
• 7.3.1 配置监测系统设计
• 7.3.2 可扩充设计
• 7.3.3 辅助软件
• 7.4 系统QoS测试方案及其结果分析
• 7.4.1 测试目标和测试环境的构造
• 7.4.2 测试结果及其分析
• 7.5 SBNS设计思想在IP网络中的应用分析
• 第八章 全文总结
• 8.1 研究结论
• 8.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻博期间发表的论文、科研和著作