共享缓存分组交换系统中的最佳阈值Pushout策略

提出了一种用于共享缓存分组交换设备的最佳闽值Pushout的缓存管理策略（OTP）。在这个策略巾，缓存区采用共享的方式，而每个输出端口分组调度采用Pushout策略。OTP策略的主要思想是将输出端口按照其队列长度分为括跃和非活跃端口，根据队列长度与端口的话跃程度决定分组的接纳或丢弃。仿真结果表明，OTP策略在多个输出队列的情况下具有较好的公平性和鲁棒性，同时在丢包率方面，OTP策略的分组丢失率接近于SP（Selection Pushout）策略。     

适用于流媒体传输的动态门限调度算法

为保证网络流媒体传输质量,在流媒体传输网络中需要对交换设备实施有效的缓存管理策略.结合流媒体数据对时延和丢包率敏感的特点,提出了一种基于E-Model传输级别的动态门限控制算法(EDTA),将交换设备的缓存管理分为全局门限控制和队列门限控制两部分.全局门限控制通过判断不同的传输场景进行门限控制,保证不同传输场景下的传输性能.队列门限控制则基于E-Model传输级别参数进行门限的划分和调整,保证流媒体的传输质量.实验结果表明该算法能有效改善流媒体的传输性能,对交换设备的缓存资源进行有效控制,并提高网络流媒体传输质量.     

CSFQ算法分析与改进

核心无状态公平队列调度（CSVQ）算法提供了如同有状态网那样好的公平带宽分配,但它的丢包算法不适用于TCP流。针对TCP流的特点,对CSFQ算法进行如下改进：将缓存队列长度与丢包概率关联起来,用一种类似于RED（random early drop）缓存管理方法解决了缓存频繁溢出导致的一些问题;对TCP流的丢包率进行修正,使用多余带宽来转发TCP包,解决TCP流与UDP流的带宽分配公平性。仿真试验表明,新算法NEW-CSFQ更好地提供数据流公平的频宽共享,对突发流响应较原算法有所提高,且算法复杂度简单,容易在高速核心路由器上实现。     

6LoWPAN中分布式TCP缓存队列策略

在多TCP连接的6Lo WPAN(IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks)网络中,针对丢包严重时存在频繁的端到端重传问题,提出分布式TCP缓存队列策略。该策略能够使中间节点合理地缓存不同TCP连接在链路层传输中丢失的分段,从而保证每个TCP连接的性能,减少网络能耗。另外,采用ARQ机制进行链路层数据帧传输时,由于中间节点判断丢包的准确率较低,导致缓存队列中存在一些实际未丢失的分段。对这些分段的重传会消耗额外的能量,降低了缓存队列的利用率。因此缓存管理采用询问邻居节点的方式检查分段是否丢失,及时地删除无效的缓存分段。实验结果表明,采用分布式TCP缓存队列策略可以使得多个TCP连接的网络性能以及缓存队列利用率得到了很大提高。     

一种实用的传感器网络拥塞控制算法*

传感器网络的拥塞不仅导致丢包率增加,影响传输性能,还浪费宝贵的能量资源,因此,有效控制拥塞是传感器网络中需要解决的一个关键问题。提出了一种拥塞控制机制（CMCS）。与现有工作不同,CMCS采用基于节点的缓存队列长度并结合拥塞增长系数来判断拥塞的变化趋势,以拥塞节点为中心的共享信道区域内进行拥塞反馈和速率控制,并采用基于剩余价值的丢包策略。仿真结果表明,CMCS明显降低了通信能耗,提高了网络的价值吞吐量。     

高速路由器中一种有效的组播交换排队机制

许多Internet新业务产生的网络流量都属于组播类型．高速路由器中组播交换队列设计是解决组播数据在复杂网络中有效传输的关键问题之一．理想情况下,为保证服务的公平性及有效性,不应该在排队和调度时对组播和单播人为地进行区分．在二者共存的情况下,如何进行公平地排队、交换是亟待解决的问题．基于共享存储交换结构,提出了一种有效的组播交换队列设计方案,同时提供了相应的与组播比例和平均扇出相关的缓存管理机制和队列调度算法．仿真结果表明,与在Cisco高端路由器中广泛应用的ESLIP设计方案相比,在输入负载大于80％的重负载环境中,该系统能够获得更低的平均时延和更小的系统丢包率．     

基于队列长度的VANETs广播协议

车载自组织网络中,紧急信息的优先级高于服务信息。当节点接收到紧急信息后就会抑制服务信息的发送,造成紧急信息与服务信息之间发送不公平。针对这一矛盾,提出一种基于缓存队列长度的广播协议(BQLP),该协议通过数据包缓存队列长度来调整信息发送的优先级,缓存队列长度越长,节点发送信息的优先级就越高,从而避免因缓存队列过长而引起的数据丢包。仿真结果表明,BQLP协议不仅提高了数据包和节点的接收率,而且降低了数据包传输延时。     

基于流量自相似性的网络队列管理算法

网络流量的自相似性会导致数据突发状态持续,传统队列管理算法无法对网络流量突发状态进行预测,从而影响网络端到端时延、丢包率和吞吐性能。针对该问题,提出一种基于网络流量预测的主动队列管理算法P-ARED。基于网络流量的均值和方差给出网络流量等级的概念,讨论网络流量等级转移概率与Hurst参数之间的关系,提出基于贝叶斯估计思想的网络流量等级预测方法。在此基础上,在对自相似网络流量环境下的平均队列长度、缓存队列长度最小阈值等参数优化设置的基础上,基于Hurst参数和自相似流量等级预测结果,重新设计ARED算法中分组丢弃概率的计算方法,以提高缓存队列长度的稳定性。仿真结果表明,P-ARED算法与对比的主动队列管理算法相比,降低了网络端到端时延和丢包率,提高了端到端吞吐性能,其中平均吞吐量最高提升7.63%,平均时延最多降低17.52%。     

面向并行入侵检测的主动式负载均衡算法

针对网络流量中有些流数目少但其所占的流量比重很大,以及高速网络流量存在极强的突发性,本文提出了一种基于缓冲区队列管理的主动式入侵检测负载均衡（ALBIDS）算法。该算法由静态HASH分流与动态调整两部分组成,模拟实验表明：在真实网络流量trace下,与静态HASH算法和最小队列长度动态调整负载均衡算法相比较,本算法负载均衡度好、流破坏率小、丢包率小,具有很高的应用价值。     

一种基于流量预测的多优先级队列缓存管理算法

在引入优先级因素的流量预测模型基础上,提出了一种多优先级队列的缓存管理算法,该算法通过固定时刻的缓存预分配,结合时划间隔中的缓存竞争,使缓存的分配更加合理而有预见性,仿真实输表明它能够明最降低高优先级数据包的丢包率,同时兼顾低优先级数据包的转发,并且不产生额外的延迟,表明该算法有很好的应用价值。     

全光分组交换路由器缓存需求研究

针对当前只能在一个集成光电芯片上实现容量为几十个分组的光先来先服务（FCFS）缓存,大规模的光缓存仍无法实现的问题,利用接入链路速率远小于骨干链路速率这一特性,在牺牲25％的链路利用率的条件下,讨论小缓存能否满足采用CIOQ缓存队列的全光分组交换路由器的性能需求。从理论上证明采用CIOQ缓存队列的路由器的缓存需求小于采用OQ缓存队列的缓存需求,通过分析和仿真发现,20个分组的缓存即可满性能需求。     

基于多核处理器的无锁零拷贝数据包转发框架

为突破高速软件路由器转发路径中存储访问方面的性能瓶颈,分析PacketShader和Netmap2个软件路由器的转发结构和存在的问题,设计一个基于多核处理器的零拷贝包转发框架MapRouter。采用零拷贝技术去除包转发路径中的包拷贝,并借助并发无锁队列设计一个适合多端口间数据包零拷贝转发的包缓冲区管理方案。将高度优化的包I／O驱动、包缓冲区回收机制、无锁队列实现等一系列优化措施相结合,以提高转发速度。实验结果表明,对于不包括IP路由表查找的最小转发,MapRouter在模拟的两端VI路由器上可以达到i0Gb／s的转发速度,与PacketShader和Netmap相比,其转发速度更高、CPU利用率更低。     

基于自相似排队模型的星上交换输入缓存分配算法

针对空间信息网络的自相似分组业务流、星上交换节点的有限缓存资源,提出一种基于自相似排队模型的星上交换输入缓存分配算法。构建了基于VOQ的空间信息网络星上Crossbar交换节点模型,依据空间信息网络业务流的自相似性,通过建立虚通道自相似排队模型,估算出各个虚通道的缓存溢出概率,再根据其溢出概率采用贪婪算法来实现缓存资源的优化分配。仿真分析了在自相似分组业务流下优化分配算法和均匀分配算法的性能。结果表明,在相同缓存开销下,优化分配算法可以有效降低分组的平均时延;在同等分组平均时延下,分组业务流自相似程度为0.8和0.6时,可分别节省缓存开销约25%和17.4%。     

无尺度网络的数据包传输元胞自动机模型研究*

为了更真实地模拟网络行为,提出了一种基于无尺度网络的数据包传输元胞自动机模型,模型中通过增加缓存队列大小和提高中心节点的处理速度来减少丢包数,提高网络性能。仿真结果表明,在元胞交互规则的作用下,数据包发送速率,缓存队列大小和丢包数在时间序列上都具有自相似特性,自相似程度呈现负相关;它们在时间序列上是长程相关的,在功率谱图中都具有幂律分布特性,在高频段呈现出白噪声特性。     

基于三级存储阵列缓存高速数据包及性能分析

高速网络设备一般需要大容量高速数据包存储器来缓存收到的数据包.但以目前的存储器工艺水平很难实现这样的存储器,从而限制了整个网络的发展.提出一种新型的三级存储阵列结构可以成功解决数据包存储器的容量和带宽问题,理论上可以实现任意高速数据包的缓存.使用"最关键队列优先"算法完成对三级存储阵列的管理,证明了使用该算法能够保证数据包的无时延调度输出,并且其所需的系统规模最小,同时推导出系统规模的上、下限.最后给出三级存储阵列的一种可实现方案,从而使该结构易于硬件实现.     

一种提高TCP与UDP数据流公平性的拥塞控制机制

在UDP业务流逐步占据大部分网络带宽的情况下,如何在网络层对UDP包进行拥塞控制显得尤为重要。在网络拥塞时,由于UDP包本身缺乏反馈机制,将会产生严重的丢包或者UDP抢占TCP带宽的现象。文中提出了基于网络层的发送端缓冲队列管理的拥塞控制机制,可以均衡TCP和UDP的带宽使用,同时通过对路由器ICMP网络拥塞报文的处理,建立了高效的流量调节策略,并进行了网络仿真实验。实验结果表明,基于该机制的拥塞控制可以有效改善网络不同业务流带宽使用的不公平性。     

基于平均变化率和空闲长度的丢包概率模型

针对RED队列丢包概率模型在计算丢包概率时精确性不足且未考虑网络流量的自相似性问题,提出了基于数据包入队速率平均变化率和队列空闲长度的队列丢包概率模型（DRED）,给出了相应的实现算法。DRED将网络流量状态引入到丢包概率的计算过程中,丢包概率随着网络流量状态的变化而变化,克服了RED队列丢包概率模型在平均队列长度大于队列最大阈值小于队列最大长度时直接将到达的数据包全部丢弃的弊端。实验结果表明,与RED相比,DRED丢包概率的计算更加精确,丢包率有所降低,吞吐量相对提高,端到端时延虽稍有增大,但时延抖动较小,网络的整体性能有一定提高。     

Port partitioning and dynamic queueing for IP forwarding

With the increase of internet protocol (IP) packets the performance of routers became an important issue in internet/working. In this paper we examine the matching algorithm in gigabit router which has input queue with virtual output queueing. Dynamic queue scheduling is also proposed to reduce the packet delay and packet loss probability. Port partitioning is employed to reduce the computational burden of the scheduler in a switch which matches the input and output ports for fast packet switching. Each port is divided into two groups such that the matching algorithm is implemented within each pair of groups in parallel. The matching is performed by exchanging the pair of groups at every time slot. Two algorithms, maximal weight matching by port partitioning (MPP) and modified maximal weight matching by port partitioning (MMPP) are presented. In dynamic queue scheduling, a popup decision rule for each delay critical packet is made to reduce both the delay of the delay critical packet and the loss probability of loss critical packet. Computational results show that MMPP has the lowest delay and requires the least buffer size. The throughput is illustrated to be linear to the packet arrival rate, which can be achieved under highly efficient matching algorithm. The dynamic queue scheduling is illustrated to be highly effective when the occupancy of the input buffer is relatively high.Scope and purposeTo cope with the increasing internet traffic, it is necessary to improve the performance of routers. To accelerate the switching from input ports to output in the router partitioning of ports and dynamic queueing are proposed. Input and output ports are partitioned into two groups A/B and a/b, respectively. The matching for the packet switching is performed between group pairs (A, a) and (B, b) in parallel at one time slot and (A, b) and (B, a) at the next time slot. Dynamic queueing is proposed at each input port to reduce the packet delay and packet loss probability by employing the popup decision rule and applying it to each delay critical packet.The partitioning of ports is illustrated to be highly effective in view of delay, required buffer size and throughput. The dynamic queueing also demonstrates good performance when the traffic volume is high.     

Performance analysis of adaptive buffer management mechanism using autoregressive based MPEG-4 encoded video traffic model

The burstiness of video traffic in future wired and wireless networks makes dynamic management of network resources more critical. This helps to meet stringent delay and loss requirements of video traffic and improves its Quality of Service (QoS). Since buffer management in queueing system plays an important role towards effective control of QoS for various types of applications, we have focused on its dynamic management. In this paper, we have proposed ADPBS scheme for priority queueing system. The performance of this scheme is analyzed with MPEG-4 encoded video sequence as input to the ADPBS queue. The simulation is carried out in MATLAB for various combinations of threshold control parameters, different traffic load and input traffic mix variations. The results of simulations indicate that dynamically controlled threshold in ADPBS contributes to significant reduction of packet loss of different priority classes as compared with static partial buffer sharing queue and first in first out queue based on threshold control parameters and the traffic type.     

高速分组交换网络中调度器的设计

为了满足迅猛发展的网络业务对网络服务质量提出的更高要求,使用高速分组网络交换机中的队列调度器可以有效地提供高质量的网络服务。通过采用分级式队列调度和四种队列调度算法有效地实现了队列调度器的设计。并且深入地比较和分析了队列调度器中多种队列调度算法的优缺点,尤其是对DRR调度算法进行了优化和改进。最后。对所设计的电路进行了仿真验证和电路综合,结果表明该调度器可以满足网络对服务质量的更高要求,并且能够应用到高速分组交换网络的调度器设计中。