导　　师： 陈松乔;王建新

学科专业： H1203

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中南大学

摘　　要： 随着INTERNET的不断发展并深入到社会生活的各个角落，对用户来说，希望网络能提供更优质、有保障的服务；而对网络运营商来说，希望能够优化网络资源的使用，使网络具有更好的可控和可管理性。因此，网络的QOS控制研究引起了广大的研究者的重视，而实现QOS控制也成了下一代INTERNET的重要特征之一。 事实上，网络QOS控制的本质在于资源的管理。因此，在实现网络QOS控制的关键技术工作就是：一方面通过队列管理对网络资源实施有效的分配和控制，另一方面通过有效的接纳控制以保证进入网络的用户流量小于网络资源的服务能力。这两个方面是本文的主要研究内容。 本文首先对队列调度和队列管理进行深入的研究，提出了一种简单、有效的核心无状态的虚拟时钟调度算法。该算法通过构造一个按分组预期离开时间排队的队列来保证每流的带宽，同时通过让分组自携带用于调度的流状态信息，使用一种简单的递推方法计算分组的预期离开时间，从而去除了虚拟时钟算法的有状态性，使得算法在为每流提供速率保证的同时可扩展性得到了很大的提高。 在主动队列管理方面，提出了一种基于预测的公平的主动队列管理算法，通过引入流量预测机制以及采用组合的拥塞判断标准，以及更为合理的分组丢弃概率的计算，提高了主动队列管理算法在稳定性和分组丢弃率等方面的综合性能。同时采用一种完全无状态的方法对非适应流进行有效的惩罚，以提高算法的公平性。仿真实验表明，算法在稳定性、分组丢弃率、公平性等方面的性能得到了很大的提高，同时保持了较高的网络带宽利用率。 另外，论文还研究了网络中分组的端到端延时上限。通过对网络的抽象，得到了一个重要的结论，即“在节点处理速率恒定的情况下，一个流的最大分组在除首节点外的任意节点都不会遭遇队列延时”。将这个结论引申到实际网络中去，得到了更为严格的分组端到端延时上限。这条结论可以广泛用于各种网络分析中，除了可以用于分组的端到端延时分析外，还可用于分析和估计网络中队列长度，以及网络节点队列缓存所需的最大容量等。 随后，对网络流量测量进行了研究。根据对经典统计采样理论的研究，结合对大量实际网络流量数据的实验分析，提出了一种自适应时间驱动的分组采样技术。根据网络流量的变化动态调整采样次数，从而能将最后的测量误差率控制在一个给定的范围内，在保证精度的同时大大地降低了测量的代价。 最后，在区分服务(DIFFSERV)网络模型的基础上，提出了通过引入端到端流量测量和预测机制来获取网络域的端到端剩余带宽，实施接纳控制的方法。结合DIFFSERV的特点，设计了一种新的在DIFFSERV中估计剩余带宽的机制，并以此为基础建立了DIFFSERV下的接纳控制机制，有效地提高了DIFFSERV保证服务质量的能力，同时保持了网络资源的高利用率。 With the evolution of Internet, there has been an increasing demand for Internet to support QoS control to meet various service requirements from different networking applications and to better utilize networking resources. On one hand, end users want to get QoS guarantee when they use Internet; on the other hand, the ISPs want to optimize network resources and achieve more controllable, more manageable Internet. Under this background, network QoS control attracts lots of researchers. QoS control also becomes an important property of the next generation Internet.Indeed, the essence of network QoS control is resource management. So the key techniques of QoS are queue management and admission control. These two aspects are the main contents of this dissertation.In the research of queue scheduling and queue management, we proposed a simple and effective core-stateless virtual clock algorithm, which eliminate statefulness from virtual clock algorithm. This novel core stateless virtual clock algorithm can provide rate guarantee for per-flow and keep good scalability at the same time. In the study of active queue management, we proposed a prediction-based fair active queue management algorithm named PFED. Because of the introduction of traffic prediction and detecting incipient congestion using combined criterion, PFED can achieve good performance on stability and packet drop ratio. At the same time, a stateless method is used to impose effective punishment on misbehaving flow, which improved fairness of this algorithm.Moreover, we studied end-to-end delay bound of packet. We proved that the maximum packet of a flow would never suffer queuing delay when it is forwarded in a fixed rate network. Thus, the end-to-end delay bound of any packets was got. Moreover, this conclusion was generalized to practical packet switching networks, and the end-to-end delay bound in practical networks was got. We also studied traffic measurement, which is the basis of network QoS control. We proposed an adaptive time-driven packet sampling technique based on the study of classic statistic theory and lots of experiment analysis of real-world traffic trace data. This packet sampling can vary sampling degree with the change of network traffic, thus guarantee the error rate under a given level. In this way, high accuracy can be got at low cost. The idea of dynamic changing measurement scheme according to network state can be widely used in network measurement.Finally, we studied admission control. We proposed an end-to-end measurement-based admission control in DiffServ network. Through end-to-end measurement we can got end-to-end available bandwidth, which can be used to make effective admission decision. This admission control scheme can achieve QoS guarantee and high network resource utilization at the same time.

关 键 词： 队列调度 主动队列管理 接纳控制 计算机网络 服务质量 队列管理 网络流量 网络管理 互联网

分 类 号： [TN915.07 TP393.07 TP393.4]

领　　域： [电子电信] [电子电信] [自动化与计算机技术] [自动化与计算机技术] [自动化与计算机技术] [自动化与计算机技术]