IP网络传输链路的拥塞控制与集群服务器端的性能研究

论文摘要

随着Internet的发展，拥塞己经不仅仅是在传输链路上发生了。事实上，由于Internet的服务质量是端到端的，从用户到服务器的整个路径上，任何一点都可能成为瓶颈，包括网络、服务器端，甚至用户本身。服务器端的服务瓶颈问题和网络链路上的传输瓶颈问题是目前我们所面临的最重大问题，本文研究了这两个问题并且分别给出了解决办法。为了解决服务器端的瓶颈问题，本文提出了一种新的主动自调度集群系统（NASACS），它通过设计一种新的TCP连接机制和新的调度框架，简化了集中器的功能，大大地减轻了集中器的负担。另外，通过服务器的双网卡配置，使集群系统内部结构的传输链路专用化，提高了传输性能，缓解了传输的瓶颈。然后，我们扩展了NASACS，在后端服务器上采用了基于三元操作序列数学模型的任务并发控制机制与储备任务等待队列相结合的容量控制机制，在前端集中器上采用了基于优先级的任务接纳控制以及分配控制。在NASACS中，后端服务器根据自己的空闲程度和容量控制机制去集中器中主动争取连接请求。通过后端执行服务器的这种“尽力而为”、“量力而为”的工作方式确保了负载的合理分配，而不再需要一个负载均衡器来进行复杂的负载均衡工作。关于传输链路上产生的瓶颈问题，本文对主动队列管理算法进行了研究。基于RED算法我们做了简易而有效的改进——设计了一个1／2次幂函数，用它来替换原始RED算法中计算丢包概率的一次线性函数，其他保持不变，称这种新的算法为PF-RED算法。在PF-RED算法中，当负载较低时，丢包概率比由RED得到的低，而当负载较重时，丢包概率比由RED得到的高，并且与RED不同的是，丢包概率随着负载的增加其增加速率越来越快而不是保持一个恒定的增长速度。通过基于OPNET的仿真试验证明这样的控制机制使得瓶颈链路的吞吐率得到了提高，并且不管是吞吐率还是队长对于参数maxp的敏感度都大大降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 传输链路和服务器端都成为了Internet应用的瓶颈
• 1.1.2 服务器集群成为了服务器系统的主要形式
• 1.1.3 主动队列管理算法成为了路由器上拥塞控制的研究热点
• 1.2 问题的提出
• 1.2.1 集群服务器端的服务瓶颈问题
• 1.2.2 链路的传输瓶颈问题
• 1.3 本文的主要工作及其意义
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 集群服务器系统与路由器拥塞控制研究现状
• 2.1 集群服务器研究现状
• 2.1.1 负载调度技术现状
• 2.1.2 集群体系结构现状
• 2.1.3 集群服务器系统的QoS研究现状
• 2.2 传输链路上的瓶颈问题研究现状
• 2.2.1 随机早期检测算法（Random Early Detection，RED）
• 2.2.2 GRED算法
• 2.2.3 其他 AQM算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 集群服务器研究
• 3.1 一种新的主动式自调度集群服务器系统（NASACS）
• 3.1.1 ASACS与传统集群的比较分析
• 3.1.2 NASACS（New ASACS—新主动自调度集群系统）
• 3.1.3 NASACS的实现方法
• 3.1.4 NASACS的优势
• 3.2 NASACS系统后端服务器上的容量控制机制
• 3.2.1 后端服务器上任务并发控制的数学模型
• 3.2.2 基于数学模型的容量分析
• 3.2.3 容量控制算法
• 3.2.4 算法分析
• 3.3 NASACS前端集中器上的请求接纳和分配控制
• 3.3.1 基于优先级的集中器中的请求接纳控制算法
• 3.3.2 NASACS前端集中器上的谓求分配算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 链路拥塞控制研究
• 4.1 基于1/2次幂函数控制的RED改进算法
• 4.1.1 包丢弃概率函数的设计
• 4.1.2 PF-RED算法
• 4.2 OPNET仿真方法研究
• 4.2.1 OPNET仿真关键技术
• 4.2.2 OPNET仿真建模方法
• 4.3 PF-RED仿真模型的建立
• 4.4 仿真实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 研究总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果