二进制流量控制算法的性能分析

自适应比特(available bit rate,简称ABR)流量控制是ATM网络中拥塞控制和流量管理的一种有效手段.在大规模的高速网络中,简洁、有效的实现算法对优化交换机的性能是至关重要的.二进制流量控制策略以其实现上的简洁性吸引了广泛的注意,但标准EFCI算法作用下队列和速率的振荡却给性能造成了负面影响,使人们对二进制流量控制机制产生了疑虑,不得不放弃二进制算法的简洁性,转而研究相对复杂但有效的显式速率反馈算法.在已建立模型的基础上,用非线性控制理论中描述函数的分析方法系统地评价和分析了标准EFCI算法的性能.得到的结论是:依赖于直觉的启发式非线性控制算法诱发的自激振荡是造成队列和速率振荡的本质原因,而非二进制流量控制机制本身固有的属性,仿真试验的结果证实了理论分析的结论.最后,提出了一种通过修改交换机参数配置策略来优化现已有EFCI交换机性能的方案.     

ABR流量控制中的变结构控制器

自适应比特(available bit rate,简称ABR)业务的流量控制是ATM网络中一种有效的拥塞控制机制和流量管理手段.在高速的ATM网络中,算法的简洁性在很大程度上决定着交换机的性能.尽管二进制ABR流量控制的简洁性具有相当大的吸引力,但标准的EFCI算法控制的队列长度和允许信元速率(allowed cell rate,简称ACR)却容易出现大幅振荡的现象,这势必会降低链路的利用率,严重影响交换机的性能.进而又有了相对复杂却有效的显式速率反馈机制.在此研究中,以已有的ABR流量控制模型为基础,应用概率拥塞判定机制,并借助鲁棒控制理论中滑模变结构控制器的设计方法,为ABR流量控制设计了一种新的二进制算法,避免了标准EFCI算法中非线性环节诱发的自激振荡,这对于充分发挥二进制流控算法的简洁性以及优化交换机的性能是极为有利的.仿真实验表明:二进制流量控制中的滑模变结构算法大幅度地抑制了ACR和队列的振荡,平滑了由此而引入的时延抖动,为实现ATM网络中的服务质量提供了可靠的实现机制.     

ATM网络拥塞控制中PID控制器的设计

自适应比特（ABR）业务的流量控制是ATM网络中一种有效的拥塞控制机制和流量管理手段。在大规模的高速网络中，算法的简洁性对优化交换机的性能是至关重要的。尽管二进制ABR流量控制的简洁性具有相当的吸引力，但显式前向拥塞标识（Explicit Forward Congestion Indication,EFCI)算法控制的队列长度和允许信元速率（Allowed Cell Rate,ACR)大幅振荡，降低了链路利用率，严重的影响了交换机的性能，为此有了相对复杂却有效的显式速率反馈机制，在该文中，引入了拥塞的概率判定机制，并运用经典控制理论为拥塞判定概率的实量更新设计了线性的PID控制器，避免了非线性的控制规律可能诱发的系统自激振荡，在PID控制器的参数整定上，因为使用常用处受到限制，进而给出了一种基于确定稳定裕度的参数整定方法，仿真试验表明：二进制流量控制中的PID算法在保持了算法简洁性的前提下，大幅度地抑制了ACR和队列长度的振荡，提高了链路利用率，减小了队列系统引入的时延抖动，为保证ATM网络中的服务质量（Quality of Service,Qos)提供了必要的技术支持。     

自相似通信量下ABR控制机制的研究*

近几年的研究表明,无论是在局域网或是广域网,用自相似过程对网络流量进行建模可以更精确地反映网络流量的变化。自相似流量给网络带来了更大的突发性。ATM（异步传输模式）网络中ABR（可用比特率）服务采用基于速率的流量控制机制。研究了EFCI,ERICA和提出的基于传统控制理论的一种PD（比例—微分）显式速率流量控制机制在自相似业务背景下的性能,并通过仿真,对这几种机制的性能进行了比较。     

基于BFC模型的ATM网络拥塞控制器的设计

为充分提高ATM网络性能，设计一个高效的拥塞控制系统是关键。自适应比特(ABR)业务的流量控制正是ATM网络中一种有效的拥塞控制机制和流量管理手段。在二进制ABR流反馈控制方案中，信元速率和队列的大幅度振荡降低了链路利用率，但它的简洁性对设计高性能交换机又极具吸引力。为此，该文基于流体理论给出了二进制反馈控制的分析模型，并基于该模型。提出了传统PID和智能拥塞控制器的设计方案。然后，该文在相同条件下对两类控制方法进行了仿真，并比较分析了他们的优缺点。最后，该文提出了拥塞控制器的改进方法及下一步研究的课题和思路。     

基于模糊逻辑的ABR显式流量控制算法

面向连接的ATM网络通过一系列的流量管理机制为各种应用提供纯粹的服务质量(QoS)保证，其中ABR业务流量控制的作用尤显重要．显式速率(Explicit Rate,ER)控制是一种有效的机制，有效性、公平性和算法复杂度是各种显式速率控制算法所面临的主要问题．该文将ABR业务流基于速率的端到端闭环反馈控制抽象为控制理论中典型的调节系统，运用不依赖对象模型的模糊控制理论设计了一种新的流量控制算法——模糊速率控制算法(FRCA)．仿真试验表明FRCA的综合性能良好：保证了最大—最小公平性的实现；在LAN和WAN上均有较好的适应能力；算法的复杂度低；队列长度的控制能力强；易于硬件实现．     

二进制ABR流量控制的离散滑模控制算法

针对ATM网络的拥塞控制问题，考虑网络中的不确定性因素，借助离散滑模控制理论的设计方法。提出一种二进制ABR（可用比特率）流量控制算法．该算法利用线性矩阵不等式设计了一个稳定的滑模面，同时给出了一种能够明显减小滑模面附近抖振的离散趋近律，基于该趋近律的控制律能有效抑制ATM交换机中的队列长度和允许信元速率的振荡．仿真算例证实了所提出算法的有效性．     

ATM网络流量控制中的一种信元丢弃机制

ATM论坛将基于速率的流量控制选定为ABR业务的流量控制方法。通过对基于速率的流量控制和基于凭证的流量控制方法的研究,提出了一种信元丢弃流量控制原则,该模型继承了基于凭证方法的记数机制,通过设定高低缓存门限和调节速率升降因数来控制源端速率,仿真结果表明,这种控制机制不仅能够保证缓存的充分利用,而且能够提高其在减少信元丢失等方面的性能。     

MPEG-4 FGS视频流量模型的仿真应用研究

针对MPEG-4 FGS可伸缩的视频流量，采用马尔可夫链调制的一阶自回归方法对其统计特性进行建模，通过与Trace流量的仿真结果对比，证明了该模型的有效性。在此基础上，提出了基于FGS流量模型的层次化速率控制方法，在NS-2中将该方法与三种典型的CBR层次流量模型方法对分层视频组播RLM协议性能的影响进行了仿真实验对比。仿真结果表明：采用CBR模型来模拟MPEG-4 FGS层次流量对RLM协议进行性能仿真评价存在较大的误差，采用所提出的基于FGS流量模型的层次化速率控制方法对自适应视频组播协议的性能进行仿真具有更好的精确性。     

一种具有虚拟VC排队的ABR 流量控制方案

基于EFCI的ABR流量控制方案简单、易行,在ATM交换机中被大量采用,但是这种方案存在一个致命的缺点,即具有严重的不公平性。本文提出一种改进方案,它在没有显著增加实现复杂度的基础上,通过加入虚拟VC排队来解决EFCI方案的公平性问题。仿真结果表明,这种方案满足Max-Min公平性准则,并仅需要较小的排队buffer。     

一种可以减小控制时延的ABR业务流量控制方案

控制时延对流量控制算法的有效性起着重要的作用。该文提出了一种ABR业务流量控制方案,通过交换机和信源交互发出RM信元,有效地减小了控制时延。仿真表明,该算法在迅速减轻拥塞,减小交换节点的缓存队列长度以及快速收敛等方面有着良好的性能。     

TCP/IP traffic over ATM networks with FMMRA ABR flow and congestion control

In this paper, we study and compare the performance of TCP/IP traffic running on different rate based ABR flow control algorithms such as EFCI, ERICA and FMMRA by extensive simulations. The FMMRA algorithm is shown to exhibit the favorable features of least buffer requirement, fair bandwidth allocation to TCP connections, fast and accurate ACR rate adjustment according to the changes of network traffic, and the highest effective TCP throughput.     

First-order rate-based flow control with dynamic queue threshold for high-speed wide-area ATM networks

In this paper we present a new rate-based flow control scheme for ATM ABR services and analyze its performance. The proposed algorithm, which we refer to as first-order rate-based flow control (FRFC) is the most simple form of queue-length-based flow control. The asymptotic stability, the steady-state throughput, queue length and fairness, and the transient behavior are analyzed for the case of multiple connections with diverse round-trip delays. We also consider a novel approach to dynamically adjust a queue threshold in the FRFC according to the changes in the available bandwidth, and the arrival and departure of connections. Simulations show that the simple FRFC with dynamic queue threshold (DQT) effectively maintains high throughput, small loss and a desired fairness in these dynamic environments and is a promising solution for ABR flow control in ATM networks.