（计算机应用技术专业论文）基于计费和协商的接纳控制研究.pdf

南京邮电学院硕士研究生学位论文 摘要 随着i p 业务的多样化和多媒体技术的飞速发展，计算机网络的服务质量q o s 问题也 已经成为网络研究领域的重点之一。q o s 的控制和管理是指计算机网络系统采用一定的方 法接受用户应用的服务请求，并保证其q o s 过程，它包括接纳控制、计费和协商等功 能。接纳控制是综合分析当前的网络状态，判定当前网络的可用资源是否满足新进业务 流的q o s 需求，并做出接纳决定，从而保证允许接入的实时业务的服务质量。计费功能 激励人们选择更适合自己的应用，是调节资源分配、拥塞控制和接纳控制的有效方法。 q o s 协商是指用户与系统之间就所传输信息的服务质量进行交互，最后根据应用和系统资 源状况确定系统和用户的q o s 的过程。 虽然现在关于接纳控制算法的研究有很多，但是将计费、协商和接纳控制三者集成 一个整体进行资源分配的研究还相对较少。本课题将计费、协商与接纳控制相结合，提 出了基于计费和协商的接纳控制方法。接纳控制的两个目的分别是保证已接纳用户利益 不受损害和最大化地利用网络资源。本文提出的方法除了达到以上两个目的外，还有以 下几个特点： ( 1 ) 计费的引入限制一些用户尽可能占用资源的欲望。 ( 2 ) 利用基于使用的价格策略调节供需并减轻了接纳控制的负担。 ( 3 ) 协商纳入研究范围使得接纳控制变得具有灵活性和更具人性化，使得用户可对应 用的服务质量和价格两方面综合测评，根据自己偏好选择方案。 最后的理论分析说明，本文在协商算法提出的价值评估曲线大致符合用户的意愿； 对于服务提供商来说本文提出的方法在满足用户要求的同时还获得比平坦式计费方法更 高的回报。仿真结果显示，相比一般的接纳控制算法，本文提出的方法提高了网络资源 利用率：而相比平坦式的计费方法，本文中的方法能更好地保证用户效益。 关键词：q o s ：接纳控制；计费；协商；带宽代理； 壹塑塑皇兰隧塑主受塞圭兰堡燕皇一 a b s t r a c t w i t ht l l ei n t e m e te v o l v i n gi n t oam u l t i s e r v i c en e t w o r ka n dm or a p i dd e v e l o p m e n to f 搬娃l | i 翔i a 靶e 孰l o g y ，摄es u 晦靠( 沁s ( q u a l i t yo fs f v i c e ) h a s & c e 翔eo n 。o ft h ei m p o r a n t n e t w o r kr e s e a r c hf i e l d s t h e 铀c t i o no fq o sm a n a g e m e 眦a n dc o n t r o l ，i n c l u d i n ga d m i s 8 i o n c o n t r 0 1 ，p r i c i n ga sw e l la sn e g o t i a t b n ，i st oa c c e p tu s e ss e “i c er e q u i r e m e mb ys o m em e t h o d ， a n de n s u r et h ep r o c e s so fq o st r 徽s p o 娃a t i o n 。t b o u g h 攮oi n t e 静采e da n 越y s i so fn 文w 。戍s c u r r e n tg t a t e ，a na d m i s s i o nc o n t m la l g o r i t h md e t e r n l i n e sw h e t h e ro rn o tt oa c c e p tan e wn o w s 毽c h 氆鑫a l ll | s e 珲w i l lf e c o i v ot 沁 rf e q u i 羚dp e r f b 蕊a n c e p 焱e ec a nb e n s i d e r e da s 氇e e 侬c t i v em e a n sf o r r e s o u r c ea l l o c a t i o n ，c o n g e s t i o nc o n t r o la n da d m i s s i o nc o n t r o li n 也a ti to 代r s t n e c e s s a r yi e n t i w sf o ru 嚣e r st oc h o o s ot h es e r v i c e st h a tm o s ts u i t a b l ef o rt h e i rn e e d s q o s n o g o t i a t i o ni st h ep f o c e s su s e db yac l i e n la n das y 辩e mt o r e a c ha 珏a 秽o e m e n to nq o s c h a r a c t e r i s t i c sf o rt h e i rs e i c e sc o n s i d c r i n gt h e i re x p e c t e dl o a d ，n e t w o r kc h a r a c t e r i s t i c sa n d o 搬e fi n 爨r 哇i 鑫l 蠡e t o 撙。 a l t h o u g hm e r ea r em a n yr e s e a r c h e si nt e r m so fa d m i s s i o nc o n t r o l ，m o s to ft h es t u d i e s c o n s i d e rt h ep r i c i n g ，n e g o t i a t i o na sw e ha sa d m i s s i o nc o n 在d la ss h r e es e p a r a t em a n a g e m e m f h n c t i o n s u s i n gp r i c ea sap r i m 烈_ ya d h l i s s i o n 翻t 露姓o n ，i c i n ga n dn e g o t i a t i o nb a s e d a d f n i s s i o n c o n t m l i sp r o p o s e di nt h i sp a p e r t w om 萄o rp u r p o s e so fa d m i s s i o nc o n t r o i ，w h i c ha r eg u a r a n t e e o f 艇m i 拄e df l o w 越d 瓣a x i 强i z 蘸i o 珏o fn e l 粥瘦把s 0 獬c e 是h 斟eb e 髓a c 魏i e v 醯b y 氇i s 婶p r o a e h ， i na d d i t i o n ，t h e r ea r es e v e r a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep r o p o s e da d m i s s i o nc o n t r o la p p m a c h ， 1 ) 甜撼i n 蛳d u c t i o no f p r c i n gl i m i t st h cg 。e e d i n e s so f s o m eu s e r ； 2 ) t h ed y n a m i cp 娃c ei n f l u e n c e st h ed e m a n do fl l s e ra n d 啦e r e f o 揩f e d u e e st h eb u 成拄o f a d m i s s i o nc o n t r 0 1 3 ) 羊趣i n gi 珏t o嚣c e o 毡融麓g o t l a 耄i o 壬l ，醛m i 巍。砖e o 珏妇l b 蹿。撩e sm o r e鑫o x 懑l ea n d h u m a n i z e d 。u s e rc a f ls i n g l eo u tm es e r v i c eo 仃c ra c c o r d i n gt 1 1 e i rp r e f e r e n c e f i n a l 玲t h r o u g h 镶et h e o r e t i c a ia 蕊y s i s ，t b ef e l a t i v ew o r t hc u r v eo fn e g o t i 丑t i o np r o c e s s p r e s e n t e di nt h i sp a p e ri sa p p r o x i m a t e l yi na c c o r dw i t hu s e r p 畔f e f e n c e 。w h a t sm o r e ，t h el s p n o to n l yo f f e r 小es e r v i c es a t i s 野i n gu s e rb u tg “h 噜h e rp r o n tt h a nf l a tp r i c i n gp o l i c yb yu s i n gt h e m e l b dp p o s e di n 幽ep a p 嚣t b 羚s l l l to fs i 搿堪蠢。琏e x p 嚣i 擀e n t 蠢o w e d 镪a o 戳m e 氆o d i m p r o v et h en e t 、r kr e s o u r c eu 枷i t yc o m p a r e dt og e n e r a la d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h i n ，甜l da tt h e s a m et i f n eo u rm h o dr e e e i v e d 辆酶e rl l s e r p f o f 赴壤a n 氇a 耄o ff l a 毫p 娃c i n gp o l i c y 。 l 妇y w o r d s ：q u a l i t yo fs e “i c e ，a 妇l l s s i o 建c 蝴l ，p 蛙e i 珏g ，q o s 凇g o t i 舔黼，b 熊捌d 攮函羹嚣。 一i i - 南京邮电学院 硕士学位论文摘要 学辩、专难：工学计簿祝应用 研究方向：i p 网络技术 作 者：塑互级研究生 张丽 指搏教师毯登堡 题目：基予计费和协商的接纳控制研究 荚突题嚣： r e s e a r c ho na d m i s s i o n 雠l 越b a s e do np r 主e i n ga n d n e g o t i a t i o n 皇题谣：q o s 接缡控铡计费撩齑带竞代理 k e y w o r d s ： q u a l i t yo fs e i c e a d m i s 8 i o nc o n t r o l p r i c i n g q o sn e g o 耄i a 主i o n b a n d w i d 斑1 ) r o k e r 漾怒寒嚣：涯苏省赢校蜜然科学戮究计掰基金资助顼露 ( 0 2 b 5 2 0 0 0 2 ) ：基于移动代理的网络服势质量研 究。 南京部瞻学院硕士研究生学位论文 缩略词 缡略词英文全称 a fa s s u r e df o n v 8 r d i n g a sa u t o n o f n o u ss y s l e m b bb a 羽w i d t hb r o k e f b eb e s t e f f b n c a cc a i la d m i s s i o nc o n t r o l c l sc o 嫩1 1 0 a ds e 掰i e e d i f 藿s e r vd i f f e r e n t i 越e ds e r v i c e s d rd a t e r a t e d s c pd j f 记r e n t i a t e ds e r v i c e sc o d ep o i n t e a c e n d p o i n ta d m i s s i o ne o n t m l 嚣c n e x p l i c i te o n g o s t i o nn 嘏f c 求 o n e f e x 辨d i t e df o 洲a i 迂i n g f c f s f i r s tc o m ef i r s ts e “e d f lf l a tp r i c i n g f rf r a m er a t e f sf r 籼es i z e g n a cg e n e f a la d m i s s i o nc o n t r o l g sg u a f a n t e e ds o r v 至c e l 纛毽e “ | n t e g f a t e ds e r v i e e s l s pl h 姥m e ts e “i c ep f o v i 如f 译文 确保转发 舀澹系统 带宽 弋理 尽力而为 连接接纳控制 受载受控骚务 区分服务 数据速率 差分服务编码点 端点羧纳控制 显示桶塞逶稚 翔逮转发 先到必暇务 平坦式计费 帧速率 帧大小 一般接纳控制算法 确保目陵务 综合溅务 网络l 整务提供囊 m b a cm e a s u r e m e m - b a s e da d 衄s s i o nc o n 哟! 基于测量的接纳控制 5 8 崩京邮电学院硕士研究生学位论文 m p l s n p m p n a c p h b q o s r s v p s 毛a u p m m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 多协议标签转换 n o n u s a g e b a s e dp r i c i n gm e c h a i l i s m 基于使用的计爨 a d m i s s i o nc o n t l d lb a s e do np r 量c i n g a i l dn e g o t i a t i o n p 材h o pb e h a v i o r 簇子计费和协巍静接纳控澍 每一跳行为 q u a l i t yo fs e r v i e e溅务质量 r 。s o u r c er e s e n ，a t i o ns e t u pp r o t o c o l 资源预留协议 s e i e el e v o la g 持e 搬e n t 羧势矮量秘议 u s a g e _ b a s e dp r i c i n gm e c h a n i s m 不基于使用的计费 南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 王终及取褥的磅究成暴。尽我鼷絮，豫了文申特裁热以标注翻致谢憋 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰霹过的研究成果，也不包 含为获褥离京邮电学院或其它教育机构的学位或证书露使用过殴材 料。与我一同工作的闻志对本研究所做的任何贡献均邑在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 磷窥釜签名： l 毳乏垒 曩簸： 垒。l 垒 南京邮电学院学位论文使用授权声明 煮京龆电学院、中国科学技术信息研究腰、国家溪岛馆畜投绦鏊 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的态容积纸质论文的内容楣一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊蹩) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：l 塾硒 导师譬名j + j ；j ! i 嘲9 期：! f 一一 南京都电学院鞭士醑究生学位论文 弓i 言 引言 随着近年来网络技术和多媒体技术的飞速发展，人们对网络服务的要求也在不断提 藤，逐渐从“尽力而为”服务转向了露q o s 保证的服务，因此计算枫网络的q o s 的问题 瞧残为霜络领域的研究热点。接藜控涮是( o s 管憨功麓豹一个主要部分，它虢像藏络瑞 口的一个门砸，保证已鼗记的应用流进入和管理新进流的接入，从而起到控制网络负载 的作用。有人提出随着技术的进步，网络带宽将不凝增大从丽露致网络资源冗余，接纳 控麓将不秀褥要。毽楚文献【l 】指出，嚣兹还没有爨溪网络资源豹供应将会大于用户需求 的迹象。因此接纳控制逐是必须的。豳内外关于按纳控制的算法的研究有很多，如基于 测量的接纳控制1 2 】、基予溅点的接纳控镥妒l 、基于带宽代理的接纳控制f 4 l 等等。计费也是 q o s 管瑾秘髓静缀成部分，叠兹使用锻广泛豹平遁式计费模式不能实现区分豹q o s 亡 费 功能，因此备国专家学者提出了各种计费策略，使得计费发挥丁拥塞控制等功能。目前 研究比较多孵几种计费模裂主要有灵灞市场计费模粼f 5 l 、边界定价计费模型 6 l 簿。 大多数磷究都把接缎控翻和诗费梭看成两个分开静q o s 管瑷功能，两将计费和接纳 控制集成一个整体进行资源分配的研究还相对较少。本文不仅将计费和接纳控制相结 合，还将协商功能绒入研究范围，提嫩了基于计赞秘协商的按绒控制方法。根据网络鲍 状态使嗣不两的计费策略，使褥计费怒禹了减轻接缡控制受趱豹作孺著尽可能最大纯的 利用网络资源。协商的引入提供了用户选择方案的可能性，让用户按自己偏好选择方 案，从丽使得按纳控制交褥具有灵活性和更具人性健。 本课题来源予江苏省商校自然科学研究计翔基焱资劲瑷碧( 0 2 k j b 5 2 0 2 ) ：基于移 动代理的网络服务质量研究。课题主要研究研究内裙主要是q o s 的管理，具体包括客户 与服务器的q o s 协商、艨孀的接纳控镱4 、资源的预壤分配、q 时s 指标的实融监视稳0 0 s 参数的动态调整等，敷及如何稻震移动代理实现协商和q o s 参数的动态调鍪等。 本文的主要贡献是：研究当前国内外的接纳控制技术和计费方法，分析比较几种接 纳控制算法葶珏计费机制，辨在此基础上提出一种掰盼q o s 接纳按亲技术，鞠蒸于份格秘 傍商的接缡控铡。该接缡控制算法主鞭特点在于一方面价格枫制的引入限制贪婪的网络 流量请求，发挥其接纳控制功能；另一方面，协商功能的使用搬高了网络资源利用率。 除此之钋，遮提出了端到端q o s 接纳控制的方法。最蜃对本文提出我接纳控制方法进行 理论分祈和试验嵇真，潋说明本文提浅的价值评嵇赫线丈致荐含用户韵意牒；对于服务 瘫寨部电学簇疆士辑究生学整论文萼 言 提供商来说该方法比平坦式计费方法获得更高的回报，同时更好地保证用户效益；相比 一般的接纳控制方法，该方法能进一步提高资源利用率。 全文冀分为嚣令章帮，态容组织翔下： 第一章魑关于接纳控制方面的内容。首先介绍了q o s 定义和相关研究成果，从而引 出了接纳控制概念，进谣介绍接纳控制的基本框絮、接纳控制的各个组成部分，最后重 点介绍了几个代表性豹接缡控潮算法。 第二章主要是讲述了计费方面的有关内容。酋先介绍了计赞的作用、计费涉及的领 域及分类方法。接着是阐述了几个代袭性的计费模溅，并重点慰平坦式的计费模型和基 于使瑶豹谛爨模型骰了戳较，觚蔼霉滋基于使麓麴计费旗壅楚_ | 三i 螽计费麓矮静主要方 向。然后简骚介绍了基于q o s 的计赞模型，包括综合服务的计赞和区分服务的计费，最 后阐述了计爨与接纳控制的关系。 第三章提密了基予计费稻密巍酌接缡控制方法。黄先大致概括了本次设计的特点， 然后分为计赞、协商、接纳控制三个部分阐述。计费部分论述了通过价格控制需求以减 少接纳控制的工作量。协商郝分提出了价值评估曲线来帮助用户选择方案。接纳控制部 分介绍了将计费管理功能纳入虱蒂宽代理服务器中，借助带宽代理来实现奉谍遂的接纳 控制方法。 第四章罄先给出了协商价值评岱拄鞋线蛇理论分耩，然后分析本文提出方法的用户效 糟。最后翻掰仿真与一般接纳控割方法和平毽式诗费方法跑较，袄两个方谣诞鹱了本谍 题提出的基于价格和协商的接纳控制襁提高资源利用率的同时很好的保证用户效益。 最后总缡了本文所做的工作，势说明了本课题下一步工作的獯点。 2 南京邮电学院硕士研究生学位论文第一章接纳控制技术的实现机制 第一章接纳控制技术分析 1 1q o s 基本概念 近年来，随着i n t e m e t 的高速增长，i p 业务也得到了快速增长和多样化。特别是随着 多媒体业务的兴起，计算机已经不是单纯的处理数据的工具，而是越来越贴近生活，计 算机的交互越来越实时和生动，这对计算机网络也就相应地提出了更高的要求。但是传 统的i p 网络所提供的是“尽力而为”( b e ) 服务，在这种服务模型下，所有的业务流都 “一视同仁”，公平地竞争网络资源，路由器对所有的i p 包都采用先来先处理( f c f s ) 的工作方式，同时尽最大努力将i p 包送达目的地。对那些有带宽、延迟、延迟抖动等特 殊要求的应用来说，现有的“尽力而为”服务显然是不够的。尽管由于网络技术的发 展，网络带宽以及网络速度都得到了极大的提高，但需要通过网络传输的数据却也几乎 以与网络发展速度相同的速度增加，甚至超过网络发展的速度，这使得网络带宽与网络 速度依然成为瓶颈问题。同时，近年来发展起来的一些新的应用( 如多媒体应用，组播 应用等) 不仅增加了网络流量，更因为这些应用改变了以往i n t e m e t 上的流量性质，因而 它们需要全新的服务要求。由于不具备服务质量保障特性，不能预留带宽和限定网络时 延，因此目前的i n t e m e t 无法支持许多新的应用，如远程教学、远程手术、远程会议和学 术交流等。 q o s 的研究目标是有效地为用户提供端到端的服务质量控制或保证。q o s 就是网络单 元( 如应用程序，主机或路由器) 能够在一定级别上确保它的业务流和服务要求得到满 足。q o s 并没有创造带宽，只是根据应用程序的需求以及网络状况来管理带宽。 r f c 2 3 8 6 j 中对q o s 的描述是：q o s 是网络在传输数据流时要求满足的一系列服务请求， 具体可以量化为带宽、传输延迟、延迟抖动、吞吐量、丢失率等性能指标。这些性能指 标的具体含义是： 传输延迟：指两个参照点之间发送和接收数据包的时间间隔。 延迟抖动：指在同一条路由上发送的一组数据流中数据包之间的时间差异。 吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 丢失率：在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。数据包丢失一般是由网 络拥塞引起的。 3 南京邮电学院硕士研究生学位论文第一章接纳控制技术的实现机制 为了解决f pq o s 问题，i e t f 已经爨出了几种服务模螫和机制，主要肖： ( ) l 嫩s e 删r s v p ( 综台羧务鄹资源鞭塑揍议) 【8 j ：以r s v p 镶令向鹅络提豳业务浚 传输规格，并建立和拆除传输路径上的业务流状态。主机和路由器节点建立和保持业务 滤状态信息。爆管r s v p 经常用予单个流，僵墩用于聚流的资源预留。 ( 2 ) p i f 嚣e w ( 嚣分服务) 一j ；在区分服务网络孛，迭爨鼹由器撮握用户豹滚嫂掺壤瘸 户流划分为不同的级别，再聚合成流聚集，聚集信息存放在i p 包头的d s 标记域，称为 d s 标记( d s c p ) 。内部节点则根据d s c p 提供不同质量的调度转发服务。 ( 3 ) m p l s ( 多按议标签交换) l l 趣；嫠于撂签豹交换方式龛诲鼹由嚣在终转发决定粒 时候仅仅以简单的标签为基础，而不是基于目标i p 地址作复杂的路由查找。 1 2 接纳控制技术应用分析 l 。2 1 接她控制的基本概念 q o s 的另种描述，是指发送和接收信息的用户之间以及用户与传输信息的综合服务 网络之间关于信息传输的璇量约定。该约定可以被理解为服务提供者与用户之间的 傍服务契约，鞠服务提供纛零担支抟绘定熬服务矮爨，当鼠仅当髑户按照约定熬莹感滚 特征产生数据。换句话说，服务质量包括用户的要求和网络提供糟的行为两个方面，是 糟户与服务提供者两方面的主客蕊标准的统一。用户的要求怒指用户在i n t e m e t 上进行多 媒体通信对藏要求的鼹务类型以及相应豹按输性能彀矮量等；网绥骚务提供尝戆行为曼| i 指i n t e m e t 针对某一类服务所能提供和达到的性能与质量。 q t ，s 搬浅f 攫务楚啵，憋撬攀莪) 蚕lm l 国s 筒用户戳及瓣终系统的关系 4 南京邮电学院硕士研究生学位论文第一章接纳控制技术的实现机制 q o s 控制的目标是为i n t e m e t 应用提供服务区分和性能保证：服务区分是指根据不同 应用的需求为其提供不同的服务：性能保证则要解决诸如带宽、丢失、延迟、延迟抖动 等性能指标的保证问题。在i m e m e t 提供q o s 需要自顶向下所有网络层以及端到端( 即从 信息的发送者到接收者) 的所有网络元素的整体协作。q o s 与用户以及网络系统的关系如 图1 1 示。从图中可以看出，q o s 不是网络中某个个体或元素的行为描述，它涉及到用户 与用户、用户与网络以及网络内部节点的整体行为。如在多媒体通信中，从网络内部的 路由器、交换机到视频服务器都有研究者提出相应的接纳控制算法。视频服务器接纳控 制问题可以这样来定义和描述：在给定每一个客户关于视频服务的实时性能要求的情况 下，一个视频服务器必须采用适当的接纳控制算法，以确定当接入一个新的用户后，是 否会破坏系统中已有用户的性能要求【l “。也可以说，当有一个新的用户请求到达视频服 务器时，看看系统中是否有足够的资源来接入该用户，同时保证已在系统中的用户的不 受到影响。而当前国内外对视频服务器设计的研究可以分为存储子系统、通信子系统和 操作系统支持三方面，其中在磁盘i o 调度和c p u 调度( 也即存储子系统和操作系统) 方面的接纳控制研究相对较多。 同样，在提供q o s 保障的路由器或者交换机中，它们必须能够按照o o s 预定来分配 和维持有限的资源。因此，路由器或者交换机也许会拒绝一些对当前应用流造成损失的 新流接入，这种决定是否接入新流的过程就是接纳控制【b 】。本课题主要是研究路由器上 的接纳控制。 1 2 2 接纳控制的框架结构 接纳控制方案主要由三个基本的组成部分构成：流量描述、接纳标准和测量过程。三 者之间的关系如图l 一2 所示。 图i - 2 接纳控制方案基本组件的关系 5 瘫京郯电学院 蘸士礤究生学链谴囊蒋一章接纳控裁技零静实现氍裁 ( 1 ) 流燎描述 一个溅爨描述是一缀表示一个漉鬃源的特征参数。典型的流爨描述是令牌撩，一个 令牌桶包含填充比率r 移令牌桶大，j 、6 。在任何大予一个包的话输时阕f ，接述贼令牌桶翡 源最多将发送r f 帕的流徽。有时一个令牌桶也容许峰值速率p ，落约束最小包间隔时间是 ，勿。无论如馋，流量描述允谗流渍足接纳控制的用法要求。 ( 2 ) 测璧进程 接纳控制算法可能需礞一些参数，如输入。遄常使用的参数是聚集流缴的平均到达 速率。如果假设应羁漉熊精确地使用溅量描述表承蚀们鲍流量特征，那么接纳控制单元 在流量插述巾就靛使用简荦的参数。然而，实对流懿源的特薤怒穰难表示黼艇令牌桶参 数只能提供很松散的流擞速率上界。溺出现实际的流量突发时，如果接纳控制只是基于 在呼叫建立时提供的难参数，那么瓣终利用率非常低。因_ | 毙，接纳控制擎元应该检测 网络的动态变纯和使用测黛( 比如鄯辩的网络受稳秘包的延迟) 涞做出它的接纳决定。 ( 3 ) 接纳标准 接纳标准是接纳控镪方案接受或摄绝滚的残则。既然分醚绘滚量类的掰络姿源是被 该类的所有流分享，那么接受新的流豹决定可能影响接纳特殊瀛的服务品簸承诺。新流 也会影响到较低的优先权类中流的服务品质。因此，接纳控制决策通常是根据估计新的 滚对其他的溅的影响和网络蕊剥焉髫橼进行判断。接纳控制其抟瓣接纳标凇主要是速率 和、等值容爨、可接受隧黻及延迟和带宽约束等。比如速率和( r a t es 岫) 标准是很简单 的不等式： v + r s 掰 f l l 其中v 是预留资源总数，r 怒新流的速率，“是流量类的分配带宽。 1 2 3l n l s e w 释d i f 暇e r v 盼接纳控制 f 1 ) i n t s e r v 接纳控稍 i n t e m e t 上的应用并不能进行资源预约，i e t f 于1 9 9 4 年提出了i n t e m e t 综合服务体系结 梅，定义了寅瑰应鼹q o s 保证静续梅。该鲮构为上炭瘦霜提供其鼹要求的端戮蠛的q o s 绦 证( e n d 韵- e n dq o sg u t e e ) ，并襁据其服务数据包的q o s 要求选择服务类型。其中包 括的q o s 控制技术有：服务类型分类、先进的阻塞管理技术、网络带宽消耗的排队算法、 资源颈蟹协议( r s v p ) 、限制延迟秘延迟辩魂等。l 燃s e “模型锻据秀类嚣舞实时通信璧 的服务：确保服务和可预测服务，它们在受控静共攀链路中加以集成，即程攘来如钯m 文 的尽力服务( b e ) 的基再出上。增加确保服务( g s ) 和负载受控服务( c l s ) 。假设网 6 礴寨都电学院骥圭磅究生学往论室 第一掌接纳控翻技术懿实琏瓤裁 络资源是可以显式管理的，那么，资源预留和接纳控制就是实现这种服务的关键。服务 模型包括一系列服务提交，服务提交由派生豹服务实体分类，她们与单个流的q 。s 或混合 流的可莉霭搽源聚集穗关。混合流的鞭务提交，簧求网络强须农各个流之阍合理遣分配 资源，资源的分配是通过逐个流协商的。 综合业务模型斡特点就是资源预鼹。对于宥q o s 要求的应爆在进萼亍数掇传输前，必 须先透遘资源预餐漭议建立通信路径，并预留能满跫q o s 要求的资源。当传输路径上韵 路由器接收剐相应的r s v p 请求时，检查是否有足够的资源能满足这次传输的o o s 要 求。这当然觳括要考虑农接续了这个鹰恁基，会不会影喻到已稳的弹性业务。当确信鸯 能力满是q o s 要求时，馁发送确认酒想，并把r s v p 请求向路径中的下一路由器节点传 送。当一个中间节点不能满足相应的请求时，它便向接收方发送拒绝信息，拒绝此o o s 请求。接绒羧裁可以保诞所有被接受戆、妲务请求的q o s 要求郝可以褥烈满足。 f 2 ) d l 憾e r v 接纳控制 与i n t s e r v 体系相对照，d i f 璐e r v 的处理对象从一个单独的皮用数据流变为具有相同 服务质量要求的滚的聚集( b e h a v i o ra g g r e g a t e ) 。数据包在d i 联s e 抖域豁入鼹路由器搬 据l p 分缎头部的d s 字段中d s c p 值被翊分为若干类，分别辩应一种转发机制 ( p h b ) 。汇聚的含义在于路由器可以把q o s 需求相近的各业务流看成一个大类，以减 少调度算法蹶处理的队列数；p h b 的含义是采用逐跳的转发方式，每个p 壬b 对应一静转 发方式或0 0 s 要求。 d i f 硌e r v 的结构模型通过检查位于i p 包中的d i f 撂e r v 域标虑来进行会话分类和聚合 实现可扩展性。i p 包采粥分类和标志泉接收每一个特别的、基于每一虢的转发蠢为。在 途中的节煮上，通过复杂的分类、标恚、策略控制和流量整形攥作，网络资源被分配给 不同q o s 特憔的会话。嶷际上d i f f s e r v 是一种分级c a c ( c a l la d m i s s i o nc o n t r o l ，连接 接纳控制) _ j 爨路由体系结稳。在璜f 零e “结梅下，接缡控制方象一般提供确定激蟊统计型 两种不同的服务类型。统计型方法一般采用带宽代理( b a n d w i d t h b r o k e r ，b b ) ，利用整 个网络的预留状态和资源信息保证端划端服务。统计型方法与确定型方法不同，它是以 一定驰概率保证溃到斌懿暇务，能够撼褒网络懿剽惩率。在统诗型方法中一个最錾磺突 热点方向是蛹点接纳控制( e n d i n ta d m i s s i o nc o n t m l ，e p a c ) 算法，它试阕把i n t s e r v 容易保证端剡端服务的优点和d i f f s e r v 可扩展性的优点综合起米，该方法对当前网络状况 提供不精确的溅量。在e p a e 的设计审，终端主搬逶过发送一定数据率的搽溅包来攘测 嘲络的状况，该探溪4 包预留和记录包丢失结果。 7 巍京都电学 凳鹾士蜡究生学链论文第一掌接缩控锄技术豹实囊辊裁 1 3 几种典烈接纳控制技术比较 一、基擎参数戆接续燕裁算法 此类算法常常基于预知或简化的流缴模型，例如假设所有流的到达都为泊松过程并服 从独立同分布。据此获得描述每个流的流量特性的参数，然后根据这些参数估计所需资 源( 絮最舔憾况下酝霉蘩变戆峰篷) 熬总秽。姿麓瓣渡菱篷接缡潺求对，藏秘翅这些嫠 值加上新的流的资源请求。如果所有流请求的资源之和不超过链路的能力，那么该流可 以被接纳，反之该流不被接纳1 4 】。在1 2 3 节中提到的速率和公式( 1 1 ) 是典型的参数接纳 控割方法，它最燕单数方式莛葳令簿糖参数获取玑缓熟接霸嚣令滚萎蒡f 令滚瓣令蘑壤充 速率是，f 那么的最保守的估计是 妓 y “五7 t( 1 2 ) i = l 该方案就是典型的基于参数的接纳控制方法。即使所有的流都以它们所维持的速率 发送，这个方案也能保 正网络以它们预订的服务质爨进行传输。然而，当贱流是消极 熬或它鼓甄予疆鏊夔速率发送对，这摹枣溺毪璨涯憝激霹络缀爨戆嚣建率终兔代徐豹。终 为最简单的接纳控制算法，它被当前备路由器和交换机厂商普遍臌用。 基于参数的接纳控制簿法的主要缺点在于很难构造流量模型和网络利用率较低。首 先，麦于l p 网终孛各个滚囊这夔夔掘瞧，豢难搓逡多释漉汇聚嚣豹滚量特缝。因魏难隘 构造汇聚后的流量模型。其次，由于该算法为每个流按照其所需的峰值带宽预留资源， 当流的突发性( b u r s t y ) 比较大时，此炎算法的网络利用率比较低。 二、蕊节滔主鹃接续控襄l 算法醚器盘c ) 基于测墩的接纳控制算法都包括两个部分，即测量当前网络负载情况的测爨机制和接 纳决策算法。 f l 蓑续决策算法 测羹瓤( m e a s u r e ds u m ) ：测墩和是经过测量得到已披纳流当前占用网络带宽 的估值。如果这个估值加上新流的速率不超过链路帮宽的倍值( 如o 9 倍) ，那么该流可 戳旋接缡，蔽之，该滚不狻接缡。其羧霸决策条佟豹数学表达公蔽为： 移+ 0 v c ( 1 3 ) 蒸中v 是测爨褥到的已接纳流鲍负载溅爨流量的受凝，野表示流请求蛉带宽，v 是用户指 定的蟊标拳j 髑率，c 为链黔豹带宽。 s 南京都电学藏矮士研究生学建论文 第一鬟接纳控镶技术豹窦凝辘耩 引入v 的圈的是控制延迟【”1 。对于个简单的m 缗d 1 队列，翔系统达到完黛的利用 率瞬，延迟的焚化会趋于无究太( d i v e 玛e ) 。这种情况下，基于测量的方法就会失效。因此 滞耍找虱一个弱标利用率，势保证接纳控制算法能够达到斡稠雳率不会超过这个德。 等价带煮( e q u i v a l e n tb a n d w i d t h ) ：文献 1 6 提出使用等价带宽法测量融接纳流 占瘸带宽。当一个漉程发出接纳请求时，就算法根据该请求报文获褥该流的峰值速率 矿。当下列不等式成立时，接纳该流。 c h + p “( 1 4 ) 英巾 。，和， 加；+ 压+ ( 1 n ( 帅。( 刚2 ( 1 5 ) 式( 1 5 ) 是搬援h o e f f d i n g 孙u n d s 计算褥到鲍已接纳瓣露个流盼等价带宽( e q u i v a l e n l b a n d w i d t h ) 。怒已按纳流平均鳓这速率的测量值，搏怒已按纳流f 的峰值速率，f 是到 达速率超过链路能力的概率，是链路带宽能力。 ( 2 ) 测量枧鼷 时间窗口( t i m e - w i n d o w ) 法 文献【1 7 】提出了一种可用于测量和算法的测量机 制时间窗网。该算法将测量过程划分为若干个长度为r 的时间窗口，在每个时间窗 麓凑霉划分出蕊于个采样周矮s 在每个蓉撵震期s 肉测量链路平均受载，并褥聪阕塞日 r 内测得的最离平均负载谯律为下一个对间窗口内对链路负载的估德。当一个新的流被接 纳，该估值就蒙加上该流占用的带宽值进行更新。如果在某个采样周期s 内测得的链路 平均受载值甍予涟鼹受载镳馕，那么就要将往馕受毅炎测量篷。 在时闻窗翻方法中，链路负载嵇值对接纳控制的影响取决于时问窗口碲采梯周期s 的 长度。采样周期s 越短，时间r 内测量得到的最大链路平均负载值就越高，接纳控制就越 趋予保守；霞榉，如果弦蠡长，那么对链鼹受载的售馕保持时闻越久，也导致髹潦的接续 控制。 指数加权移动平均( e x p o n e n t i a lw e i g h t e dm o v i n ga v e m g i n g ) 法：文献【1 6 】提出 了一耪可应焉予等馀豢塞葵法懿溅量掇豢指数热投移动乎均。该方寨在每瓣一令采 样周期s ，测次流的平均分组蓟运速率s ，然后使用下述公式计算本采样周期内分组平 均到达速率的估值： 蚕嚣( 一w + 毒+ 拶4 。f l 一6 ) 蕻中；是奉采样周期内平均分组到达速率的测量值。p 是上一个采梯周期的平均分组到达 速率的估值，w 是用户指定的加权系数。 9 镬褒稚龟学貔疆士磺究生学位论文 幕一孽接纳拄鞴揸拳鹩窑琨撬制 三、端点接 呐控制算法( e a c ) 叁扶i n t s e 抖提出以来，在接纳控靠领域针对i n t s e r v 体系结构躲可扩展健闰蹶震开了 广泛的研究，希望通过减少藏避免在网络核心路由器维护每个应弼流信息和资源预留信 息，提高可扩服性。基于这个思路提出了只在网络边界节点( 出入口路由器或交换机) 致溪端系统( 圭极) 处执行接纳控制匏方寰，可以统称为端点接纳控铡方絮( e a e ， e n d p o i n ta d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 。e a c 主要商以下几种类裂： ( 1 ) 基于撵测( p r o b i n g 小a s e d ) 的端点拨纳控制 文献【3 】涉及麴算法可以归入这一类熬。它们的耱点是只在端系绫( 主懿或卷入出叠 路由器) 处根据将要接纳的流的到达路饺上的拥塞耩艨来执行接纳控制。在个流建立 之前，发送方荫先向网络中发送一个具谢和该流相同流量特性参数的探测流，然后在接 收臻溅量这个掇测滚的分缓缀失率、或卷投攥探测滚分维携带豹嚣e n 稠塞标记寒燕囔 潮络的拥塞程淡。如果探测流的丢失率( 或者是被标记e c n 的比例) 低于指定的门限， 那么该流被接纳；反之，该流被拒绝。由接收端向发送端发送接纳结果，然后发送端根 攒_ 魄结果发送鼓袭不发送正式斡分组浚。 在这种机制中，接纳控制由端系统来执行，而鼠不需要任何的信令机制，也不要求 边界或核心路由器具备任何特定的功能( 只需具备普通的分组丢弃和e c n 标记功能即 霹) 。由于鼗极巷l 根据不怒缧精确的测爨结栗来执行接纳控铡，爨梵该掇割圭袋震予提 供负载受控的服务。 ( 2 ) 基于蹲络( n e t 矸_ o r b b a s e d ) 的端点接纳控制 炎了克鼹蘩于探测的端点接纳控裁方褰孛分组流斡建立霹闻遮长戆缺点，文献【1 9 】提 出了一种无需探测，基于网络的端点接纳控铡方案。 该方案的原理是，在重配置( r e c o n f i g u r a t i o n ) 网络的时候( 离线状态，比如网络的 设计和配置除段) ，通过预分配( p r e a l l ) c 越i 珏g ) 资源减少运嚣瓣撬行资源分醚豹开销。 舆体做法是，敬离线时根攘资源的实际利用情况，建构网络资源酌汇聚树信息。该汇聚 树以出口路由器为根，入口路由器为叶子。因此从某个入口路由器到任意一个出口路由 嚣，戴只有唯一靛一条爨镪。既多 汇聚撼还标识了每条路径靛各毅链路上可爱瓷潺靛数 鬣。在运行对，入口路由器可以根据到达流的目的嫩址，迅速找到出口路由器的汇聚 树，由于通往出口路由器的路径是唯一的，路径上的可用资源也怒预知的，就w 以很快 裁定接纳控制熬决蓑。 具体的接纳控制过程如下：当一个安时流( 假定该流是由一个漏桶源发出的) 需要 建妲连接时，殷送一个包含了目标i p 地址、所需带宽和延迟要求等储息的请求报文给入口 l g 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第一章接纳控制技术的实现机制 路由器。入口路由器根据该报文在它的路由表中查找到相应的出口路由器和端口，根据 这些信息，入口路由器可以决定使用哪一个汇聚树，并根据这个汇聚树上可用的带宽和 最坏情况下的网络延迟来决定是否接纳该流。 四、基于带宽代理的接纳控制算法 与端点接纳控制算法类似，文献【4 提出的基于带宽代理( b b ，b a l l d w i d t hb m k e r ) 的 接纳控制算法也不需要核心路由器维护每流的服务质量信息和状态信息，但不同的是此 算法是采用中央集中的方式来维护和管理这些信息。 带宽代理是网络中路由器( 或交换机) 中的一个软件包，或者是一个网络中独立的 服务器。带宽代理的接纳控制模块用于维护带宽代理所管辖的网络域的每条链路上的服 务质量状态，负责执行接纳控制和资源预留的功能：路由模块负责向域中其他路由器获 取网络拓扑结构信息，用于执行路径选择和设置。带宽代理还包含了一个存储所管辖网 络拓扑结构、策略信息、每个链路和节点上的流以及服务质量状态信息的数据库。 基于带宽代理的接纳控制假设网络是基于虚拟时间参照系( v t r s ，v i r t u a lt i m e r e f e r e n c es y s t e m ) 的核心无状态的单个网络域。该算法的执行过程如下： 当一个需要q o s 保证的流发出接纳请求时，首先到达入口路由器，然后由入口路由 器发送一个该流的