作者:黄明文 来源:推广部 时间:2019-04-03 10:49

随着各种宽带技术的出现,近几十年来,诸如数字广播鲲数字电视鲲ip电话和数字视频点播等新服务迅速增长。这允许现代网络集成多种服务,例如数据鲲语音和图像,从而为不同的服务提供服务质量保证鲲的不同需求。这对传统的网络服务建模理论提出了新的挑战,并对通信网络鲲资源分配和流量控制的性能分析提出了新的要求。

网络服务源的分析建模问题在网络性能分析鲲控制中尤为重要。合理的假设并不接近特定业务的特征,可以大大简化分析和计算,从而快速准确地获得性能。传统的排队论[1]一般认为时间的到来具有独立,相同的分布和无记忆的特征,这个过程就构成了泊松过程。但是,在某些情况下,上述两个假设不能同时建立,特别是在日益复杂的通信网络中。即使可以假设每个事件的到达或努力满足独立性,间隔分布通常也不是无记忆的[2]。典型的例子是,在当前的计算机网络中,骨干高速路由器使用分段技术来到达可变长度数据(64字节到64千字节)分组,以便提高硬件处理速度。在数据包被切片之后,它变成多个固定长度的单元,因此切片之后的流量不再能简单地假设为泊松到达过程,并且每个单元的处理时间变为固定长度,所以不能用负指数分布近似。大量测试表明,这种细胞到达非常突发[3]。

本文基于马尔代夫对核心路由器输入端口突发类型的过程调制的开关模型,并将服务源应用于输入排队调度东森游戏系统进行仿真,使典型的调度算法处于突发状态。业务下的业绩。研究表明,在突发性业务的情况下,典型算法的性能会迅速恶化。有必要研究新的抗突发调度算法来弥补这一差距。

2输入队列调度背景

目前,网络正在高速发展,宽带技术不断出现。作为网络核心设备,路由器和交换机通常采用输入排队交叉开关的交换架构[4]。如图1所示,但在这种交换结构中,hol单元阻塞导致系统性能显着下降[5]。为了克服(hol)单元阻塞,通常在输入处采用虚拟输出排队(voq)。在表单中,所以我有一个调度程序来控制数据包的交换转换。考虑一个n * n输入排队交换机结构。每个输入端口的缓冲区分为n个voq队列。每个voq队列存储从输入端口i到达的目的端口为j的数据包。在下面的讨论中,假设所有分组都是固定长度,时间t处的voq队列长度由qn(t)表示。 q(t)=[qn(t)]是n * n维矩阵,表示在时间t的voq的队列长度。

上

在输入i(1=i=n)处,让到达过程ai(t)是离散时间过程,其中0或1个单元到达US输入(对于单播流量),并且每个数据包具有标识符指向其目标输出j(t=j=n)。定义at,j(t)作为输入i到输出j的到达过程,到达率是λt=i,并且过程设置a(t)={ai(t); t=i=n},如果输入和输出All都在负载范围()内,则认为a(t)是允许的,否则不允许。显然,输出端j必须离开过程di(t)也是具有离开率μi的离散时间过程。在每个时刻,有0个或1个数据包离开,并且定义i输出的输入的j输入留下过程di,j(t),其i,jμ离开率。 x(t)ij在时间t使用输入端口i和输出端口j之间的连接关系。 x(t)=1ij当且仅当时,输入端口i连接到输出端口j。在不丢失q(t)=0ij-like的情况下,考虑完整的连接关系,即,允许输入端口i在那时与输出端口j通信。因此,交叉开关的结构约束可以描述如下:x(t)∈{0,1} ij,其中i,j=1,2,1,n;

1=i可行连接关系可以看作图论中二分图的匹配。调度算法的核心是根据每个时刻的voq状态确定x(t)分配,从而设置相应的ij。在到达过程ai(t)的建模中,作者设计并实现了一个简单的业务,其中Bell工作分配和基于Markov过程调制开关过程的突发服务。需要指出的是,有许多方法可用于突发业务建模。作者使用开关过程建模来实现简单的实现,并能真实地反映核心路由器线卡输入包片的到来[5]。

目前在输入排队调度算法中最流行的是1994年由nickmckeown提出的islip算法[5],这是输入排队调度算法的一个里程碑,具有高性能和易于硬件实现,并且已经在csr12000路由器和思科斯坦福大学的tinytera项目已成功应用。该算法已被证明在平衡的服务条件下可实现100%的吞吐量[4]。3on-off模型分析

本文使用马尔可夫过程调制的开关过程来模拟突发流量。输入排队调度系统设置为离散时间系统,其中固定间隔时隙作为基本时间单位。

如图1所示。如图2所示,开关过程可以考虑通过随机开关以恒定速率发送单元源而获得的随机过程。 “开”间隔用于指示开关关闭时段,“关”间隔用于指示开关开启时段。因此,在“开”间隔中,小区的到达率是恒定的(本文使用归一化到达率,小区到达率为1,即小区到达每个时隙);在“关闭”间隔中,小区的到达率为0,即没有小区到达。开关源产生的突发服务如图3所示。

上

使用两个状态的一阶马尔可夫过程来调制开关的接通和断开状态。从图4中可以看出,从接通状态转换到自身的概率是1-p1,转变为关闭的概率是p1,并且状态是关闭的。转换到自身的概率是1-p2,从关闭状态转换到开启状态的概率是p2。此时的传输与当前源的状态有关,而与最后一个时隙中的单元状态无关。

令sn表示该时隙的状态,sn + 1表示下一时隙的状态。

然后,上述转移过程可以描述为

P(SN + 1=on|sn=ON)=1-P1(3)

P(SN + 1=off|sn=ON)=P1(4)

P(SN + 1=off|sn=关)=1-P2(5)

P(SN + 1=on|sn=关)=P2(6)

一步概率转移矩阵

TI-J

表示状态i首次进入状态j的时间

从几何分布的定义可以看出,开启和关闭状态保持时间分别服从参数1-p1和1-p2的几何分布。

当使用开关过程来模拟突发流量时,通常设置以下参数。

(1)平均到达率λ表示在一个时隙中生成平均小区的概率;

(2)平均突发长度burst_length,表示突发数据包的平均大小(单位为小区);

(4)关闭间隔长度几何分布参数average_off。

Idle_length=burst_length×(1-λ)/λ(10)

因此,λ×p1=(1-λ)×p2(13)并且开启和关闭状态的保持时间受几何分布的影响,因此应满足平均保留时间。

Burst_length=1/P1;(14)

Idle_length=1/P 2;(15)

将等式(14)鲲(15)代入等式(13)得到等式(10)。因此,开态几何分布参数是考虑到实际意义和编程实现,burst_length和idle_length应采用大于0的正整数,因此相应地校正上述两个公式以获得等式(11)鲲(12)。

4应用和模拟结果

作者模拟了Baye服务源和islip算法的突发服务源。结果如下。这里,输入缓冲区可以设置为容纳多达10,000个单元格。该系统采用32×32横杆结构,仿真时间为1000000个时隙。在此模拟中,突发服务有以下约定。对于相同的突发,每个小区的目的端口是相同的,并且对于不同的突发,在所有输出端口中统一选择目的端口。

图东森平台5示出了在贝尔努力服务的情况下在islip算法的情况下的负载增加延迟的变化。在这种非紧急情况下,系统会丢失数据包。

图6显示了在具有16鲲32鲲64和128的突发的一次迭代的情况下,平均系统延迟随着islip算法的过载的增加而变化。图7显示了当输入缓冲区受限时(此处设置为5000个单元),当平均突发长度分别为16鲲32鲲64和128时,系统平均丢包率随负载的变化。

可以看出,当负载增加时,突发服务延迟明显大于非突发服务,并且当存储器深度受限时,发生不同程度的尾部丢失。这些结论与文献[4,5]中的理论和模拟结果基本相同,表明模拟结果是正确的。

5结论

在突发业务建模中使用马尔可夫过程调制的开关模型是一种简单实用的方法。该模型可以有效地反映突发业务下调度算法的性能。本文介绍了利用开关模型模拟离散时间系统中突发流量的方法,并将该算法应用于输入排队调度仿真。给出了典型调度算法的突发服务仿真结果。这为将来进一步研究调度算法提供了参考,特别是突发业务中各种算法的鲁棒性以及对突发业务鲁棒的调度算法的开发。

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