带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法_史立
沈鑫剡编著《路由和交换技术》部分习题答案
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载沈鑫剡编著《路由和交换技术》部分习题答案地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容部分习题答案第1章1.9传播时延t＝1/（200000）=5×10-6s，最短帧长M＝2t×传输速率＝2×5×10-6×109=10000bit。
1.10 基本时间是冲突域中距离最远的两个终端的往返时延，10Mbps时是51.2s，100Mbps时是5.12s，因此，当选择随机数100时，10Mbps时的等待时间＝100×51.2s，100Mbps时的等待时间＝100×5.12s。
终端A和B同时发送数据终端A和B同时检测到冲突终端A和B同时发送完干扰信号终端A发送数据终端A发送的数据到达终端B终端B开始检测总线状态225bit时间225＋48=273 bit时间273+512=785 bit时间273+225＋96=594 bit时间594+225=819 bit时间总线持续空闲前提下终端B发送数据时间7854+96=881 bit时间1.11题1.11图终端A在594bit时间，终端B在889bit时间重传数据帧。
终端A重传的数据819bit时间到达终端B。
不会，因为，终端B只有在785bit时间～881bit时间段内一直检测到总线空闲才发送数据，但819bit时间起，总线处于忙状态。
不是，要求持续96bit时间检测到总线空闲。
1.12 ①1Mbps。
②10Mbps。
③10Mbps。
1.13思路：当终端D传输完成后，由于终端A、B和C同时检测到总线空闲，第一次传输肯定发生冲突。
随机产生后退时间后，如果有两个终端选择随机数0，又立即发生冲突，如果两个终端选择随机数1，在选择0的终端传输完成后，这两个终端又将再次发生冲突，重新选择后退时间。
【Selected】计算机网络教程_(第二版)_课后答案(全).doc
第一章概述传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速度发送时延＝数据块长度/信道带宽总时延＝传播时延＋发送时延＋排队时延1-01计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？答：计算机网络的发展可分为以下四个阶段。
（1）面向终端的计算机通信网：其特点是计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，呈分层星型结构，各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源，计算机的主要任务还是进行批处理，在20世纪60年代出现分时系统后，则具有交互式处理和成批处理能力。
（2）分组交换网：分组交换网由通信子网和资源子网组成，以通信子网为中心，不仅共享通信子网的资源，还可共享资源子网的硬件和软件资源。
网络的共享采用排队方式，即由结点的分组交换机负责分组的存储转发和路由选择，给两个进行通信的用户断续（或动态）分配传输带宽，这样就可以大大提高通信线路的利用率，非常适合突发式的计算机数据。
（3）形成计算机网络体系结构：为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织ISO 提出了一个能使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架—开放系统互连基本参考模型OSI.。
这样，只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循同一标准的其他任何系统进行通信。
（4）高速计算机网络：其特点是采用高速网络技术，综合业务数字网的实现，多媒体和智能型网络的兴起。
1-02试简述分组交换的要点。
答：分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。
它兼有电路交换和报文交换的优点。
在分组交换网络中，数据按一定长度分割为许多小段的数据——分组。
以短的分组形式传送。
分组交换在线路上采用动态复用技术。
每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。
在路径上的每个结点，把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。
到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。
通信网络基础-(李建东-盛敏-)课后习题答案
1.1答:通信网络由子网和终端构成（物理传输链路和链路的汇聚点），常用的通信网络有ATM 网络，X 。
25分组数据网络，PSTN ，ISDN ，移动通信网等。
1。
2答：通信链路包括接入链路和网络链路.接入链路有：(1）Modem 链路，利用PSTN 电话线路，在用户和网络侧分别添加Modem 设备来实现数据传输，速率为300b/s和56kb/s ；（2）xDSL 链路，通过数字技术，对PSTN 端局到用户终端之间的用户线路进行改造而成的数字用户线DSL ，x 表示不同的传输方案；(3）ISDN ，利用PSTN 实现数据传输，提供两个基本信道：B 信道（64kb/s ），D 信道（16kb/s 或64kb/s ）；（4）数字蜂窝移动通信链路，十几kb/s ～2Mb/s ；(5）以太网,双绞线峰值速率10Mb/s,100Mb/s 。
网络链路有：（1）X.25提供48kb/s,56kb/s 或64kb/s 的传输速率,采用分组交换,以虚电路形式向用户提供传输链路;（2）帧中继，吞吐量大,速率为64kb/s ,2.048Mb/s;（3）SDH （同步数字系列），具有标准化的结构等级STM —N ；（4）光波分复用WDM ，在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号.1.3答：分组交换网中，将消息分成许多较短的，格式化的分组进行传输和交换,每一个分组由若干比特组成一个比特串，每个分组都包括一个附加的分组头，分组头指明该分组的目的节点及其它网络控制信息.每个网络节点采用存储转发的方式来实现分组的交换。
1.4答：虚电路是分组传输中两种基本的选择路由的方式之一.在一个会话过程开始时，确定一条源节点到目的节点的逻辑通路，在实际分组传输时才占用物理链路，无分组传输时不占用物理链路,此时物理链路可用于其它用户分组的传输。
会话过程中的所有分组都沿此逻辑通道进行。
而传统电话交换网PSTN 中物理链路始终存在,无论有无数据传输。
带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法
带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法随着互联网的不断发展，网络带宽需求越来越大，尤其是在高清视频、云计算等领域，对网络带宽的要求越来越高。
然而，网络中的带宽资源是有限的，如何实现带宽的合理利用成为了一个重要的问题。
本文提出了一种带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法，旨在实现网络带宽的最优分配。
一、引言网络带宽是指网络传输数据的能力，是网络运行的基础。
随着互联网的不断发展，网络带宽需求越来越大，尤其是在高清视频、云计算等领域，对网络带宽的要求越来越高。
然而，网络中的带宽资源是有限的，如何实现带宽的合理利用成为了一个重要的问题。
目前，网络带宽的分配方式一般采用的是静态分配和动态分配。
静态分配是指将网络带宽按照一定的比例分配给各个应用，这种方式适用于网络负载比较稳定的情况。
而动态分配是指根据网络负载情况实时分配网络带宽，这种方式适用于网络负载变化较大的情况。
但是，网络中的带宽资源是有限的，如何实现带宽的最优分配成为了一个重要的问题。
二、带宽变化的链路分层共享带宽变化的链路分层共享是一种基于链路的带宽分配方式。
该算法将网络链路分为若干层，每一层具有不同的带宽容量。
在网络负载比较低的情况下，网络中的带宽资源可以被更好的利用。
在网络负载比较高的情况下，该算法可以有效地避免网络拥塞的问题。
具体来说，带宽变化的链路分层共享算法具有以下特点：1.链路分层：将网络链路分为若干层，每一层具有不同的带宽容量。
2.带宽共享：在网络负载比较低的情况下，网络中的带宽资源可以被更好的利用。
3.带宽重分配：在网络负载比较高的情况下，该算法可以有效地避免网络拥塞的问题。
三、带宽重分配算法带宽重分配算法是一种基于网络负载的带宽分配方式。
该算法根据网络负载情况实时分配网络带宽，从而实现网络带宽的最优分配。
具体来说，该算法具有以下特点：1.实时性：根据网络负载情况实时分配网络带宽。
2.最优性：实现网络带宽的最优分配。
3.自适应性：根据网络负载情况自适应调整带宽分配策略。
带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法
带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法随着网络技术的不断发展，网络的应用已经涵盖了人们生活的各个方面。
而在网络中，带宽是一个非常重要的概念。
带宽的大小直接影响了网络的传输速度和稳定性，因此如何有效地利用网络带宽也成为了网络技术研究的一个重要方向。
本文提出了一种带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法，旨在提高网络带宽利用率和网络传输效率。
一、引言在网络中，链路是指连接两个网络节点的物理路径。
链路的带宽是指该链路能够传输的数据量大小，通常用Mbps或Gbps表示。
在网络中，链路带宽的大小是有限的，而网络中的数据传输需求是不断增长的，因此如何有效地利用链路带宽成为了网络技术研究的一个重要方向。
本文提出的带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法，是一种能够动态适应链路带宽变化的算法。
该算法通过链路的分层共享和带宽的重分配，实现了网络带宽利用率的提高和网络传输效率的提升。
二、带宽变化的链路分层共享在传统的网络中，链路的带宽是固定的，因此在网络传输过程中，链路的利用率和传输效率往往不高。
而在本文提出的算法中，链路的带宽是动态变化的，因此可以根据链路的带宽情况，对链路进行分层共享，从而提高链路的利用率和传输效率。
具体来说，本文提出的算法将链路分为三个层次：高速层、中速层和低速层。
高速层的链路带宽最大，中速层次之，低速层的链路带宽最小。
在网络传输过程中，数据包会按照优先级的顺序选择链路进行传输。
具体来说，高优先级的数据包会优先选择高速层的链路进行传输，中优先级的数据包会优先选择中速层的链路进行传输，低优先级的数据包会优先选择低速层的链路进行传输。
通过分层共享的方式，可以有效地利用链路的带宽，提高链路的利用率和传输效率。
当链路带宽发生变化时，可以动态地对链路进行重新分层，从而保证链路的利用效率。
三、带宽重分配算法在网络中，数据传输的需求是动态变化的，因此链路的利用率也是动态变化的。
在传统的网络中，链路带宽是固定的，因此无法适应链路利用率的变化。
带宽计算文档
带宽计算在网络通信中，带宽是指在单位时间内传输数据的能力，通常以比特率（bit/s）表示。
计算带宽是网络规划和优化的重要步骤，可以帮助确定网络的性能和容量需求。
本文将介绍带宽的计算方法和一些应用场景。
基本概念带宽是网络通信中一个重要的概念，它表示网络在单位时间内能够传输的数据量。
带宽通常用比特率来表示，比特率是指每秒钟传输的比特数，常见的单位有bps（bits per second）、Kbps（kilobits per second）、Mbps（megabits per second）和Gbps（gigabits per second）。
带宽计算涉及以下几个要点： - 数据量：需要传输的数据量。
- 传输时间：数据传输所需的时间。
- 带宽：在给定的时间内传输数据的能力。
带宽计算公式带宽计算可以使用以下公式进行计算：带宽 (bps) = 数据量 (bits) / 传输时间 (s)根据这个公式，我们可以计算出在给定的数据量和传输时间下所需的带宽。
例如，如果有一个数据量为1000比特（bits）的文件需要在10秒内传输完毕，那么带宽的计算如下：带宽 (bps) = 1000 bits / 10 s = 100 bps应用场景带宽计算在网络规划和优化中有着广泛的应用，下面介绍几个常见的应用场景。
1. 网络容量规划在规划网络容量时，我们需要根据预估的数据量和传输时间来计算带宽。
这可以帮助我们确定所需的网络带宽是否满足需求，避免网络拥塞和性能下降。
通过合理的带宽计算，我们可以有效地规划网络容量，提高网络的可靠性和可用性。
2. 网络延迟优化网络延迟是指数据从发送端到接收端所需的时间，也是衡量网络性能的重要指标之一。
在进行网络延迟优化时，带宽计算可以帮助我们确定数据传输所需的时间，从而提前做出调整和优化，减少延迟并提高用户体验。
3. 云计算资源规划在云计算环境中，计算资源的规划是一个关键的问题。
带宽计算可以帮助我们确定云计算资源的需求，从而合理分配计算资源，提高资源利用率和性能。
网管员不可不知二层交换机基础知识
网管员不可不知二层交换机基础知识IT168网络通信频道精心打造的《网管员书架》栏目已经成功举办了两期：第一期：中小企业组网十步法第二期：中小企业路由器配置第三期将介绍中小企业交换机配置相关的内容，今天先由小编来一篇关于交换机基础知识介绍的预热文章。
咱们平时所说的局域网交换技术，也称为层2交换技术，内容主要包括层2交换的工作原理、网络环路、如何利用Spanning-Tree Protocol 来解决网络环路、VLAN及VTP技术，这篇文章主要介绍二层交换机的工作原理以及网络环路的危害。
其他的内容将在后续陆续介绍。
大家都知道传统共享以太网使用的是CSMA/CD机制，即载波侦听多路访问/冲突检测。
我们来详细分析一下：▲ CSMA/CDCSMA/CD是一种分布式介质访问控制协议，网络中的各个节点都能独立地决定数据帧的发送与接收。
每个节点在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。
这时，如果两个以上的节点同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。
每个节点必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。
最早由Inter，施乐，DEC三家公司提出以太网标准，后来IEEE组织制定了802.3标准规定了以太网的物理层和数据链路层的MAC子层，主要就是定义了10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T、10BASE-F 等，规定了介质，带宽，距离等。
同时还定义了一个502.2标准，规定以太网数据链路层的LLC子层，即逻辑链路控制子层，主要是提供了一个数据链路层与网络层的接口，如图所示：网络层有很多协议，数据链路层提供了很多协议之间的区分，使用网络层的哪一个协议，这就是为什么数据帧要封装一个LLC的头部信息。
但传统以太2帧中不是使用LLC封装而是在数据帧中有一个2个字节的type来表明上网所使用的协议,如下图所使用的网络层协议是ARP。
数据链路层技术的带宽管理技巧(五)
数据链路层技术的带宽管理技巧1. 引言在当今信息时代，大量的数据需要快速、安全、高效地传输。
数据链路层作为计算机网络协议的一部分，负责数据在物理层与网络层之间传输的管理和控制。
带宽管理是数据链路层中至关重要的一环，其合理的应用能够有效地提高网络传输效率。
本文将探讨数据链路层技术的带宽管理技巧。
2. 带宽管理的概念带宽是指数据传输的能力或速度，它决定了网络传输数据的上限。
带宽管理是指合理分配和利用带宽资源，以满足用户对网络数据传输的需求。
在数据链路层中，带宽管理主要包括以下几个方面的技巧。
3. 报文大小控制报文大小对于网络传输效率的影响是非常大的。
过大的报文会占用过多的带宽资源，并可能导致网络拥堵。
因此，针对不同的网络环境和需求，合理控制报文大小是一种有效的带宽管理技巧。
例如，在局域网中，可以适当增大报文大小以提高传输效率；而在广域网中，应将报文大小限制在合理范围内，避免带宽浪费。
4. 网络拓扑优化网络拓扑在带宽管理中起着重要作用。
合理的网络拓扑可以降低网络的延迟和拥堵程度，提高数据传输的速度和可靠性。
例如，星形拓扑和总线拓扑在小型网络中的带宽管理效果较好；而在大型网络中，基于路由器的树型拓扑能够更好地控制和管理带宽资源。
5. 流量控制与窗口机制流量控制是带宽管理的核心内容之一。
通过设置合适的流量控制策略，可以有效地控制数据的传输速度，避免网络拥堵。
窗口机制是流量控制的一种重要方法，它通过控制数据的发送和接收窗口大小，实现了发送方和接收方之间的带宽调整。
合理地调整窗口大小，能够充分利用带宽资源，提高网络传输的效率。
6. 数据压缩与加速数据压缩和加速技术可以有效地提高带宽利用率。
通过对数据进行压缩，可以减少数据的传输大小，从而节约了带宽资源。
数据加速技术则通过优化数据的传输路径和协议，提高数据传输的速度和效率。
这些技术的应用可以为带宽管理提供更多的选择，提高网络的传输能力。
7. 前向纠错和差错控制前向纠错和差错控制是带宽管理中的重要环节。
实战指南：如何使用网络层技术提升网络的带宽利用率？(系列二)
如何使用网络层技术提升网络的带宽利用率？随着互联网的迅速发展和信息传输的日益频繁，大部分企业和个人都离不开网络的支持和帮助。
然而，网络带宽的有限性使得很多用户经常感到网络速度缓慢。
为了解决这个问题，我们需要使用网络层技术来提升网络的带宽利用率。
网络层技术是指在数据包从源主机传输到目的主机的过程中，通过优化网络资源的分配和控制，使得网络带宽得到更有效的利用。
第一步，我们可以使用数据压缩技术。
当数据经过网络传输时，常常会包含一些重复或者冗余的信息。
通过使用数据压缩技术，我们可以将这些冗余的信息去除，从而减小数据包的大小，进而提升网络的带宽利用率。
常见的数据压缩技术有哈夫曼编码、LZ77等。
第二步，我们可以使用数据分包技术。
当数据包的大小超过了网络链路的限制时，我们需要将数据分割成多个较小的数据包进行传输。
这样可以避免数据包的丢失或者超时，从而提升网络的带宽利用率。
常见的数据分包技术有IP分片、TCP分段等。
第三步，我们可以使用网络拥塞控制技术。
当网络中的流量超过了网络链路的承载能力时，会发生网络拥塞现象。
网络拥塞会严重影响网络的带宽利用率。
为了解决这个问题，我们需要使用网络拥塞控制技术，如拥塞避免算法、拥塞控制算法等。
通过合理地控制数据包的发送速率和调整发送窗口的大小，我们可以有效地避免或者减轻网络拥塞的发生，从而提升网络的带宽利用率。
第四步，我们可以使用负载均衡技术。
负载均衡是一种将网络流量分配到多个服务器上的技术。
通过使用负载均衡技术，我们可以将网络流量合理地分配到不同的服务器上，从而避免某个服务器负载过重，导致网络带宽利用率的下降。
常见的负载均衡技术有DNS负载均衡、反向代理负载均衡等。
第五步，我们可以使用网络缓存技术。
当用户请求相同的数据时，我们可以将数据缓存在网络节点上。
这样，在下次用户请求相同数据时，我们可以直接从缓存中获取，而不需要再次通过网络传输。
通过使用网络缓存技术，我们可以减少数据在网络中的传输次数，从而提升网络的带宽利用率。
带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法_史立
第30卷第1期2009年3月上 海 海 事 大 学 学 报J o u r n a l o f S h a n g h a i M a r i t i m e U n i v e r s i t yV o l .30 N o .1M a r .2009文章编号:1672-9498(2009)01-0024-08带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法史 立1a,贺俊吉1b,卢天喆2(1.上海海事大学a .科学研究院,b .物流工程学院,上海 200135;2.青岛远洋船员学院航海系,山东青岛 266071)摘 要:为解决带宽变化状态下链路为不同用户共享时所面临的问题,提出适于带宽变化的分层链路共享和基于管理域的带宽重分配算法.该算法根据输出缓存测量反馈有效带宽来动态调整链路共享结构,可以屏蔽底层特性,满足向用户提供绝对带宽以及域间和类间的公平性.大量仿真试验验证该方法的可行性和合理性.关键词:分层链路共享;基于类的排队;服务质量;带宽变化链路;无线链路共享;带宽重分配中图分类号:T N 915.04 文献标志码:AH i e r a r c h i c a l l i n k -s h a r i n g a n db a n d w i d t h r e a l l o c a t i o n a l g o r i t h mf o r l i n k s w i t hv a r y i ng b a n d w i d t hS H I L i 1a,H EJ u n j i 1b,L UT i a n z h e2(1.a .A c a d e m y o f S c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ,b .L o g i s t i c s E n g i n e e r i n g C o l l e g e ,S h a n g h a i M a r i t i m e U n i v .,S h a n g h a i 200135,C h i n a ;2.D e a p a r t m e n t o f N a v i g a t i o n ,Q i n g d a o O c e a nS h i p p i n g M a r i n e r s C o l l e g e ,Q i n g d a o S h a n d o n g 266071,C h i n a )A b s t r a c t :I n o r d e r t o s o l v e t h e l i n k p r o b l e mw h e n t h e l i n k i s s h a r e d b y m u l t i -u s e r s u n d e r t h e c o n d i t i o n o fv a r y i n g b a n d w i d t h ,a h i e r a r c h i c a l l i n k -s h a r i n g a n db a n d w i d t h r e a l l o c a t i o na l g o r i t h m b a s e do nm a n a g e -m e n t t e r r i t o r yf o r l i n k s w i t hv a r y i n gb a n d w i d t hi s p r o p o s e d .T h el i n k -s h a r i n gf r a m e w o r ki sa d j u s t e d d y n a m i c a l l y b y t e s t i n g t h e e f f e c t i v e f e e d b a c k b a n d w i d t h a c c o r d i n g t o t h e o u t p u t b u f f e r i n t h e a l g o r i t h m .I t c a n s h i e l d t h e f i r s t f l o o r c h a r a c t e r i s t i c s ,a n d p r o v i d e s t h e a b s o l u t e b a n d w i d t ha n dt h e f a i r n e s s b e t w e e n t e r r i t o r i e s a n d b e t w e e nc l a s s e s .Al o t o f s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s p r o v e t h a t t h em e t h o di s f e a s i b l e a n d r e a s o n a b l e .K e y w o r d s :h i e r a r c h i c a l l i n k -s h a r i n g ;c l a s s b a s e dq u e u i n g ;s e r v i c eq u a l i t y ;l i n kw i t hv a r y i n g b a n d -w i d t h ;w i r e l e s s l i n k -s h a r i n g ;b a n d w i d t h r e a l l o c a t i o n收稿日期:2008-03-10 修回日期:2008-10-20基金项目:上海市教育委员会教育支出项目;上海市科学委员会地方院校能力建设项目(0817*******);上海市经济委员会引进技术吸收与创新年度计划项目(07X I -058)作者简介:史 立(1970—),男,山西新绛人,讲师,博士,研究方向为计算网络和通信技术研究,(E -m a i l )l i s h i @r i n .s h m t u .e d u .c n0 引 言随着I P 技术和因特网的迅速发展,原有的仅传输1种类型数据流的网络,逐渐向可承载各种流量类型数据流的包交换网络转变,因此,提出对链路进行分层共享方法[1-3]来区别对待不同数据流.但是,这些方法建立在带宽恒定的基础上,对无线链路并不成立.本文提出1种带宽可重分配的链路分层共享算法,以适用于带宽变化的链路,通过大量仿真试验证明其有效性.1 适于带宽变化的分层链路共享方法适于带宽变化的分层链路共享方法(C l a s s B a s e d Q u e u i n g f o r V a r y i n g B a n d w i d t h ,C B Q -V B )[4]算法原理见图1.通过输出缓存测量包的出队速率和缓存队列的长度,计算当前实际的有效带宽,通知调度器调整其下传速率,从而将输出缓存队列长度控制在一定范围内,使C B Q -V B 能及时了解当前的有效输出带宽,对分级共享树各类的带宽比例进行相应调整,满足用户的服务质量要求.C B Q -V B 算法对有效的输出带宽要进行估计,其方法是根据输出缓存包的出队速率和输出缓存的队列长度及其变化对其进行估计,因此,需要测量包的出队速率和输出缓存的队列长度及其变化,涉及对输出缓存的入队函数和出队函数进行修改,在接收到当前有效带宽时,修改包调度时机以调整下传速率,重新分配带宽,满足用户服务质量要求.图1 C B Q -V B 算法原理1.2 出队函数在出队函数中要对包的出队速度进行测量.为消除瞬间带宽变化的影响,对包出队速率采用指数权重滑动平均(E W M A )进行估计.设包的大小为L ,t 为包离开的时间间隔,则第n 个包离开时的估计速率V n =(1-w v )V n -1+w vLt,n ≥1(1)式中:w v 为权重值.n =1时,V 0为初始速率,设为链路带宽.包的出队速率可看作是当前链路为上层提供的有效带宽的度量,在反馈给调度器下传速率时作为约束条件,使下传速率能快速跟上链路带宽变化.算法见图2.图2 出队函数算法1.3 入队函数入队函数对输出缓存的队列长度及其变化进行测量,并根据出队函数测量的有效带宽,计算C B Q 向输出缓存的下传速率,并反馈给调度器,使其对包调度进行调整.一方面将输出缓存队列长度控制在一定范围内;另一方面,使C B Q -V B 及时了解当前链路带宽,调整带宽分配,满足用户服务质量要求.由于到达缓存的数据以包为单位,而包的大小不同且队列长度也采用E W M A 估计消除随机波动,则第n 个包到达时的队列长度Q n =(1-w q )Q n -1+w q Q c ,n>1(2)式中:Q c 为第n 个包到达时的实际队列长度;w q 为权重值.因此,平均队列长度变化率V Q=Q n -Q n -1t,n>1(3)式中:t 为两次计算队列长度的时间间隔. 对C B Q 下传速率的估计采用P I D 控制原理[5],即根据偏差的比例(P r o p o r t i o n a l )、积分(I n t e g r a l )和微分(D e r i v a t i v e )的线性组合进行反馈控制(简称P I D 控制).当前速率估计算法见图3.图3 当前有效速率估计算法其算法满足ΔV=K p -V Q (k )+1T I ∑ki =0-V Q (k )+T D-V Q (k )+V Q (k -1)T(4)式中:K p 为比例增益;T I 为积分时间常数;T D 为微25第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法分时间常数;T 为采样周期. 输入的控制量为C B Q 到队列的入口速率的增量ΔV ,控制器的输入为队列长度的变化率V Q 与期望变化率的差.由于期望保持队列长度稳定,因此,期望变化率为0,偏差e =0-V Q =-V Q .在仿真试验中,仅采用比例部分进行控制就取得较好的效果.为平滑瞬时波动影响,设定队列上、下限进行控制,在队列长度小于下限或大于上限时,将当前速率反馈给调度器,通知对C B Q -V B 下传速率进行调整,并以队列的出口速率作为约束条件.在出队函数中,在输出缓存为空而下传速率又小于出队速率时,说明链路带宽增加,及时调节下传速率使其等于出队速率.基于同样的原理,对入队函数带宽反馈进行调整,算法见图4.图4 入队函数算法2 基于管理域的带宽重分配方法当链路带宽发生变化时,需对原来的带宽共享结构中各节点类占用的带宽进行调整,方法是根据原共享比例对每个类的占用带宽进行调解,但不一定能满足用户的实际需求,见图5.视频、音频和远程操作对实时性要求较高,被赋予较高优先级;数据对时延不敏感,被赋予较低优先级.当链路带宽下降时,原C B Q 算法将挤占数据业务,且当带宽下降到一定程度时,单位A 的实时业务会挤占单位B 的数据业务.假设单位A 可能希望在保证音频和操作业务的带宽基础上再保证数据业务,视频业务由于能自适应带宽的变化,可以被挤占;假设单位B 有2个独立机构,须保证每个机构所占带宽比例,而每个机构内有不同的带宽再分配策略.采用单一的调整策略无法满足用户的不同需求,因此,提出1种通用的带宽重分配算法———基于管理域的带宽重分配(D o m a i n -B a s e dB a n d w i d t hR e a l l o c a t i o n ,D B B R )算法,满足用户的不同需求.图5 基于管理域的带宽重分配方法2.1 D B B R 算法目标由于链路由不同用户共享,每个用户有不同类型的数据流,因此,在带宽下降时,带宽重分配须满足以下目标:(1)组织间的公平性.公平性是指2个类别带宽比例保持原共享结构的带宽比例,即当每个组织有足够的流量时,带宽重分配应保持组织间的分配比例关系.(2)组织内的管理性和公平性.组织内可根据用户需求进行带宽重分配,为用户提供通用分配策略,满足用户不同的重新分配政策,为用户提供绝对和相对保证,并且在满足用户对关键任务需求基础上,满足不同类间公平性要求.(3)数据流的优先级与重分配策略分离.为满足实时业务需求,链路共享将基于优先级的调度算法纳入其框架中,为实时业务提供时延保证.[1,3]并26上 海 海 事 大 学 学 报 第30卷 且,用户的关键业务不一定是实时业务,因此,将各类的优先级与重分配策略分离.2.2 D B B R 算法原理与实现为说明D B R R ,首先引入下列定义:(1)管理域.1个管理域由以1个链路共享结构树的内部节点为根和其所有的子孙节点组成.每个管理域中采用统一的带宽重分配政策,管理域间满足公平性要求.(2)绝对保证类.在链路共享结构中,带宽重分配时需要保证原有带宽恒定的叶子类,如实时非弹性业务和需要一定带宽的数据业务.(3)弹性保证类.在链路共享结构中,带宽重分配时带宽可以随链路带宽变化的叶子类,如具有自适应特性业务流,其和绝对保证类都是根据用户服务需求而来的.(4)分级带宽重分配策略.管理域中需为用户提供直观简洁的带宽重分配策略满足用户需求,用户的业务流可分为绝对保证类和弹性保证类,因此,可以将各类分为不同保证级别.绝对保证类赋予最高保证级别,由接入控制保证在链路状况最坏的情况下有足够的带宽;弹性保证类可进一步根据其重要程度分为不同级别.当链路带宽下降时,保证最高保证级带宽(绝对保证类),其所需的带宽先从最低保证级别中获取,若不能满足再从高一级中获取,直至满足为止;对于弹性保证级别的服务类,如果在上述保证策略完成后还可得到一定带宽,则该级别的类按原有的比例分配剩余带宽,满足公平性要求.(5)D B B R 算法描述.首先,依据机构的组织和带宽分配原则将链路共享结构树划分为不同的管理域,带宽先在每个管理域间按共享结构比例分配;每个管理域中,根据用户分配策略将域内各叶子类分为不同的保证级,采用分级带宽重分配策略进行带宽重分配.D B B R 算法包含管理域的生成和带宽重分配两部分.管理域的生成在初始化构建带宽共享结构时完成.带宽重分配在C B Q -V B 进行调整时被调用.2.2.1 管理域的生成管理域与其根节点关联并构成1个链表在重分配时进行遍历.每个管理域记录不同保证级别的带宽比例,并将同级保证类的叶子类链接起来,在重分配时进行遍历.2.2.2 带宽重分配假设初始链路带宽为r 0,某管理域分配给最高保证级别的带宽为f 0,链路带宽变为r 1,则为保证原有最高保证级别速率,须将其调整为f 1=f 0r 0r 1(5)需低保证级供给的带宽为Δf =f 0r 0r 1-1(6) 对于某一保证级别,假设其初始分配带宽为f ′,因其包含n 个类,初始分配带宽分别为f ′1,f ′2,…,f ′n ,其中,f ′=f ′1+f ′2+…+f ′n .该保证级别需供给最高级别Δf 带宽,则该级别n 个类的带宽分配比例变化为f ″i(i =1,2,…,n ),满足 f ″i=f ′i f ′(f ′-Δf )=f ′i 1-Δff ′,f ′>Δf 0,f ′≤Δf(7) D B B R 算法流程见图6.图6 D B B R 算法流程3 性能仿真与分析仿真工具使用网络仿真器N e t w o r kS i m u l a t o r(n s -2)[6],版本为n s -2.28.该仿真工具中C B Q 建立在带宽恒定基础上,C B Q 输出的包直接发往链路.通过C B Q -V B 和D B B R 算法,在恒定带宽的情况下,其产生的结果与原C B Q 算法一致,在此基础上进行仿真分析.27第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法3.1 仿真环境仿真典型的带宽变化的应用环境.空间站与地面用户通过无线链路进行通信,会受到各种因素干扰,如降水、大气吸收等,须采用各种措施减少干扰,而这些抗干扰技术大多会造成带宽下降[7].仿真环境见图7,由空间站(国际空间站,圆形轨道,高度400k m ,倾角51.6°)、地面站(经度116.46°,纬度39.92°)和用户站点组成.其中,站1和2属于单位A ,站3和4属于单位B .分别对地面站到空间站的上行链路带宽进行分配管理,链路共享结构和管理域的划分见图8.各个类的流量由C B R 产生,见表1.各个类的流量都超过其分配带宽以测试带宽管理效果.各类优先级设置见图8.图7 仿真环境图8 分层链路共享结构表1 试验数据流3.2 仿真试验与结果分析对原始的C B Q 算法与C B Q -V B +D B B R 进行仿真试验对比,仿真时间为40s (在此期间,空间站与地面站之间在可见范围内,即一直可以通信),对由调度器到队列缓存的所有包进行采样,计算各类流量,计算流量时间间隔采用1s 和0.2s 两种方式.在整个仿真过程中,变更链路即m a c 层出口带宽,带宽变化时间和量值见表2,试验参数设定见表3.表2 带宽变化仿真时间/s 08162432带宽/M b1.51.21.51.00.6表3 参数设定参数w vw qwV t hQ /字节Q L /字节Q U /字节K p 值0.20.050.20.01468823442578<0.01 测量在2种算法下各个类流量的占用带宽和所有流总合带宽.单位A 和B 占用带宽比例,采用2种保证,结果见图9.试验采用3种环境.带宽管理算法和各个流保证级别设置见表4.图9各子图中上部的虚线为链路带宽,实线为所有流的流量总合,即实际有效带宽.由于I P 包经链路层传输须加链路帧头,因此,所有流量总合小于链路带宽.(a )(b )28上 海 海 事 大 学 学 报 第30卷 (c)(d)(e)(f )(g )(h)(i )图9 仿真结果表4 仿真参数设定29第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法 从图9(a)和(b)看出,对C B Q算法:当链路带宽下降时,优先级高的流将挤占优先级低的流的带宽,流量总合波动较剧烈且有时超过链路带宽.各个流波动随优先级降低波动加大是由缓存队列和各个流包的大小不同造成的.当链路带宽下降时,流量总合的波动减小,这是由于低优先级被挤占,导致数据流中包的大小变化减小(在实验中,每个流包的大小一致,见表1).C B Q算法受包的大小影响较大,造成对流量估计不精确,高优先级的带宽不一定得到保证.图9(a)中流2的优先级为1,高于流3,但流2占用带宽一直处于其应占的带宽比例之下.另一方面,由图9(c)可看出,单位A和B之间带宽分配比例随着带宽的变化而偏离,由于单位A的流1优先级为0(最高),单位B优先级最高为1,所以,当带宽下降到一定程度时,单位A挤占单位B的带宽,无法保证2者间的公平性. 从图9(d)至(i)可看出,由于采用测量反馈机制,及时调整调度器出口速率,使各类流量与其总合变化幅度明显减小,各类流量总合基本保持在链路带宽之下;由于根据流量反馈及时进行调整,从图9(d)和(g)可直观看出,各个类流量在带宽变化时,满足保证级别设定,从而满足用户不同的带宽重分配策略,使带宽保证和队列调度的优先级分离;从图9(e)和(h)可看出,单位A和B所占带宽保持原有比例,保证管理域之间的公平性.表5给出绝对保证类和分配的带宽之差的统计结果,管理域A的流1和3在0～24s偏差<1%;在24～40s由于带宽下降到不能满足绝对保证级带宽,偏离保证带宽(见图9(g)),由于管理域B带宽足够,所以流4偏差保持在0.5%以下.表5 绝对保证类流1流3流40～8s平均0.0002-0.00500.0035标准差0.00480.02340.01318～16s平均-0.0017-0.00500.0040标准差0.00640.02510.016516～24s平均0.0006-0.00500.0035标准差0.00790.02340.013124～32s平均-0.0458-0.05500.0035标准差0.00800.02430.012332～40s平均-0.1647-0.20300.0025标准差0.00990.02200.0117 表6给出同保证级间流量比率和共享结构流量比率之间的差值统计结果,偏差在3%以内,可较好地满足绝对保证带宽,同时提高同级类间公平性.表6 公平性类流1v s流3(0.2s)流5v s流6(0.2s)流1v s流3(1s)流5v s流6(1s) 0～8s平均0.01320.01350.01050.0072标准差0.05060.05630.00890.0085 8～16s平均0.00880.01580.00590.0098标准差0.05110.07850.00790.0181 16～24s平均0.01390.00920.01150.0064标准差0.04950.04020.00940.0060 24～32s平均0.00170.0300-0.00150.0143标准差0.05520.12980.00950.0216 32～40s平均0.0188N a N＊0.01080.0271标准差0.1061N a N0.04090.1098注:小时间间隔,流6会出现0. 表3中给出算法中各参数的选取,各个权重值的选取可使其值能跟上速率或队列变化,同时又能消除小幅扰动.队列长度设为带宽1.5M b,最大延迟<25m s,阈值的选取考虑尽量将队列控制在半满状态.P I D控制器适于对被控对象的模型不清楚的情况,要使对象的动、静态性能满足设计要求,控制器的参数一般在现场加以调整,称为参数整定[5],因此对K p(见式(9))选取不同值,测试其对调整次数和各个类流量以及总合流量的平均值和标准差等统计特性的影响.表7给出总合流的结果,流量统计时间间隔为0.2s,因为带宽是变化的(见表2),所以,对各个时段的总合流量分别进行统计.从试验结果看,当K p<0.01时,总合流量的统计特性趋于稳定,对单个流结果相同,由于篇幅的关系,没有列出.因此,K p 的取值比较宽泛,可取K p=0.0001.调整阈值V t h (见图6)关系到调度器对下传速率的调整频率和精度,分别对其取值,对调整次数和各个类流量和总合流量的平均值和标准差等影响进行评价,结果见表8.由于篇幅关系,选取波动最大的流3为代表,表9给出流3相对于其保证带宽偏差的统计结果, 0～24s可保证这一带宽,24～40s由于链路带宽下降,不能保证这一带宽.从结果上看,只有V t h=0.1时,流3在起始0～8s的平均偏差>1%,原因是采用流速相对变化率作为调解依据,起始0～8s,带宽仅受包的大小影响,变化幅度小.因此,V t h选取须根据链路特性和服务质量要求设定.取V t h=0.01,可以使偏差<1%,调整频率3.6次/s.30上 海 海 事 大 学 学 报 第30卷 表7 K p 不同取值对调整次数和各个类综合流量统计特性的影响(V t h =0.01)K p0.10000000.01000000.00100000.00010000.00001000.00000100.00000010～8s平均1.43121.43091.43031.42711.42801.42361.4253标准差0.04640.02620.02120.02200.02370.02220.02268～16s平均1.15151.14991.15081.14891.14941.14991.1494标准差0.02050.02200.02530.01920.02350.02570.022316～24s平均1.43001.43081.43081.42991.42221.42621.4288标准差0.04440.02190.01710.02420.02100.02220.026324～32s平均0.96020.96020.95950.95960.96170.96020.9595标准差0.03190.02360.02030.02510.02860.02620.025632～40s平均0.57530.57630.57560.57440.57560.57480.5757标准差0.05670.02130.01720.02140.01630.02110.0245调整次数5534462124144136134155表8 V t h不同取值对调整次数和各个类综合流量统计特性的影响(K p =0.0001)V t h 0.1000.0500.0100.0050.0010～8s 平均1.42131.43011.42711.42351.4252标准差0.01940.02380.02200.01780.02318～16s 平均1.14991.14881.14891.15001.1483标准差0.02640.01730.01920.02880.020516～24s平均1.42871.42541.42991.42881.4176标准差0.02600.02060.02420.02310.022424～32s平均0.95840.95980.95960.95910.9608标准差0.02160.02200.02510.02340.024432～40s 平均0.57570.57500.57440.57460.5741标准差0.02540.01950.02140.01790.0170调整次数1122144227485表9 流3相对于其分配带宽的统计特性(K p =0.0001)V t h 0.1000.0500.0100.0050.0010～8s 平均-0.0590-0.0070-0.0050-0.0080-0.0080标准差0.02120.02100.02340.02430.02758～16s 平均-0.0160-0.0040-0.0050-0.0050-0.0060标准差0.02360.01980.02510.02510.019316～24s 平均-0.0190-0.0030-0.0050-0.0060-0.0080标准差0.02640.02540.02340.02650.022624～32s 平均-0.0590-0.0600-0.0550-0.0550-0.0540标准差0.01920.02030.02430.02250.019332～40s 平均-0.2040-0.2040-0.2030-0.2010-0.2020标准差0.01980.02360.02200.02390.02394 结 论研究带宽变化下的链路共享问题,提出适于带宽变化的链路分层共享和D B B R 算法,根据输出缓存测量,反馈有效带宽来动态调整链路共享结构,可屏蔽底层的特性,及时跟踪带宽变化,及时进行调整,满足用户绝对带宽保证以及域间和类间公平性.参考文献:[1]F L O Y DS ,J A C O B S O N V .L i n k -s h a r i n ga n dr e s o u r c e ,m a n a g e m e n t m o d e l sf o r p a c k e t n e t w o r k s [J ].I E E E /A C M T r a n so nN e t w o r k i n g ,1995,3(4):365-386.[2]J O NCRB ,Z H A N GH u i .H i e r a r c h i c a l p a c k e t f a i r q u e u i n g a l g o r i t h m s [J ].I E E E /A C MT r a n s o n N e t w o r k i n g ,1997,5(5):675-689.[3]S T O I C AI ,Z H A N GH u i ,E U G E N ETS .Ah i e r a r c h i c a l f a i r s e r v i c e c u r v e a l g o r i t h mf o r l i n k -s h a r i n g ,r e a l -t i m e a n d p r i o r i t y s e r v i c e s [J ].I E E E /A C MT r a n s o nN e t w o r k i n g ,2000,8(2):185-199.[4]史立,贺俊吉,鲁士文.适于带宽变化的链路共享方法[J ].系统仿真学报,2007,19(2):282-289.[5]夏扬.计算机控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2004:36-46.[6]I n f o r m a t i o n S c i e n c e s I n s t i t u t e .T h e N e t w o r kS i m u l a t o r n s -2[E B /O L ].(2005-03-15)[2008-02-10].h t t p ://w w w .i s i .e d u /n s n a m/n s /.[7]R I S S OF .D e c o u p l i n gb a n d w i d t h a n dd e l a yp r o p e r t i e s i nc l a s sb a s e dq u e u i n g [C ]//6t hI E E E S y m p o s i u m o nC o m p u t e r sa n dC o m m u n i c a t i o n s(I S C C 2001),T u n i s i a :I E E EC o m p u t e r S o c i e t y ,2001:524-531.(编辑 陈锋杰)31第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法。
考虑波束间干扰的多波束卫星功率带宽联合分配算法
考虑波束间干扰的多波束卫星功率带宽联合分配算法史煜;张邦宁;郭道省;杨柳【摘要】多波束卫星通信系统由于频率复用导致波束间存在干扰.为此,通过引入干扰系数,构建带宽功率联合分配模型,将该资源分配问题拆分为功率分配、带宽分配和对偶变量更新3个子问题,并提出相应的分配算法.算法在初次完成功率以及带宽分配后,利用子梯度算法更新对偶变量,对功率和带宽进行再分配,如此进行迭代计算,直至满足对偶变量收敛条件,由此实现分配结果的最优.仿真结果表明,与功率和带宽均匀分配算法及按比例分配算法相比,该算法在明显降低系统二阶业务拒绝量的同时,提高了系统容量.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2018(044)002【总页数】5页(P103-106,113)【关键词】卫星通信系统;多波束;波束间干扰;资源分配;联合分配;凸优化【作者】史煜;张邦宁;郭道省;杨柳【作者单位】解放军理工大学通信工程学院,南京210007;解放军理工大学通信工程学院,南京210007;解放军理工大学通信工程学院,南京210007;解放军理工大学通信工程学院,南京210007【正文语种】中文【中图分类】TN9270 概述在信息技术高速发展的今天,用户对信息的需求量呈爆炸式增长,在多波束卫星通信系统中,星上资源是珍贵且有限的,如何对资源进行合理有效的分配,使资源在尽量满足用户需求的情况下不造成浪费,是多波束卫星通信研究中的热点问题。
针对多波束卫星通信系统的资源分配问题,目前许多学者对资源联合分配进行了研究。
文献[1]提出了一种以最小化二阶业务拒绝量为目标的基于用户通信需求和用户通信条件的最优功率带宽联合分配算法。
文献[2]提出一种功率载波联合分配算法,追求每个波束资源分配的公平最优化。
文献[3]提出了转发器增益档可变条件下的转发器增益与功率联合分配算法,提升了系统容量。
但是以上研究都没有考虑多波束卫星通信系统由于频率复用带来的波束间干扰的实际问题。
共享带宽原理
共享带宽原理共享带宽原理共享带宽是指多个用户共同使用同一网络资源，如同一网络线路或服务器。
这种方式可以有效地节省成本，提高资源利用率。
下面将详细介绍共享带宽的原理。
1. 带宽的概念带宽是指网络传输速度的大小，通常用比特率（bit/s）或字节率（byte/s）来表示。
在计算机网络中，带宽通常指网络线路的容量，即单位时间内可以传输的最大数据量。
2. 共享带宽的实现原理共享带宽是通过对网络资源进行分时复用或分频复用来实现的。
具体来说，就是将一个物理链路或服务器资源分配给多个用户使用，每个用户在一定时间内独占该资源进行数据传输。
分时复用是将时间划分为若干个时隙，在每个时隙内只允许一个用户占用物理链路进行数据传输。
例如，在一个1秒钟的周期内，将时间分成10个100毫秒的时隙，每个时隙内只允许一个用户进行数据传输。
这样就可以实现多个用户共享同一物理链路。
分频复用则是将频率划分为若干段，在每段频率内只允许一个用户占用物理链路进行数据传输。
例如，在一个1GHz的频段内，将频率分成10个100MHz的段，每个段内只允许一个用户进行数据传输。
这样就可以实现多个用户共享同一物理链路。
3. 共享带宽的优缺点共享带宽的优点是可以提高网络资源利用率，降低成本。
由于多个用户共同使用同一网络资源，可以减少资源浪费，提高资源利用效率。
同时，由于多个用户共同承担网络成本，可以降低单个用户的成本。
共享带宽的缺点是可能会影响网络性能和安全性。
由于多个用户共享同一物理链路或服务器资源，当某些用户占用过多带宽时，会影响其他用户的网络体验。
此外，在共享带宽模式下，不同用户之间可能存在安全隐患，需要采取相应的安全措施来保障网络安全。
以上就是关于共享带宽原理的详细介绍。
通过对该原理的了解，可以更好地理解计算机网络中的带宽概念和实现方式，并且在实际应用中更好地利用和管理网络资源。
共享带宽原理
共享带宽原理共享带宽原理是指多个用户共同使用同一网络带宽资源的一种技术方式。
在网络通信中，带宽是指单位时间内传输数据的能力，通常以每秒传输的比特数来衡量。
而共享带宽原理则是通过合理的调度和管理，让多个用户在同一网络环境下共享网络带宽资源，以实现网络资源的最大化利用。
在实际应用中，共享带宽原理被广泛应用于各种网络场景，例如企业内部局域网、云计算平台、互联网服务提供商等。
通过共享带宽，可以有效降低网络资源的浪费，提高网络的利用率，同时也能够降低网络成本，提升用户体验。
在企业内部局域网中，共享带宽原理可以帮助企业充分利用网络资源，实现高效的办公协作和信息共享。
通过合理的带宽分配和流量控制，可以保证网络的稳定性和安全性，提高企业的生产效率和竞争力。
在云计算平台中，共享带宽原理更是不可或缺的技术之一。
云计算平台通常会面向大量用户提供各种服务，如云存储、云计算、云数据库等。
通过共享带宽，可以实现多用户同时访问云服务，提高服务的可用性和扩展性，同时也能够减少资源的浪费，降低运营成本。
在互联网服务提供商方面，共享带宽原理同样扮演着重要的角色。
随着互联网用户数量的不断增加，网络带宽需求也在逐渐增加。
通过共享带宽原理，互联网服务提供商可以更好地管理和调度网络资源，提高网络的稳定性和性能，为用户提供更优质的网络体验。
总的来说，共享带宽原理是一种有效管理网络资源的技术方式，能够帮助提高网络的利用率和效率，降低网络成本，提升用户体验。
在今后的网络发展中，共享带宽原理将继续发挥重要作用，推动网络技术的进步和发展。
希望各个领域的网络从业人员能够深入理解共享带宽原理，充分发挥其在实际应用中的优势，为构建高效、稳定、安全的网络环境做出贡献。
计算机网络协议分层与功能解析
计算机网络协议分层与功能解析计算机网络协议是实现计算机之间通信的规则和标准。
为了使网络通信更加有效和可靠，计算机网络协议被分为不同的层级，每个层级具有特定的功能。
本文将对计算机网络协议的分层和各层的功能进行详细解析。
一、物理层物理层是计算机网络协议中最底层的一层，主要涉及网络传输的物理媒介和信号的传输方式。
物理层的功能包括电信号变换、数据传输速率、数据编码与解码等。
它负责将比特流转换为电信号，并通过传输介质（如网线、光纤等）传输给接收方。
二、数据链路层数据链路层位于物理层之上，主要负责将物理层传输的数据组织成帧并进行透明传输。
数据链路层的功能包括数据帧定界、差错检测、流量控制、数据确认等。
它的目标是确保数据的可靠传输，提供无差错的传输服务。
三、网络层网络层是计算机网络协议的中间层，负责处理数据包的路由和转发。
网络层的功能主要包括网络地址分配、路由选择、数据分段与重组等。
它将传输层数据报（例如IP数据报）添加网络层首部，并根据目标地址将数据报发送到适当的目的地。
四、传输层传输层位于网络层之上，主要负责端到端的数据传输。
传输层的功能包括建立、维护和终止端到端的连接，保证数据的可靠传输。
它提供多种不同的传输协议，如传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP），以满足不同的通信需求。
五、会话层会话层负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。
它提供会话规则的定义和管理，确保应用程序能够顺利进行通信。
会话层的功能包括会话的建立和维护、会话同步和恢复等。
六、表示层表示层负责数据的格式化和转换，以便不同系统之间的数据能够正确解释和识别。
表示层的功能包括数据加密、压缩、解压缩、编码和解码等。
它确保数据能够以适当的格式传输和解释。
七、应用层应用层是计算机网络协议的最高层，为用户提供特定的网络应用服务。
应用层的功能涵盖了各种网络应用，如电子邮件、文件传输、域名解析等。
它通过应用程序接口（API）与传输层进行通信，使用户能够进行各种网络应用。
数据包优先级等级的计算公式
数据包优先级等级的计算公式数据包优先级等级是指在网络通信中，不同类型的数据包所具有的优先级。
通过设置不同的优先级等级，可以在网络拥塞或负载高的情况下，确保重要数据的及时传输和处理。
下面将介绍一种常用的计算公式来确定数据包的优先级等级。
在网络通信中，数据包可以分为多种类型，如实时音视频数据、普通数据、控制数据等。
不同类型的数据包对网络的要求和影响也不同，因此需要为它们设置不同的优先级等级。
常用的数据包优先级等级计算公式如下：优先级等级 = 传输时延权重* α + 丢包率权重* β + 带宽占用权重* γ其中，传输时延权重、丢包率权重和带宽占用权重是根据实际需求和网络情况进行设定的参数，它们分别表示在计算优先级等级时对应的权重值。
传输时延是指数据包从发送端到接收端所需的时间，它直接影响着数据的实时性和响应速度。
较低的传输时延可以提高数据的传输效率和用户体验，因此可以给予较高的优先级。
传输时延权重参数α的取值范围一般为0到1之间，值越大表示传输时延对优先级等级的影响越大。
丢包率是指在数据包传输过程中丢失的数据包的比例，它反映了网络的稳定性和可靠性。
较低的丢包率可以保证数据的完整性和可靠性，因此也可以给予较高的优先级。
丢包率权重参数β的取值范围一般为0到1之间，值越大表示丢包率对优先级等级的影响越大。
带宽占用是指数据包在传输过程中所占用的网络带宽资源。
较高的带宽占用会导致网络拥堵和性能下降，因此需要给予较低的优先级。
带宽占用权重参数γ的取值范围一般为0到1之间，值越小表示带宽占用对优先级等级的影响越大。
通过计算上述公式，可以得到不同类型数据包的优先级等级。
优先级等级越高，表示该数据包的优先级越高，网络在传输和处理时会优先考虑这些数据包。
而优先级等级越低，表示该数据包的优先级越低，网络在传输和处理时会相应降低对这些数据包的优先级。
通过合理设置传输时延权重、丢包率权重和带宽占用权重，可以根据实际需求来确定不同类型数据包的优先级等级。
共享带宽原理
共享带宽原理
共享带宽原理是指多个用户共享同一网络带宽资源的原理。
在网络通信中，带宽是指网络传输数据的能力，是网络通信速度的重要指标。
在传统的网络通信中，每个用户都需要独占一定的带宽资源，这种方式会导致网络资源的浪费和不公平现象的出现。
而共享带宽原理的出现，可以有效地解决这些问题。
共享带宽原理的实现需要依靠网络技术的支持。
在网络通信中，数据是以数据包的形式进行传输的。
当多个用户同时使用网络时，网络会将数据包分配给不同的用户，每个用户所占用的带宽资源是动态变化的。
这种方式可以使网络资源得到更加合理的利用，提高网络的传输效率。
共享带宽原理的优点在于可以提高网络的利用率，减少网络资源的浪费。
在传统的网络通信中，每个用户都需要独占一定的带宽资源，这种方式会导致网络资源的浪费和不公平现象的出现。
而共享带宽原理的出现，可以有效地解决这些问题。
同时，共享带宽原理还可以提高网络的传输效率，使得网络通信更加快速和稳定。
然而，共享带宽原理也存在一些缺点。
由于多个用户共享同一网络带宽资源，因此网络的传输速度会受到影响。
当网络中有大量用户同时使用网络时，网络的传输速度会变慢，导致用户体验下降。
此外，共享带宽原理还存在一定的安全风险。
由于多个用户共享同一网络带宽资源，因此网络中的数据可能会被其他用户窃取或篡改，
从而导致数据泄露和安全问题。
共享带宽原理是一种有效的网络资源利用方式，可以提高网络的传输效率和利用率。
然而，共享带宽原理也存在一定的缺点和安全风险，需要在实际应用中加以注意和解决。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第30卷第1期2009年3月上 海 海 事 大 学 学 报J o u r n a l o f S h a n g h a i M a r i t i m e U n i v e r s i t yV o l .30 N o .1M a r .2009文章编号:1672-9498(2009)01-0024-08带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法史 立1a,贺俊吉1b,卢天喆2(1.上海海事大学a .科学研究院,b .物流工程学院,上海 200135;2.青岛远洋船员学院航海系,山东青岛 266071)摘 要:为解决带宽变化状态下链路为不同用户共享时所面临的问题,提出适于带宽变化的分层链路共享和基于管理域的带宽重分配算法.该算法根据输出缓存测量反馈有效带宽来动态调整链路共享结构,可以屏蔽底层特性,满足向用户提供绝对带宽以及域间和类间的公平性.大量仿真试验验证该方法的可行性和合理性.关键词:分层链路共享;基于类的排队;服务质量;带宽变化链路;无线链路共享;带宽重分配中图分类号:T N 915.04 文献标志码:AH i e r a r c h i c a l l i n k -s h a r i n g a n db a n d w i d t h r e a l l o c a t i o n a l g o r i t h mf o r l i n k s w i t hv a r y i ng b a n d w i d t hS H I L i 1a,H EJ u n j i 1b,L UT i a n z h e2(1.a .A c a d e m y o f S c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ,b .L o g i s t i c s E n g i n e e r i n g C o l l e g e ,S h a n g h a i M a r i t i m e U n i v .,S h a n g h a i 200135,C h i n a ;2.D e a p a r t m e n t o f N a v i g a t i o n ,Q i n g d a o O c e a nS h i p p i n g M a r i n e r s C o l l e g e ,Q i n g d a o S h a n d o n g 266071,C h i n a )A b s t r a c t :I n o r d e r t o s o l v e t h e l i n k p r o b l e mw h e n t h e l i n k i s s h a r e d b y m u l t i -u s e r s u n d e r t h e c o n d i t i o n o fv a r y i n g b a n d w i d t h ,a h i e r a r c h i c a l l i n k -s h a r i n g a n db a n d w i d t h r e a l l o c a t i o na l g o r i t h m b a s e do nm a n a g e -m e n t t e r r i t o r yf o r l i n k s w i t hv a r y i n gb a n d w i d t hi s p r o p o s e d .T h el i n k -s h a r i n gf r a m e w o r ki sa d j u s t e d d y n a m i c a l l y b y t e s t i n g t h e e f f e c t i v e f e e d b a c k b a n d w i d t h a c c o r d i n g t o t h e o u t p u t b u f f e r i n t h e a l g o r i t h m .I t c a n s h i e l d t h e f i r s t f l o o r c h a r a c t e r i s t i c s ,a n d p r o v i d e s t h e a b s o l u t e b a n d w i d t ha n dt h e f a i r n e s s b e t w e e n t e r r i t o r i e s a n d b e t w e e nc l a s s e s .Al o t o f s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s p r o v e t h a t t h em e t h o di s f e a s i b l e a n d r e a s o n a b l e .K e y w o r d s :h i e r a r c h i c a l l i n k -s h a r i n g ;c l a s s b a s e dq u e u i n g ;s e r v i c eq u a l i t y ;l i n kw i t hv a r y i n g b a n d -w i d t h ;w i r e l e s s l i n k -s h a r i n g ;b a n d w i d t h r e a l l o c a t i o n收稿日期:2008-03-10 修回日期:2008-10-20基金项目:上海市教育委员会教育支出项目;上海市科学委员会地方院校能力建设项目(0817*******);上海市经济委员会引进技术吸收与创新年度计划项目(07X I -058)作者简介:史 立(1970—),男,山西新绛人,讲师,博士,研究方向为计算网络和通信技术研究,(E -m a i l )l i s h i @r i n .s h m t u .e d u .c n0 引 言随着I P 技术和因特网的迅速发展,原有的仅传输1种类型数据流的网络,逐渐向可承载各种流量类型数据流的包交换网络转变,因此,提出对链路进行分层共享方法[1-3]来区别对待不同数据流.但是,这些方法建立在带宽恒定的基础上,对无线链路并不成立.本文提出1种带宽可重分配的链路分层共享算法,以适用于带宽变化的链路,通过大量仿真试验证明其有效性.1 适于带宽变化的分层链路共享方法适于带宽变化的分层链路共享方法(C l a s s B a s e d Q u e u i n g f o r V a r y i n g B a n d w i d t h ,C B Q -V B )[4]算法原理见图1.通过输出缓存测量包的出队速率和缓存队列的长度,计算当前实际的有效带宽,通知调度器调整其下传速率,从而将输出缓存队列长度控制在一定范围内,使C B Q -V B 能及时了解当前的有效输出带宽,对分级共享树各类的带宽比例进行相应调整,满足用户的服务质量要求.C B Q -V B 算法对有效的输出带宽要进行估计,其方法是根据输出缓存包的出队速率和输出缓存的队列长度及其变化对其进行估计,因此,需要测量包的出队速率和输出缓存的队列长度及其变化,涉及对输出缓存的入队函数和出队函数进行修改,在接收到当前有效带宽时,修改包调度时机以调整下传速率,重新分配带宽,满足用户服务质量要求.图1 C B Q -V B 算法原理1.2 出队函数在出队函数中要对包的出队速度进行测量.为消除瞬间带宽变化的影响,对包出队速率采用指数权重滑动平均(E W M A )进行估计.设包的大小为L ,t 为包离开的时间间隔,则第n 个包离开时的估计速率V n =(1-w v )V n -1+w vLt,n ≥1(1)式中:w v 为权重值.n =1时,V 0为初始速率,设为链路带宽.包的出队速率可看作是当前链路为上层提供的有效带宽的度量,在反馈给调度器下传速率时作为约束条件,使下传速率能快速跟上链路带宽变化.算法见图2.图2 出队函数算法1.3 入队函数入队函数对输出缓存的队列长度及其变化进行测量,并根据出队函数测量的有效带宽,计算C B Q 向输出缓存的下传速率,并反馈给调度器,使其对包调度进行调整.一方面将输出缓存队列长度控制在一定范围内;另一方面,使C B Q -V B 及时了解当前链路带宽,调整带宽分配,满足用户服务质量要求.由于到达缓存的数据以包为单位,而包的大小不同且队列长度也采用E W M A 估计消除随机波动,则第n 个包到达时的队列长度Q n =(1-w q )Q n -1+w q Q c ,n>1(2)式中:Q c 为第n 个包到达时的实际队列长度;w q 为权重值.因此,平均队列长度变化率V Q=Q n -Q n -1t,n>1(3)式中:t 为两次计算队列长度的时间间隔. 对C B Q 下传速率的估计采用P I D 控制原理[5],即根据偏差的比例(P r o p o r t i o n a l )、积分(I n t e g r a l )和微分(D e r i v a t i v e )的线性组合进行反馈控制(简称P I D 控制).当前速率估计算法见图3.图3 当前有效速率估计算法其算法满足ΔV=K p -V Q (k )+1T I ∑ki =0-V Q (k )+T D-V Q (k )+V Q (k -1)T(4)式中:K p 为比例增益;T I 为积分时间常数;T D 为微25第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法分时间常数;T 为采样周期. 输入的控制量为C B Q 到队列的入口速率的增量ΔV ,控制器的输入为队列长度的变化率V Q 与期望变化率的差.由于期望保持队列长度稳定,因此,期望变化率为0,偏差e =0-V Q =-V Q .在仿真试验中,仅采用比例部分进行控制就取得较好的效果.为平滑瞬时波动影响,设定队列上、下限进行控制,在队列长度小于下限或大于上限时,将当前速率反馈给调度器,通知对C B Q -V B 下传速率进行调整,并以队列的出口速率作为约束条件.在出队函数中,在输出缓存为空而下传速率又小于出队速率时,说明链路带宽增加,及时调节下传速率使其等于出队速率.基于同样的原理,对入队函数带宽反馈进行调整,算法见图4.图4 入队函数算法2 基于管理域的带宽重分配方法当链路带宽发生变化时,需对原来的带宽共享结构中各节点类占用的带宽进行调整,方法是根据原共享比例对每个类的占用带宽进行调解,但不一定能满足用户的实际需求,见图5.视频、音频和远程操作对实时性要求较高,被赋予较高优先级;数据对时延不敏感,被赋予较低优先级.当链路带宽下降时,原C B Q 算法将挤占数据业务,且当带宽下降到一定程度时,单位A 的实时业务会挤占单位B 的数据业务.假设单位A 可能希望在保证音频和操作业务的带宽基础上再保证数据业务,视频业务由于能自适应带宽的变化,可以被挤占;假设单位B 有2个独立机构,须保证每个机构所占带宽比例,而每个机构内有不同的带宽再分配策略.采用单一的调整策略无法满足用户的不同需求,因此,提出1种通用的带宽重分配算法———基于管理域的带宽重分配(D o m a i n -B a s e dB a n d w i d t hR e a l l o c a t i o n ,D B B R )算法,满足用户的不同需求.图5 基于管理域的带宽重分配方法2.1 D B B R 算法目标由于链路由不同用户共享,每个用户有不同类型的数据流,因此,在带宽下降时,带宽重分配须满足以下目标:(1)组织间的公平性.公平性是指2个类别带宽比例保持原共享结构的带宽比例,即当每个组织有足够的流量时,带宽重分配应保持组织间的分配比例关系.(2)组织内的管理性和公平性.组织内可根据用户需求进行带宽重分配,为用户提供通用分配策略,满足用户不同的重新分配政策,为用户提供绝对和相对保证,并且在满足用户对关键任务需求基础上,满足不同类间公平性要求.(3)数据流的优先级与重分配策略分离.为满足实时业务需求,链路共享将基于优先级的调度算法纳入其框架中,为实时业务提供时延保证.[1,3]并26上 海 海 事 大 学 学 报 第30卷 且,用户的关键业务不一定是实时业务,因此,将各类的优先级与重分配策略分离.2.2 D B B R 算法原理与实现为说明D B R R ,首先引入下列定义:(1)管理域.1个管理域由以1个链路共享结构树的内部节点为根和其所有的子孙节点组成.每个管理域中采用统一的带宽重分配政策,管理域间满足公平性要求.(2)绝对保证类.在链路共享结构中,带宽重分配时需要保证原有带宽恒定的叶子类,如实时非弹性业务和需要一定带宽的数据业务.(3)弹性保证类.在链路共享结构中,带宽重分配时带宽可以随链路带宽变化的叶子类,如具有自适应特性业务流,其和绝对保证类都是根据用户服务需求而来的.(4)分级带宽重分配策略.管理域中需为用户提供直观简洁的带宽重分配策略满足用户需求,用户的业务流可分为绝对保证类和弹性保证类,因此,可以将各类分为不同保证级别.绝对保证类赋予最高保证级别,由接入控制保证在链路状况最坏的情况下有足够的带宽;弹性保证类可进一步根据其重要程度分为不同级别.当链路带宽下降时,保证最高保证级带宽(绝对保证类),其所需的带宽先从最低保证级别中获取,若不能满足再从高一级中获取,直至满足为止;对于弹性保证级别的服务类,如果在上述保证策略完成后还可得到一定带宽,则该级别的类按原有的比例分配剩余带宽,满足公平性要求.(5)D B B R 算法描述.首先,依据机构的组织和带宽分配原则将链路共享结构树划分为不同的管理域,带宽先在每个管理域间按共享结构比例分配;每个管理域中,根据用户分配策略将域内各叶子类分为不同的保证级,采用分级带宽重分配策略进行带宽重分配.D B B R 算法包含管理域的生成和带宽重分配两部分.管理域的生成在初始化构建带宽共享结构时完成.带宽重分配在C B Q -V B 进行调整时被调用.2.2.1 管理域的生成管理域与其根节点关联并构成1个链表在重分配时进行遍历.每个管理域记录不同保证级别的带宽比例,并将同级保证类的叶子类链接起来,在重分配时进行遍历.2.2.2 带宽重分配假设初始链路带宽为r 0,某管理域分配给最高保证级别的带宽为f 0,链路带宽变为r 1,则为保证原有最高保证级别速率,须将其调整为f 1=f 0r 0r 1(5)需低保证级供给的带宽为Δf =f 0r 0r 1-1(6) 对于某一保证级别,假设其初始分配带宽为f ′,因其包含n 个类,初始分配带宽分别为f ′1,f ′2,…,f ′n ,其中,f ′=f ′1+f ′2+…+f ′n .该保证级别需供给最高级别Δf 带宽,则该级别n 个类的带宽分配比例变化为f ″i(i =1,2,…,n ),满足 f ″i=f ′i f ′(f ′-Δf )=f ′i 1-Δff ′,f ′>Δf 0,f ′≤Δf(7) D B B R 算法流程见图6.图6 D B B R 算法流程3 性能仿真与分析仿真工具使用网络仿真器N e t w o r kS i m u l a t o r(n s -2)[6],版本为n s -2.28.该仿真工具中C B Q 建立在带宽恒定基础上,C B Q 输出的包直接发往链路.通过C B Q -V B 和D B B R 算法,在恒定带宽的情况下,其产生的结果与原C B Q 算法一致,在此基础上进行仿真分析.27第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法3.1 仿真环境仿真典型的带宽变化的应用环境.空间站与地面用户通过无线链路进行通信,会受到各种因素干扰,如降水、大气吸收等,须采用各种措施减少干扰,而这些抗干扰技术大多会造成带宽下降[7].仿真环境见图7,由空间站(国际空间站,圆形轨道,高度400k m ,倾角51.6°)、地面站(经度116.46°,纬度39.92°)和用户站点组成.其中,站1和2属于单位A ,站3和4属于单位B .分别对地面站到空间站的上行链路带宽进行分配管理,链路共享结构和管理域的划分见图8.各个类的流量由C B R 产生,见表1.各个类的流量都超过其分配带宽以测试带宽管理效果.各类优先级设置见图8.图7 仿真环境图8 分层链路共享结构表1 试验数据流3.2 仿真试验与结果分析对原始的C B Q 算法与C B Q -V B +D B B R 进行仿真试验对比,仿真时间为40s (在此期间,空间站与地面站之间在可见范围内,即一直可以通信),对由调度器到队列缓存的所有包进行采样,计算各类流量,计算流量时间间隔采用1s 和0.2s 两种方式.在整个仿真过程中,变更链路即m a c 层出口带宽,带宽变化时间和量值见表2,试验参数设定见表3.表2 带宽变化仿真时间/s 08162432带宽/M b1.51.21.51.00.6表3 参数设定参数w vw qwV t hQ /字节Q L /字节Q U /字节K p 值0.20.050.20.01468823442578<0.01 测量在2种算法下各个类流量的占用带宽和所有流总合带宽.单位A 和B 占用带宽比例,采用2种保证,结果见图9.试验采用3种环境.带宽管理算法和各个流保证级别设置见表4.图9各子图中上部的虚线为链路带宽,实线为所有流的流量总合,即实际有效带宽.由于I P 包经链路层传输须加链路帧头,因此,所有流量总合小于链路带宽.(a )(b )28上 海 海 事 大 学 学 报 第30卷 (c)(d)(e)(f )(g )(h)(i )图9 仿真结果表4 仿真参数设定29第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法 从图9(a)和(b)看出,对C B Q算法:当链路带宽下降时,优先级高的流将挤占优先级低的流的带宽,流量总合波动较剧烈且有时超过链路带宽.各个流波动随优先级降低波动加大是由缓存队列和各个流包的大小不同造成的.当链路带宽下降时,流量总合的波动减小,这是由于低优先级被挤占,导致数据流中包的大小变化减小(在实验中,每个流包的大小一致,见表1).C B Q算法受包的大小影响较大,造成对流量估计不精确,高优先级的带宽不一定得到保证.图9(a)中流2的优先级为1,高于流3,但流2占用带宽一直处于其应占的带宽比例之下.另一方面,由图9(c)可看出,单位A和B之间带宽分配比例随着带宽的变化而偏离,由于单位A的流1优先级为0(最高),单位B优先级最高为1,所以,当带宽下降到一定程度时,单位A挤占单位B的带宽,无法保证2者间的公平性. 从图9(d)至(i)可看出,由于采用测量反馈机制,及时调整调度器出口速率,使各类流量与其总合变化幅度明显减小,各类流量总合基本保持在链路带宽之下;由于根据流量反馈及时进行调整,从图9(d)和(g)可直观看出,各个类流量在带宽变化时,满足保证级别设定,从而满足用户不同的带宽重分配策略,使带宽保证和队列调度的优先级分离;从图9(e)和(h)可看出,单位A和B所占带宽保持原有比例,保证管理域之间的公平性.表5给出绝对保证类和分配的带宽之差的统计结果,管理域A的流1和3在0～24s偏差<1%;在24～40s由于带宽下降到不能满足绝对保证级带宽,偏离保证带宽(见图9(g)),由于管理域B带宽足够,所以流4偏差保持在0.5%以下.表5 绝对保证类流1流3流40～8s平均0.0002-0.00500.0035标准差0.00480.02340.01318～16s平均-0.0017-0.00500.0040标准差0.00640.02510.016516～24s平均0.0006-0.00500.0035标准差0.00790.02340.013124～32s平均-0.0458-0.05500.0035标准差0.00800.02430.012332～40s平均-0.1647-0.20300.0025标准差0.00990.02200.0117 表6给出同保证级间流量比率和共享结构流量比率之间的差值统计结果,偏差在3%以内,可较好地满足绝对保证带宽,同时提高同级类间公平性.表6 公平性类流1v s流3(0.2s)流5v s流6(0.2s)流1v s流3(1s)流5v s流6(1s) 0～8s平均0.01320.01350.01050.0072标准差0.05060.05630.00890.0085 8～16s平均0.00880.01580.00590.0098标准差0.05110.07850.00790.0181 16～24s平均0.01390.00920.01150.0064标准差0.04950.04020.00940.0060 24～32s平均0.00170.0300-0.00150.0143标准差0.05520.12980.00950.0216 32～40s平均0.0188N a N＊0.01080.0271标准差0.1061N a N0.04090.1098注:小时间间隔,流6会出现0. 表3中给出算法中各参数的选取,各个权重值的选取可使其值能跟上速率或队列变化,同时又能消除小幅扰动.队列长度设为带宽1.5M b,最大延迟<25m s,阈值的选取考虑尽量将队列控制在半满状态.P I D控制器适于对被控对象的模型不清楚的情况,要使对象的动、静态性能满足设计要求,控制器的参数一般在现场加以调整,称为参数整定[5],因此对K p(见式(9))选取不同值,测试其对调整次数和各个类流量以及总合流量的平均值和标准差等统计特性的影响.表7给出总合流的结果,流量统计时间间隔为0.2s,因为带宽是变化的(见表2),所以,对各个时段的总合流量分别进行统计.从试验结果看,当K p<0.01时,总合流量的统计特性趋于稳定,对单个流结果相同,由于篇幅的关系,没有列出.因此,K p 的取值比较宽泛,可取K p=0.0001.调整阈值V t h (见图6)关系到调度器对下传速率的调整频率和精度,分别对其取值,对调整次数和各个类流量和总合流量的平均值和标准差等影响进行评价,结果见表8.由于篇幅关系,选取波动最大的流3为代表,表9给出流3相对于其保证带宽偏差的统计结果, 0～24s可保证这一带宽,24～40s由于链路带宽下降,不能保证这一带宽.从结果上看,只有V t h=0.1时,流3在起始0～8s的平均偏差>1%,原因是采用流速相对变化率作为调解依据,起始0～8s,带宽仅受包的大小影响,变化幅度小.因此,V t h选取须根据链路特性和服务质量要求设定.取V t h=0.01,可以使偏差<1%,调整频率3.6次/s.30上 海 海 事 大 学 学 报 第30卷 表7 K p 不同取值对调整次数和各个类综合流量统计特性的影响(V t h =0.01)K p0.10000000.01000000.00100000.00010000.00001000.00000100.00000010～8s平均1.43121.43091.43031.42711.42801.42361.4253标准差0.04640.02620.02120.02200.02370.02220.02268～16s平均1.15151.14991.15081.14891.14941.14991.1494标准差0.02050.02200.02530.01920.02350.02570.022316～24s平均1.43001.43081.43081.42991.42221.42621.4288标准差0.04440.02190.01710.02420.02100.02220.026324～32s平均0.96020.96020.95950.95960.96170.96020.9595标准差0.03190.02360.02030.02510.02860.02620.025632～40s平均0.57530.57630.57560.57440.57560.57480.5757标准差0.05670.02130.01720.02140.01630.02110.0245调整次数5534462124144136134155表8 V t h不同取值对调整次数和各个类综合流量统计特性的影响(K p =0.0001)V t h 0.1000.0500.0100.0050.0010～8s 平均1.42131.43011.42711.42351.4252标准差0.01940.02380.02200.01780.02318～16s 平均1.14991.14881.14891.15001.1483标准差0.02640.01730.01920.02880.020516～24s平均1.42871.42541.42991.42881.4176标准差0.02600.02060.02420.02310.022424～32s平均0.95840.95980.95960.95910.9608标准差0.02160.02200.02510.02340.024432～40s 平均0.57570.57500.57440.57460.5741标准差0.02540.01950.02140.01790.0170调整次数1122144227485表9 流3相对于其分配带宽的统计特性(K p =0.0001)V t h 0.1000.0500.0100.0050.0010～8s 平均-0.0590-0.0070-0.0050-0.0080-0.0080标准差0.02120.02100.02340.02430.02758～16s 平均-0.0160-0.0040-0.0050-0.0050-0.0060标准差0.02360.01980.02510.02510.019316～24s 平均-0.0190-0.0030-0.0050-0.0060-0.0080标准差0.02640.02540.02340.02650.022624～32s 平均-0.0590-0.0600-0.0550-0.0550-0.0540标准差0.01920.02030.02430.02250.019332～40s 平均-0.2040-0.2040-0.2030-0.2010-0.2020标准差0.01980.02360.02200.02390.02394 结 论研究带宽变化下的链路共享问题,提出适于带宽变化的链路分层共享和D B B R 算法,根据输出缓存测量,反馈有效带宽来动态调整链路共享结构,可屏蔽底层的特性,及时跟踪带宽变化,及时进行调整,满足用户绝对带宽保证以及域间和类间公平性.参考文献:[1]F L O Y DS ,J A C O B S O N V .L i n k -s h a r i n ga n dr e s o u r c e ,m a n a g e m e n t m o d e l sf o r p a c k e t n e t w o r k s [J ].I E E E /A C M T r a n so nN e t w o r k i n g ,1995,3(4):365-386.[2]J O NCRB ,Z H A N GH u i .H i e r a r c h i c a l p a c k e t f a i r q u e u i n g a l g o r i t h m s [J ].I E E E /A C MT r a n s o n N e t w o r k i n g ,1997,5(5):675-689.[3]S T O I C AI ,Z H A N GH u i ,E U G E N ETS .Ah i e r a r c h i c a l f a i r s e r v i c e c u r v e a l g o r i t h mf o r l i n k -s h a r i n g ,r e a l -t i m e a n d p r i o r i t y s e r v i c e s [J ].I E E E /A C MT r a n s o nN e t w o r k i n g ,2000,8(2):185-199.[4]史立,贺俊吉,鲁士文.适于带宽变化的链路共享方法[J ].系统仿真学报,2007,19(2):282-289.[5]夏扬.计算机控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2004:36-46.[6]I n f o r m a t i o n S c i e n c e s I n s t i t u t e .T h e N e t w o r kS i m u l a t o r n s -2[E B /O L ].(2005-03-15)[2008-02-10].h t t p ://w w w .i s i .e d u /n s n a m/n s /.[7]R I S S OF .D e c o u p l i n gb a n d w i d t h a n dd e l a yp r o p e r t i e s i nc l a s sb a s e dq u e u i n g [C ]//6t hI E E E S y m p o s i u m o nC o m p u t e r sa n dC o m m u n i c a t i o n s(I S C C 2001),T u n i s i a :I E E EC o m p u t e r S o c i e t y ,2001:524-531.(编辑 陈锋杰)31第1期史 立,等:带宽变化的链路分层共享和带宽重分配算法。