基于区分服务模型拥塞控制的改进RIO-C算法(胡啸)

基于区分服务模型拥塞控制的改进RIO-C算法,报告人：胡啸指导老师：井元伟教授,主要内容,绪论,区分服务队列管理机制,改进的队列管理算法,改进算法仿真实验,结论与展望,1.绪论,人们对网络需求量的增加硬件设备的能力，包括路由器处理能力和链路带宽等就Internet的体系结构而言，拥塞的发生是其固有的属性,源端算法：主要是针对TCP/IP协议的研究。链路算法：主要是路由器上对进入缓存的数据的处理方法，RED（随机早期检测）算法。,网络现状,解决方法,1.绪论,网络服务质量（QoS）,QoS实现技术,保证网络的高效运行确保重要业务量不受延迟或丢弃,综合服务模型（IntServ）资源预留协议（RSVP）区分服务模型（DiffServ）多协议标记交换（MPLS）,2.区分服务队列管理机制,区分服务体系结构的特点,基于优先级边缘分类，内部转发,2.区分服务队列管理机制,区分服务标记DSCP,DS域定义为IPv4头部的服务类型TOS字段或IPv6头部的流类型字段的前六位，如图所示,2.区分服务队列管理机制,队列管理算法,自1993年，S.Floyd和V.Jacobson提出随机早期检测（RandomEarlyDetection：RED）以来，它一直是一个研究热点，先后出现了几种改进方式，如：ARED、SRED、DWRED、WRED、RIO-C、RIO-D等,重点研究对象,基本RED算法、RIO-C算法,2.区分服务队列管理机制,基本RED算法：,平均队列长度avg,丢包概率,算法采用计算队列平均长度的方法，在路由器接口上只维持一个队列，通过平均队列长度来计算丢弃概率,2.区分服务队列管理机制,平均队列长度与丢包概率的关系如图所示,2.区分服务队列管理机制,RED算法的不足之处,公平性问题。平均队列长度的计算受到很多因素的影响，比如报的大小等，导致带宽享用的不公平性,优先级问题。RED不会对标记过的数据进行区别对待，无法保证在DiffServ模型为不同的业务提供QoS保证，不能实现服务区分。,2.区分服务队列管理机制,RIO-C算法：,该算法在DiffServ模型中扩展为三个丢弃优先级或颜色。其相应的平均队列长度如下图所示。,平均队列长度avg,丢包概率,i为1、2或3，分别代表绿色、黄色和红色分组。,2.区分服务队列管理机制,平均队列长度与丢包概率的关系如图所示,2.区分服务队列管理机制,虽然RIO-C算法能够实现区分服务，但仍有不足：低丢弃优先级分组数目变化除影响自身的分组丢弃概率外，还会影响高丢弃优先级分组的丢弃概率，对高丢弃优先级分组过分歧视，并使其难以获得足够的带宽。当网络处于较低业务流时，丢弃概率增长较快，致使网络资源没有得到充分的利用；相反，当网络处于较高业务流时，丢弃概率增长较慢，有可能导致网络拥塞。,3.改进的队列管理算法,为克服RIO-C算法的不足，达到更加有效利用带宽和分等级服务质量方面的目的，本文提出一种基于RIO-C算法的改进队列管理算法ARIO-C（AlgebraicREDwithIn/OutandCouplequeue）。改进的RIO-C算法用的二次函数来平滑，这样可以使丢包率随着的增长以曲线的方式平稳变化，避免了原RIO-C算法丢包率随着线性的增长。相对于RIO-C算法，在拥塞较轻的情况下改进算法拥有较低的丢包率，而在当增大靠近最大阈值的时候，改进算法也能迅速的提高丢包概率，加大丢弃力度，能较快从严重拥塞状态得到解脱。,3.改进的队列管理算法,平均队列长度avg,ARIO-C算法：,改进算法也分为三个丢弃优先级或颜色。其相应的平均队列长度与RIO-C算法相同。,丢包概率,i为1、2或3，分别代表绿色、黄色和红色分组。,3.改进的队列管理算法,平均队列长度与丢包概率的关系如图所示,3.改进的队列管理算法,ARIO-C算法性能分析,对拥塞的反映。ARIO-C算法继承了RIO-C算法的优点，在路由器处计算各丢弃优先级分组的平均队长，因此可以反映网络的拥塞程度实现相对优先级。对任意的优先级i（i=1,2,3），可根据最大和最小阈值的设置来实现带宽利用。在保证网络正常运行的情况下，尽可能的有效利用网络带宽，达到资源利用最大化,4.改进算法仿真实验,为验证ARIO-C算法性能，本文进行了实验研究。实验使用NS2（NetworkSimulationVersion2）作为仿真工具。,ARIO-C实现相对区分；ARIO-C实现带宽的有效利用。,实验环境介绍,本节将做下述研究：,仿真实验拓扑结构,4.改进算法仿真实验,4.改进算法仿真实验,仿真实验有关参数,上图中S1、S2、S3为源端，S1、S2、S3发出的数据分组分别被标记为绿色(G)，黄色(Y)和红色(R)；D1、D2、D3为对应的目的端；E1、E2分别为DiffServ边缘路由器；C为核心路由器；E1到E2之间的带宽为5Mbps，延迟为5ms，其他链路之间的带宽为10Mbps，延迟为5ms，这样在E1和E2之间就形成一个瓶颈链路。ARIO-C算法仿真参数如下表所示。,4.改进算法仿真实验,验证ARIO-C算法实现区分服务,S1到D1、S2到D2、S3到D3均发送包长度为1000bytes、速率为2.5Mbps。从仿真结果可以看出，当采用ARIO-C算法时，绿色分组没有丢失现象，黄色分组的有少许丢失现象，红色分组丢失现象比较明显，实现了区分服务的目的。,4.改进算法仿真实验,验证ARIO-C算法实现带宽的有效利用,S1到D1、S2到D2、S3到D3均发送包长度为1000bytes、速率为3.0Mbps。,对RIO-C和ARIO-C算法分别进行仿真，比较两种算法下的丢包概率和吞吐量，仿真结果如表4.10、4.11所示。由表4.10，RIO-C算法中绿色（G）没有丢包，黄色（Y）分组丢失分组6856pkts，红色（R）丢失分组19973pkts。由表4.11，ARIO-C算法中绿色（G）没有丢包，黄色（Y）分组丢失分组6619pkts，红色（R）丢失分组19989pkts。,4.改进算法仿真实验,4.改进算法仿真实验,验证ARIO-C算法实现带宽的有效利用,S1到D1、S2到D2、S3到D3均发送包长度为1000bytes、速率为6.0Mbps。,对RIO-C和ARIO-C算法分别进行仿真，比较两种算法下的丢包概率和吞吐量，仿真结果如表4.16、4.17所示。由表4.16，RIO-C算法中红色（R）丢失分组和黄色（Y）分组基本全部丢失，绿色（G）丢失分组4033pkts。由表4.17，ARIO-C算法中红色（R）丢失分组和黄色（Y）分组基本全部丢失，绿色（G）丢失分组3517pkts。,4.改进算法仿真实验,5.结论与展望,较完整的论述了DiffServ体系结构和主动队列管理机制；在详细分析RED、RIO-C算法的基础上提出了一种改进DiffServ队列管理算法ARIO-C；通过仿真试验说明该算法能够实现相对