基于扩充的GIX/M/1/N排队系统的主动队列管理算法性能评价模型

为了评价主动队列管理(AQM Active Queue Management)算法的性能,通过在标准的排队系统GIX/M/1/N中嵌入主动队列管理(AQM)算法的方法,建立了一个扩充的GIX/M/1/N排队系统。利用该扩充的GIX/M/1/N排队系统和Internet业务流量自相似性的特征,提出了一种评价AQM算法在非响应业务流量下的性能的分析方法,并据此评价了TD,RED,GRED和Adaptive RED等4个经典的AQM算法。为了验证该分析方法的合理性,利用NS2进行了一系列的仿真实验。结果表明,该分析方法所得结果与仿真实验所得结果一致,因此该分析方法能用于评价AQM算法的性能。     

典型AQM算法的性能评价模型

利用GI/M/1/N排队系统和Internet业务流量自相似性的特点建立了一个评价AQM算法在非响应业务流量下性能的分析模型,提出了利用模型的分析计算结果而不是模拟或实验手段评价AQM算法性能的新方法.同模拟或实验手段相比,该方法能更深刻地刻画AQM算法在实际网络环境中的性能.用该模型分析比较3个经典的AQM算法——TD、RED和GRED的性能,所得的结果同其他研究者利用模拟或实验方法所得的结果一致.     

基于排队网络的流水线模拟器任务缓存新分析模型

流水线软件模拟器是嵌入式微处理器软件仿真系统的关键技术,提出对嵌入式微处理器流水线仿真系统的排队网络建模与缓存大小分析方法.对SPARC-V8流水线模拟器建立M/M/1/N型排队网络模型,分析指令到达及服务阻塞机制.为了解决模型计算中的阻塞问题,在排队网络模型中增加"保持节点",得到扩展的等价排队网络模型.采用近似计算迭代算法,得到系统性能评价指标,并建立排队网络节点性能关系曲线,确定各功能模块的任务缓存大小.根据得出的任务缓存计算值设置流水线软件模拟器实际缓存大小,实验表明模型计算数据与实际运行数据基本一致.该评价方法对嵌入式微处理器流水线仿真系统的建模与性能分析具有重要的指导意义.     

TCP/AQM系统大时间尺度模型

网络传输连接的往返时延(round-trip times,RTT)大小各不相同,因此TCP/AQM系统本质为一多时滞回路耦合系统.由于RTT分布范围远大于控制量调节周期,这给准确评估控制效果带来很大困难.已有基于控制理论的主动队列管理(active queue management,AQM)算法多以流体流模型为基础进行设计,没有充分考虑RTT和采样周期对系统性能的影响.对于TCP/AQM系统,合理的评价方法是对调节过程进行评价,而非仅评价单个采样周期内的控制量是否合适.本文结合数据驱动控制思想和系统自身特征,统一从路由视角对TCP与AQM之间的交互进行抽象,通过时间扩展从更大的时间尺度去评价控制量调节过程,然后基于此模型设计自适应AQM算法–—大时间尺度AQM算法(large time scale AQM,LTSAQM).仿真结果表明,该算法收敛速度快,排队时延抖动小,特别是在长时滞网络环境下,性能明显改善.     

一类具有随机离去策略的排队系统及其在Internet 拥塞控制中的应用

当顾客到达一个排队系统时,可以根据当前队列的长度,按照一定的概率选择加入排队系统等待队列,或选择离开排队系统且不再返回。这样的排队系统称为“具有随机离去策略的排队系统”。我们利用输入流稀疏化（Thinning of recurrent flows）和输入流阻行（Balking）两种方法分别扩充了GI／M／1／N和GI^X／M／1／N两个排队系统,建立了3个具有随机离去策略的排队系统,给出了这类排队系统的顾客丢失率、系统利用率、队列长度的均值／方差、平均等待时间等性能指标。最后,讨论了这类排队系统在Internet拥塞控制中的应用。     

基于限速的Ad hoc网络混合流拥塞控制研究

主动队列管理(AQM)的基础是TCP反馈机制,所以AQM在处理UDP与TCP混合流时无法控制UDP流量,导致非视频流影响视频UDP的传输质量。根据TCP拥塞窗口特性和混合流排队机制,推导了Ad hoc网络TCP/UDP的AQM模型,据此提出了一种基于UDP限速的PI主动队列管理算法。限速算法根据实际流速与设定流速之差,标记非视频UDP分组优先级并按从低到高的顺序丢弃分组。NS仿真表明,与PI控制相比,新算法实现了非视频UDP的流量控制,提高了视频传输质量0.98dB的峰值信噪比。     

云中心异构服务器能耗受限下的性能优化策略

为了解决云中心能耗受限下性能优化和异构服务器之间的能耗分配问题,提出了基于M/GI/1-PS排队系统的云中心能耗—性能优化模型,并通过拉格朗日乘数法进行求解,并给出计算云中心最快平均响应时间的OPT算法。同时通过大量数值仿真实验将OPT算法与常用的启发式能耗分配方法进行对比。数值仿真结果表明：本文提出的OPT算法在相同能耗下可获得最优的平均响应时间,同时通过能耗—性能变化曲线,可为云中心优化资源配置提供理论依据和参考数据。     

基于Java的排队系统仿真研究

在概述排队系统的基础上,分析了常见排队系统的数学特性,构建了新的事件驱动的仿真算法,应用Java对M/M/c,M/M/c/N, G/G/c/∞/K,G/G/c/N/K等排队系统进行仿真。最后对仿真结果进行了评估,发现基于Java用新算法仿真排队系统有速度快、精度高、应用面广等优点。     

基于模型有效性评价的主动队列管理算法

TCP/AQM系统是一多时滞回路耦合时变系统,源端传输控制协议(TCP)的拥塞控制机制也各不相同,因此其机理模型复杂.设计控制器所采用动态近似模型的参数变化范围很大,这对辨识算法提出了很高要求.本文先从模型误差分配方式这一新的角度对经典辨识算法进行了分析.然后运用新分析框架,结合TCP/AQM系统特征和控制要求,设计了一种基于模型有效性评价机制的辨识算法.该辨识算法能够对控制系数进行自适应调节,满足了主动队列管理(AQM)算法的设计需求.仿真结果表明,基于模型有效性评价机制的AQM算法,能有效应对时滞和不确定性带来的负面影响.与潜在标准化AQM算法相比,新算法在保持低排队时延和高效链路利用率方面取得了更好的平衡.     

非强占有限优先权M/M/n/m模型的无线Mesh网络QoS研究

根据无线Mesh网络的多跳性特征,简单的M/M/1排队论模型不足以描述Mesh网络的性能。提出了面向无线Mesh网络的非强占有限优先权M/M/n/m排队论模型,该模型通过区别不同业务的流量,兼顾考虑了不同优先级业务的公平性,以解决高优先级业务长期霸占网络资源而低优先级业务迟迟得不到服务的问题。仿真实验表明,在网络流量较大时,模型中高优先级顾客的平均排队等待时间变化不大,低优先级顾客的平均排队等待时间显著降低,保证了网络服务的公平分配。     

A fuzzy logic-based AQM for real-time traffic over internet

Autonomic networking has been proposed as an approach to reduce cost and complexity of managing communication functions. An autonomic system is self-configuring, self-optimizing, self-healing and self-protecting. Such a system requires the minimum of administration, primarily involving policy-level management and AI-cognitive models. On the other hand, numerous Active Queue Management (AQM) algorithms have been proposed in the literature to address the problem of congestion in the Internet. Their performance is highly dependent on parameters’ setting and tuning. Besides that, most of the AQM algorithms focus on throughput optimization and fail to provide bounded transmission delay while providing high link utilization to popular TCP-based radio/video streaming applications. Tackling the aforementioned concerns, in this paper we propose and evaluate a novel self-configuring AQM algorithm based on fuzzy logic. The proposed approach simplifies significantly the deployment and management of such complex QoS control mechanisms in the Internet providing at the same time a good tradeoff between link utilization and queuing latency. The introduced algorithm is compared with the most efficient adaptive AQM algorithms proposed to date such as ARED, REM, BLUE, PID and LRED. The performance analysis demonstrates that the proposed “Fast and Autonomic Fuzzy Controller” (FAFC): (1) minimizes queue fluctuation, (2) optimizes the throughput regardless of the traffic load variation and the presence of unresponsive UDP/RTP based voice and video communications, and (3) suggests the best compromise between link utilization and queuing delay.     

具有最小时间加权平方误差积分的主动队列管理算法ISTE-PI

针对现有基于控制论的主动队列管理(AQM)算法的不足,在不忽略TCP/AQM传递函数模型中时滞环节的条件下,将TCP短流和UDP流作为干扰信号引入AQM控制器的设计过程,并借助最小"时间加权平方误差积分(ISTE)"控制方法,设计了一个基于PI控制器的AQM算法ISTE-PI.与现有算法相比,ISTE-PI算法同时具备响应速度快、抗干扰能力强、能用于大时滞网络环境且鲁棒性好等特点.鉴于Internet网络流量由TCP长流、TCP短流和UDP流构成,且是大时滞网络,因此ISTE-PI算法能更好地适应Internet网络环境下的主动队列管理.     

A Lightweight Fairness-Driven AQM for Regulating Bandwidth Utilization in Best-Effort Routers

The end-to-end congestion control mechanism of transmission control protocol (TCP) is critical to the robustness and fairness of the best-effort Internet. Since it is no longer practical to rely on end-systems to cooperatively deploy congestion control mechanisms, the network itself must now participate in regulating its own resource utilization. To that end, fairness-driven active queue management (AQM) is promising in sharing the scarce bandwidth among competing flows in a fair manner. However, most of the existing fairness-driven AQM schemes cannot provide efficient and fair bandwidth allocation while being scalable. This paper presents a novel fairness-driven AQM scheme, called CHORD (CHOKe with recent drop history) that seeks to maximize fair bandwidth sharing among aggregate flows while retaining the scalability in terms of the minimum possible state space and per-packet processing costs. Fairness is enforced by identifying and restricting high-bandwidth unresponsive flows at the time of congestion with a lightweight control function. The identification mechanism consists of a fixed-size cache to capture the history of recent drops with a state space equal to the size of the cache. The restriction mechanism is stateless with two matching trial phases and an adaptive drawing factor to take a strong punitive measure against the identified high-bandwidth unresponsive flows in proportion to the average buffer occupancy. Comprehensive performance evaluation indicates that among other well-known AQM schemes of comparable complexities, CHORD provides enhanced TCP goodput and intra-protocol fairness and is well-suited for fair bandwidth allocation to aggregate traffic across a wide range of packet and buffer sizes at a bottleneck router.     

PRED:一种配合队列调度的RED算法

论文讨论了队列管理和队列调度的关系,提出了一种新的基于势的RED机制:PRED,以增强SPFQ调度机制的公平性,来达到整个报文处理系统的性能改善。通过严格的仿真验证,同其他的队列管理机制相比,PRED同SPFQ的结合能够最大限度地利用系统资源,提高服务的公平性。     

基于Dahlin算法的主动队列管理控制机制研究

主动队列管理 (AQM)是网络中间节点通过一定的分组丢弃策略来达到较低排队时延和较高吞吐量的一种机制。已有多种AQM算法被提出,但绝大多数没有考虑较大的RTT(往返时间)对算法性能的影响。该文针对大RTT的网络环境,实现了一种基于控制理论中Dahlin算法的AQM机制并分析了系统的稳定性和参数选择的准则。仿真实验结果表明,该算法在RTT较大的情况下稳定性、响应速度和鲁棒性都优于随机早期检测(RED)算法和比例－积分(PI)算法。     

随机指数标记算法的性能分析与控制模型

主动队列管理机制（AQM）是为了改进传统的端到端拥塞控制而提出的。现有AQM算法的设计在很大程度上依赖于直觉,没有全面、系统地运用理论工具,而算法的参数配置以及算法的稳定性分析需要借助于适当的理论。随机指数标记算法REM、比例积分控制器PI都在这方面作了探索性的研究。本文通过对REM算法的性能分析得到其性能与PI非常相相似,进而通过控制论的分析指出二者具有相似的控制模型。最后,文章认为拥塞控制是一个比较典型的控制问题,控制论是解决问题的有力工具,并指出了今后的研究方向 。