突發(fā)業(yè)務下的網(wǎng)絡調(diào)度策略及應用.pdf

1、隨著網(wǎng)絡中多媒體等應用的迅速增長,網(wǎng)絡業(yè)務突發(fā)特性越來越強。在核心網(wǎng)中,業(yè)務經(jīng)過匯聚,其平均速率在較長的一段時間內(nèi)保持平穩(wěn),但是在短時間內(nèi)卻有明顯波動。在突發(fā)業(yè)務下,靜態(tài)業(yè)務調(diào)度方法雖然簡單但會產(chǎn)生帶寬浪費,而動態(tài)調(diào)度方式雖然可以適應突發(fā)的需求但是會導致較高的計算復雜度。因此,需要提出一種新的調(diào)度策略解決突發(fā)業(yè)務問題。
　　為此,本文提出了偏射增強的準靜態(tài)調(diào)度策略來提高網(wǎng)絡性能。該策略先在所有的網(wǎng)絡核心設備之間建立有帶寬保證的連接

2、,我們稱為虛電路(VC),以滿足核心設備之間的通信均值。由于突發(fā)業(yè)務的存在,VC時而發(fā)生業(yè)務溢出,時而出現(xiàn)帶寬空閑。因此,我們在此基礎上引入偏射機制,讓那些有空閑帶寬的VC來服務那些正處于突發(fā)狀態(tài)的VC的溢出業(yè)務,從而實現(xiàn)不同VC之間帶寬的統(tǒng)計復用。容易證明,網(wǎng)絡中VC數(shù)量越大,該方案越能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。為了驗證該策略的有效性,本文將其運用于兩種典型的突發(fā)場景中。
　　首先,我們利用偏射增強的準靜態(tài)調(diào)度策略提高核心網(wǎng)交換機的性能。

3、在核心交換機中,高清視頻等網(wǎng)絡應用的日益普及使業(yè)務突發(fā)性變強。目前核心交換機中較為流行的業(yè)務調(diào)度算法為Birkhoff-von-Neumann(BvN)準靜態(tài)調(diào)度策略。雖然該策略能在平穩(wěn)業(yè)務下能達到100％的吞吐量以及有界的端到端延時,但在突發(fā)業(yè)務下其性能卻會變得很差。本文將偏射機制引入 BvN交換機,提出了Deflection-enhanced BvN(D-BvN)調(diào)度策略。我們建立了基于流的理論分析模型以及仿真模型,對D-BvN交換

4、機進行了性能估計。我們的結(jié)果表明,在緩存數(shù)量不變的情況下,偏射機制不僅可以顯著降低交換機的丟包率和端到端延遲,而且并不增加交換機的軟硬件復雜度。雖然,偏射會在輸出端口帶來包的亂序問題,但本文的分析模型證明包的亂序概率可以限制在較小范圍。
　　然后,我們把偏射增強的準靜態(tài)業(yè)務調(diào)度策略用于解決數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡中的業(yè)務突發(fā)問題。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡業(yè)務具有很強的突發(fā)特性,而且其業(yè)務分成了需要帶寬保證的付費業(yè)務和只需盡力服務的免費業(yè)務?；谶@樣的

5、現(xiàn)狀,本文提出利用偏射實現(xiàn)一種業(yè)務的區(qū)分服務策略。我們根據(jù)付費用戶的峰值業(yè)務速率給它們提供帶寬保證的VC。當付費業(yè)務速率處于谷值時,盡力傳送免費業(yè)務;當付費業(yè)務處于峰值時,將免費業(yè)務偏射到其它VC進行服務。由于付費用戶在網(wǎng)絡中具有高優(yōu)先級,不會發(fā)生亂序或者丟包;相反免費業(yè)務則可能出現(xiàn)亂序或者丟包,從而實現(xiàn)區(qū)分服務。我們的理論分析和仿真結(jié)果表明,所提策略確能有效保證付費用戶的服務質(zhì)量,同時能增加系統(tǒng)的帶寬利用率,為更多的免費用戶提供盡力服

6、務。
　　本文的創(chuàng)新點如下:
　　(1)偏射增強的準靜態(tài)調(diào)度機制的主要思想是利用那些由于突發(fā)而未能被利用的空閑帶寬去服務那些溢出業(yè)務。因此,該策略可以在沒有引入額外帶寬的情況下,有效提高系統(tǒng)吞吐量以及降低延時和延時抖動。
　　(2)偏射增強機制是一個分布式的機制。在運行過程中,每個交換機端口或者數(shù)據(jù)中心中每個邊緣交換機只需要知道本地信息便可進行調(diào)度。
　　(3)偏射增強機制沒有引入很大的額外硬件需求,同時其在線計