主动队列管理算法的研究

相关主题

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)。

［１］
均队列的函数。在实际应用中，连接中分组丢弃的概率大致和该连接占用的带宽成正比。简而言之，对于一个发送量较大的
３］数据流来说，可供随机丢弃的分组的数量也相对较多［。图２
是ＲＥＤ算法流程图。
图２ＲＥＤ算法流程图
２．３仿真实验及性能分析
为了对两种队列管理机制进行分析，我们在网络仿真平台ＮＳ２上进行了仿真，操作系统为Ｗｉｎｄｏｗｓ＋Ｃｙｇｗｉｎ，通过实验对Ｄｒｏｐｔａｉｌ与ＲＥＤ在队列长度、队列延迟、抖动以及吞吐量几个方面的性能进行比较。最后再重点分析了采用ＲＥＤ时，链路中存在不同数据流时的带宽竞争情况，也就是ＲＥＤ算法的公平性，并指出了算法的改进方向。实验１到实验３采用哑铃网络模型，网络拓扑结构见图３，分别在各条链路上配置参数，链路带宽与时延分别如图３所示，其中０到１是网络的瓶颈链路，所有输入都是ＴＣＰ流，由ＦＴＰ驱动。
ＡｂｓｔｒａｃｔＱｕｅｕｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ．Ａｃｔｉｖｅｑｕｅｕｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ（ＡＱＭ）ｉｓａｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈａｔｄｒｏｐｓｐａｃｋｅｔｓａｈｅａｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｑｕｅｕｅｌｅｎｇｔｈｏｆｎｅｔｗｏｒｋｎｏｄｅｓａｎｄｎｏｔｉｆｉｅｓｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎｉｎａｄｖａｎｃｅｔｏｒｅｄｕｃｅａｎｄａｖｏｉｄｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｓｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ）ｏｆｎｅｔｗｏｒｋ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙＡＱＭｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓＲＥＤａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｈｉｃｈｗａｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｂｙＩＥＦＴ．Ｄｒｏｐｔａｉｌｗｈｉｃｈｉｓａｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐａｓｓｉｖｅｑｕｅｕｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｉｔ，ａｌｓｏｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｎｅｔｗｏｒｋｓｉｍｕｌａｔｏｒＮＳ２ｔｏｉｎｄｉｃａｔｅａｄｖａｎｔａｇｅａｎｄｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｏｆｉｔ，ｔｈｉｓｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｏｆＡＱＭ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＡＱＭＤｒｏｐｔａｉｌＲＥＤＦａｉｒｎｅｓｓ提出并推荐的ＡＱＭ主要的算法随机早期检测（ＲＥＤ），与现有
２］的利用率［。
图３网络拓扑结构
２．３．１平均队列长度的比较与ＴＣＰ全局同步图４是Ｄｒｏｐｔａｉｌ队列长度，很显然Ｄｒｏｐｔａｉｌ的队列长度较长，并且图中显示队列长度的变化幅度也很大，造成这种现象的直接原因是，Ｄｒｏｐｔａｉｌ算法总是在队列满的时候再进行尾丢弃，即链路缓存直到满的状态才发送拥塞通知。这就导致了一旦发生拥塞，所有的发送端就同时降低发送速率，这样各条链路的队列长度又急剧减少，链路缓存又处于空闲状态，接着发送端的所有ＴＣＰ流又同时提高发送速度，再一次造成链路缓存急剧增加，如此反复，从而产生 “ ＴＣＰ全局同步现象” （如图５所示），进而导致了整个链路的利用率在下降。图６是ＲＥＤ的平均队列长度，ＲＥＤ队列的平均长度变化幅度较小，ＲＥＤ算法提前对队列进行丢包，使得队列长度达到某个长度的时候就通知发端降低发送数据，避免了缓冲区被完全占满，如图７所示，ＲＥＤ的ＴＣＰ窗口变化，能够在一定程度上避免ＴＣＰ同步的现象。
ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＦＡＣＴＩＶＥＱＵＥＵＥＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡＬＧＯＲＩＴＨＭＢＡＳＥＤＯＮＮＳ２
ＷｕＸｕａｎｙａｏＬｉｎＱｉｗｅｉ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｆｕｊｉａｎ，Ｃｈｉｎａ）
第２６卷第７期２００９年７月
计算机应用与软件ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ
Ｖｏｌ２６Ｎｏ．７０９Ｊｕｌ．２０
主动队列管理算法的研究
吴宣耀林其伟
（华侨大学信息科学与工程学院福建泉州３６２０２１）
图１ＮＳ２架构图收稿日期：２００７－１２－０６。国家院侨务办科研基金项目（０６ＱＺＲ０３）。吴宣耀，硕士生，主研领域：视频图像编码，网格技术。
第７期
吴宣耀等：主动队列管理算法的研究
４９
wenku.baidu.com
ＮＳ是一个离散事件仿真器。ＮＳ中有一个 “ 调度器” （Ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ）类负责记录当前时间，调度网络事件队列中的事件，并提供函数产生新的事件，指定事件发生的时间。ＮＳ有丰富的构件库。ＮＳ构件库支持的网络类型包括广域网、局域网、移动通信网、卫星通信网等；流量产生模型有ｔｅｌｎｅｔ流量模型、ＦＴＰ流量模型、ＣＢＲ流量模型、实时音频流量模型、ＲＴＰ模型、ＷＥＢ流量模型、指数分布流量模型、Ｐａｒｅｔｏ分布流量模型等；跟踪监测包括包类型、队列监测和流监测；路由模型有点到点传播路由、组播路由、网络动态路由、层次路由。由于ＮＳ具有的开放性，网络研究人员可以根据自己的需要添加各种协议，满足自己的研究需要。ＮＳ具有分裂对象模型。ＮＳ的构件库是用两种面向对象的语言编写的：Ｃ＋＋和Ｏｔｃｌ（ＯｂｊｅｃｔＴｏｏｌｋｉｔＣｏｍｍａｎｄＬａｎｇｕａｇｅ）。ＮＳ构件一般都是由相互关联的两个类来实现，一个在Ｃ＋＋中，一个在Ｏｔｃｌ中。这种方式称为分裂对象模型。构件的主要功能在Ｃ＋＋中实现，Ｏｔｃｌ中的类用来提供Ｃ＋＋对象面向用户的接口。通过ＴｃｌＣＬ机制，用户可以在Ｃ＋＋中直接调用Ｏｔｃｌ解释器的功能，Ｏｔｃｌ和Ｃ＋＋能够互相直接操作对方定义的数据。用户先通过编写Ｃ＋＋程序来描述链路中的算法和增加各种网络协议，再使用Ｏｔｃｌ脚本来描述需要仿真的场景、拓扑结构、链路中使用的算法和协议，并对这些对象进行配置、组合，最后调用ＮＳ来完成仿真
摘要队列管理机制是实现网络拥塞控制的一项重要技术，以往采用的大多都是被动的队列管理机制，而主动队列的管理是根据网络结点的队列长度的变化进行提前丢包，对网络的拥塞进行预先通知，从而减少和避免网络拥塞，提高服务质量。为了对主动队列管理机制进行研究，对ＩＥＦＴ推荐的ＲＥＤ算法作介绍，与传统的被动管理机制Ｄｒｏｐｔａｉｌ作比较，并且通过网络仿真器ＮＳ２对算法进行模拟与分析，指出算法的优缺点，为进一步研究ＡＱＭ算法提供依据。关键词主动队列管理去尾随机早期检测公平性
网络采用的去尾算法（Ｄｒｏｐｔａｉｌ）在网络仿真平台ＮＳ２上进行了仿真研究，通过队列长度、延迟、抖动、丢包情况和吞吐量进行比较，最后重点对随机早期检测（ＲＥＤ）算法的公平性进行分析。
１ＮＳ２网络仿真平台
目前常用的网络仿真工具主要有ＯＰＮＥＴ、ＮＳ等。其中ＮＳ是一种针对网络技术的、源代码公开的、免费的软件模拟平台。它是美国ＤＡＲＰＡ支持的项目ＶＩＮＴ（ＶｉｒｔｕａｌＩｎｔｅｒｎｅｔＴｅｓｔｂｅｄ）开发的通用、多协议网络模拟软件，通过为研究者提供一套网络模拟工具，更好地促进各种新协议的设计和实施。它能够有效地支持有线和无线网络、局域网和广域网，具有强大的二次开发能力以及可扩展、易配置的特性，在国际网络研究界得到了广泛的应用。图１是ＮＳ２架构图。
。
２Ｄｒｏｐｔａｉｌ和ＲＥＤ算法分析
２．１Ｄｒｏｐｔａｉｌ算法
Ｄｒｏｐｔａｉｌ算法又称ＦＩＦＯ即先进先出，是一种被动的队列管理机制，也是当前网络上采用的重要的队列管理方法。其基本的思想就是当网络结点缓存队列长度达到最大值时，通过丢弃分组来指示拥塞，先到达路由器的分组首先被传输。由于网络结点的缓存有限，如果分组到达时缓存已满，那么网络就丢弃该分组。一旦发生丢包，发送端立即被告知网络发生拥塞，从而调整发送速率。这种队列管理机制目前仍然是因特网上使用最为广泛的分组排队、丢弃的方式。但是它将网络发生拥塞的责任全部都推给了网络边缘。所以ＴＣＰ假设网络中的节点（如路由器）对拥塞起不了任何作用，而由协议本身独立承担检测和响应拥塞的全部责任。这种方式最大的优点是实现很简单；缺点是容易造成队列死锁，进而导致“ ＴＣＰ全局同步” ，降低了网络
０引言
随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的蓬勃发展，网络业务量的不断增长，人们对网络的服务质量（ＱＯＳ）的要求越来越高。现有的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ采用的是传统的“ 尽力而为” 的服务机制，这种机制的优势是设计简单，但是存在一个主要的问题就是会产生拥塞崩溃现象，使得链路利用率大大下降，所以因特网必须提供拥塞控制机制。而传统的ＴＣＰ端到端的拥塞控制并不能避免拥塞的发生，所以网络本身的节点就必须自主地参与到拥塞控制中，依靠网络结点主动感知缓冲区的占有率来管理缓存，从而有效地避免拥塞的发生。队列管理是指在网络发生拥塞时，通过丢包来管理队列长度，调节缓冲区的占有率，对队列长度进行管理将直接影响到网络结点的拥塞控制能力和网络的ＱＯＳ。而目前队列管理机制主要有两大类：被动队列调度机制（ＰＱＭ）与主动队列调度机制（ＡＱＭ）。ＰＱＭ在因特网上得到了广泛的应用，但是存在两个重要的问题：死锁和满队列。由于因特网的数据具有突发性，在满队列的状态下导致了“ ＴＣＰ全局同步” 现象，导致了整个链路的利用率在下降。为此ＩＥＦＴ又提出了ＡＱＭ，ＡＱＭ方法是根据队列长度的变化对队列满行提前丢包，从而预先告之网络拥塞，使得发送节点在链路缓存溢出前作出反映，有效减少和避免拥塞的发生。本文首先简单介绍网络仿真软件ＮＳ２的原理，再对ＩＥＦＴ