A Demand Based Packet Scheduling Algorithm for Multipath Transfer

利用多路径传输协议,多宿主主机可以通过多条路径并行传输数据,从而有效提高系统的吞吐率和鲁棒性.但是由于不同路径在带宽、延迟和丢包率等方面存在差异,接收端必须缓存大量乱序到达的分组.数学分析表明,减少接收端的缓存开销有两条途径:一是最小化每条路径的发送队列中积压分组的数量,二是降低分组发送速率.由前者,提出依据每条路径的空闲发送窗口大小进行分组调度的算法SOD(Scheduling On Demand);由后者,提出利用窗口通告机制限制分组发送速率的流控方法.模拟实验结果表明:与现有算法相比,SOD的缓存开销最小;在接收端进行流控限制的情况下,SOD的吞吐率最大,并且在不同实验场景中性能表现稳定.     

多路并行传输中数据调度算法的优化

针对异构无线网络环境中,基于流控制传输协议（SCTP）的多路并行传输协议（CMT-SCTP）存在接收缓存阻塞和路径负载失衡等问题,提出一种改进的轮询数据调度算法。该算法根据每条路径上的发送队列信息和拥塞状况对网络状况进行估计,并按照各路径上的网络状况分配相应的传输任务量,缩短数据包在接收端缓冲区的平均排队时延,减少接收端乱序数据包的数量。仿真结果表明,改进的轮询数据调度算法能有效提升CMT-SCTP在异构无线网络环境中的传输效率,有效缓解接收缓存的阻塞,且对不同的网络场景具有很好的适应性。     

减轻CMT中乱序程度的发送端数据分配方案

为减轻多径并行传输（concurrent multipath transfer,CMT）系统中的接收端数据包乱序对系统传输性能的影响,提出一种新的发送端数据分配方案。方案基于路径带宽、往返传输时延和拥塞窗口预测数据包前向传输时延,并将其作为划分系统中路径传输优先级的度量因子,发送端根据路径传输优先级和发送缓存区状态为各路径分配待发送队列中不会导致接收端乱序的数据包。仿真结果表明,与轮询和一种基于分组到达时间的负载均衡算法（arrival-time matching load-balancing,ATLB）算法相比,所提发送端数据分配方案可有效减少接收端乱序数据包个数。     

Ad Hoc多径路由算法

针对Ad Hoc网络,在分析AODV单径路由协议的基础上,结合路径稳定的衡量——熵,利用路由请求包唯一性和标志位信息,提出一种开销最小节点不相交的多径路由算法ENDMAODV.该算法能够发现多条节点不相交路由路径,并从中选取2条稳定性较好的路径.仿真结果表明,ENDMAODV协议在路径重构次数、分组投送率、平均控制开销和端到端时延方面表现出较优性能,为自组织网络多径路由算法的设计提供了新思路.     

一种基于二步流控方法的片上动态虚通道路由器

片上硅面积和功耗受到严重限制,报文缓冲区容量也受到严重限制,如何高效使用报文缓冲区是NoC设计的关键问题之一.动态划分虚通道缓冲区是高效使用报文缓冲区的有效方法之一,但会增加拥塞程度,甚至出现无限拥塞的情况.提出一种基于二步流控方法的片上动态虚通道(DAVC)路由器,该二步流控方法将报文分成报文头和报文体两部分分别运用流控算法.实验结果表明:与静态虚通道(SAVC)片上路由器相比,在缓存容量相等的情况下,DAVC路由器能提高23.2%的吞吐率,传输延迟降低27.2%;在DAVC缓存容量减半的情况下可获得相近的性能,节省28.3%的面积与23.8%的漏电流功耗.     

无线接入网络中TCP流的上下行信道公平算法

在无线接入网络中,上行TCP流会极大地压制下行TCP流,导致严重的上下行信道TCP流不公平问题.本文指出TCP流的ACK包在接入节点下行缓存中的侵占性是上下行TCP不公平问题的直接原因,从限制缓存大小的新角度提出了MBA(Maximum Buffer for ACKs)算法.MBA算法基于上下行TCP流的不公平比例和缓存大小的关系,自适应地调节ACK包的最大缓存空间.理论分析和仿真实验结果表明MBA算法不但能通过限制ACK包的缓存空间实现上下行TCP流公平,还能通过减少无线信道ACK包传输概率提高网络总有效吞吐率.     

一种基于微片分组的片上网络微节点交叉开关调度机制

在基于微片(flit)分组的动态缓存分配基础上,提出一种基于微片分组的片上网络交叉开关调度机制.该机制与静态独立分割缓存的思想不同,首先对输入端缓存进行统一管理,对微片根据其流向进行分组,并为所分各“组”动态分配缓存,然后引入一种基于“组”规模的概率仲裁算法,通过“组”分配和开关分配实现调度过程.为进一步降低开销,还在该机制基础上提出一种各“组”共享仲裁的策略.理论分析与实验结果均表明:所提出的机制相对于传统和动态虚通道机制,可节约25％以上的硬件开销并可获得更优的网络延迟与吞吐性能;共享仲裁策略可在所提机制基础上进一步降低硬件开销,但其代价是网络性能有所下降.     

CICQ交换的流控实现机制和交叉点缓存容量分析

传统的基于crossbar的输入排队交换结构在提供良好的QOS方面存在很大的不足，而CICQ（combined input and crosspoint buffered queuing）交换结构与传统的交换结构相比，不但能在各种输入流下提供接近输出排队的吞吐率，而且能提供良好的QoS支持。文章分析了CICQ结构的流控实现机制，讨论了基于信用的流控机制的开销和实现方案，对crosspoint缓存容鼍作了分析，给出了在各种存储器写入条件下，保持交换结构100％吞吐率所需的最小缓存容量。     

移动自组网DSR协议路径缓存策略优化

移动自组网按需机制路由协议只是在有分组发送时,才启动路径发现机制搜索到达目的节点的路径。为了避免每发送一个分组都启动路由发现机制,必须利用路由保存机制将预先发现的路径缓存。对这些路径进行缓存、搜索、抛弃的管理策略极大地影响按需机制路由协议的性能。该文对多次性能测试中表现优越的DSR协议路由缓存策略进行分析,针对它的不足,提出改进算法。提出修正发送缓冲器的时限,根据最近路径失效时间和缓冲器中路径状况预测将来的路径失效时间,在缓存器中根据时间、能量参数搜索最佳路径、丢弃最差路径的策略。利用ns2对4组场景进行仿真,结果显示对DSR路径缓存策略进行优化后,比较明显改进了DSR协议性能。     

一种动态分配虚拟输出队列结构的片上路由器

传统虚通道流控技术的片上路由器通过增加虚通道缓解排头阻塞引起的链路吞吐率下降以及网络拥塞的同时,面临缓冲区低利用率、仲裁开销较大等问题.而动态虚通道流控的片上路由器虽可通过动态管理缓冲单元,提高缓冲区利用率与链路吞吐率,但却不可避免流控与仲裁逻辑复杂度与开销的快速增长.为了提高链路吞吐率与缓冲区利用率,获得较好的性能与开销折中,提出一种动态分配虚拟输出队列结构的片上路由器DAVOQ,该结构通过快速链表动态组织虚拟输出队列,同时使用超前路由机制以简化仲裁逻辑,优化流水线.模拟与综合的结果表明,相比传统虚通道路由器,DAVOQ路由器改善报文传输延迟与吞吐率的同时,在0.13μm CMOS工艺下,节省了15.1%的标准单元面积与12.9%的漏电流功耗;而相比动态虚通道路由器,DAVOQ路由器能够以较小的吞吐率损失获得可观的延迟改善,同时节约15.6%的标准单元面积与20.5%的漏电流功耗.     

一种基于包排队方式的网络路径可用带宽探测方法

对IP网络路径带宽的探测是目前网络研究领域的一个热点。本文提出了一种针对端到端的网络、基于包排队方式的双向双步长网络路径可用带宽的探测方法。该探测方法由时延监视和UDP发送两个进程组成,基于包的排队时延来获取路径的可用带宽,并通过采用双向双步长的方法来递增或递减UDP包的发送速率。所提出的探测方法可以明显减少探测次数和运行时间,从而降低探测带来的开销。实验结果显示,所设计的方法和技术是可行的和有效的。     

Overhead reduction in a distributed path management system

CEAS (cross entropy ant system) is a distributed, robust and adaptive swarm intelligence system for path management in communication networks. This paper focuses on strategies for handling the overhead in terms of processing cycles, memory storage, and number of management packets (ants) generated by CEAS when the state of the network changes.Pheromone sharing is introduced such that virtual connections with common sub-paths are sharing information and cooperate in the path finding when the paths have the same destination and the same objective function. The sharing of information reduces the required memory in each node significantly on the expense of an increase in the size of the management packets. However, the packets are still rather small. The cooperation also leads to an improvement in convergence rates which again results in reduced transmission overhead.A rate adjustment scheme is also proposed. The scheme is self-tuned and detects state changes implicitly and sets packet rates accordingly by monitoring parameter values in the management system. Rate adaptation can be done both in the network nodes and at the end-points of a virtual path. Compared to a fixed rate strategy the self-tuned strategies show a significant reduction in the number of packets generated, while maintaining the same data packet delay and service availability level. The self-tuned rate adjustment in the network nodes provides fast restoration with short path detection times, which ensures high service availability. The self-tuned ant rate in the end-points avoids flooding the network with management packets when these are not required.The performance and overhead of CEAS are compared to those of the link state routing currently in use in today’s networks. The results show that CEAS outperforms link state routing both with respect to performance and overhead when the network experiences transient link failures, while the opposite is the case with long lived failures.     

Enforcing in-order packet delivery in system area networks with adaptive routing

Adaptive routing, which dynamically selects the route of packets, has been widely studied for interconnection networks in massively parallel computers and system area networks. Although adaptive routing has the advantage of providing high bandwidth, it may deliver packets out-of-order, which some message passing libraries do not accept. In this paper, we propose two mechanisms called (1) FIFO transmission and (2) couple limitation to guarantee in-order packet delivery in adaptive routing. Both of them limit packet injection at source hosts. The FIFO transmission completely avoids packet sorting at destination hosts, while the couple limitation uses a few buffers to sort packets at destination hosts. Evaluation results show that the FIFO transmission and the couple limitation achieve a similar throughput to that of a method equipped with huge (infinite) buffers enough to store all out-of-order packets at destination hosts under both synthetic traffic and NAS Parallel Benchmarks.     

自适应调整TCP阻塞控制窗口算法研究

提出了新的TCP速率调整算法.根据边缘路由器缓冲区中的输入数据报和输出数据报的变化,得到合理阻塞控制窗口,直接通过明确阻塞标记数据报返回到发送终端,从而改变了TCP发送速率.通过对仿真结果的分析,新算法可以明显地控制TCP的业务量,限制边缘路由器的队列的拥塞,大大降低数据报的丢失率,从而提高TCP的延迟性能和带宽分配的公平性.     

基于无线信道的视频通信丢包率控制方法研究

根据3G信道高误码率的特点研究并实现了一种基于实时流控制协议RTCP的视频通信系统的丢包率控制算法,通过接收RTCP协议的RR包中的统计信息,来动态的估算3G信道的误码率和控制数据包发送长度,达到控制数据传输过程中的丢包率的目的.实践证明：该方法具有快速检测3G信道误码率、根据信道的误码率来快速调整数据包发送长度的优点.     

片上网络中面向报文有序传输的自适应路由算法研究

与确定性路由算法相比,自适应路由算法可以提高片上网络的通信性能,但是报文可能会无序到达。在目的节点对报文排序将会导致严重的面积和计算开销,甚至可能会抵消采用自适应路由算法带来的性能增益。为此,本文首先提出一种部分自适应路由算法,以满足报文的有序到达。然后,描述了对本文算法提供支持的路由器硬件结构。最后,在二维片上网络下对本文算法及确定性和自适应路由算法进行了性能评估和比较。与XY算法相比,本文算法显著降低了报文延时,提升了饱和点。同时讨论了对路由器面积和功耗影响。虽然路由器的功耗有所上升,但是由于报文交付性能提升,因此每个flit的能耗增长可忽略不计。     

一种报文大小可变的TFRC改进算法

基于Internet的实时多媒体数据传输是一种报文发送速率固定,报文大小变化的应用。该文分析了这类应用对TFRC的影响,通过对TFRC协议的扩展,提出了一种支持报文大小可变应用的改进TFRC拥塞控制算法。这种算法在接收方采用了对报文数量进行加权的方法来计算丢失事件率以支持报文大小变化的应用。同时在网络仿真器ns2中实现了这种改进算法。仿真实验表明：这种改进算法能够支持报文大小变化,报文发送速率固定的应用,并且具有TCP友好性,与TCP相比具有较平缓的流量抖动。     

长期演进切换中的TCP性能改进

针对长期演进(LTE)网络中切换引起的TCP数据包乱序问题,提出了一种动态超时重传计时器(RTO)算法——DRTO。DRTO算法的核心是利用TCP数据包的序号来区分新旧数据包,通过新旧数据包序号的差值来取代以往计算传统RTO时很难确定的乘积因子。该算法不需要对切换机制进行修改,就可以解决用户切换完成前接收的数据包(源基站接续转发的数据包)与切换完成后接收的数据包(服务器发送的数据包)的乱序问题。最后,在NS-2仿真平台下,分析比较DRTO算法与传统RTO算法。仿真结果表明,在吞吐量、重传数据包个数和时延三个性能指标上,DRTO算法均优于传统RTO算法。     

命名数据网络中的一种主动拥塞控制策略

为解决命名数据网络（Named Data Networking,NDN）中的拥塞控制问题,在加权公平排队（Weighted Fair Queuing,WFQ）算法的基础上,提出了基于即时调整兴趣包发送速率的名字加权公平排队（Name Weighted Fair Queuing,NWFQ）算法。当网络拥塞时,利用基于令牌桶算法的速率限制机制对超速流进行降速惩罚,同时更新兴趣包中的拥塞信息域并将其逐跳反馈给下游路由器;利用数据包将拥塞信息反馈给请求端,请求端据此调整兴趣包的发送速率,从而解决网络拥塞。基于ndnSIM的仿真结果表明,该算法能有效提升瓶颈链路利用率并接近95%,同时保证较低的丢包率和平均流完成时间。     

A More Practical Approach for Single-Packet IP Traceback using Packet Logging and Marking

Tracing IP packets to their origins is an important step in defending Internet against denial-of-service attacks. Two kinds of IP traceback techniques have been proposed as packet marking and packet logging. In packet marking, routers probabilistically write their identification information into forwarded packets. This approach incurs little overhead but requires large flow of packets to collect the complete path information. In packet logging, routers record digests of the forwarded packets. This approach makes it possible to trace a single packet and is considered more powerful. At routers forwarding large volume of traffic, the high storage overhead and access time requirement for recording packet digests introduce practicality problems. In this paper, we present a novel scheme to improve the practicality of log-based IP traceback by reducing its overhead on routers. Our approach makes an intelligent use of packet marking to improve scalability of log-based IP traceback. We use mathematical analysis and simulations to evaluate our approach. Our evaluation results show that, compared to the state-of-the-art log-based approach called hash-based IP traceback, our approach maintains the ability to trace single IP packet while reducing the storage overhead by half and the access time overhead by a factor of the number of neighboring routers.