突發(fā)業(yè)務(wù)下的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略及應(yīng)用.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)中多媒體等應(yīng)用的迅速增長(zhǎng),網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)突發(fā)特性越來(lái)越強(qiáng)。在核心網(wǎng)中,業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)匯聚,其平均速率在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持平穩(wěn),但是在短時(shí)間內(nèi)卻有明顯波動(dòng)。在突發(fā)業(yè)務(wù)下,靜態(tài)業(yè)務(wù)調(diào)度方法雖然簡(jiǎn)單但會(huì)產(chǎn)生帶寬浪費(fèi),而動(dòng)態(tài)調(diào)度方式雖然可以適應(yīng)突發(fā)的需求但是會(huì)導(dǎo)致較高的計(jì)算復(fù)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(wù)問(wèn)題。
　　為此,本文提出了偏射增強(qiáng)的準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)度策略來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)性能。該策略先在所有的網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)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(shè)備之間的通信均值。由于突發(fā)業(yè)務(wù)的存在,VC時(shí)而發(fā)生業(yè)務(wù)溢出,時(shí)而出現(xiàn)帶寬空閑。因此,我們?cè)诖嘶A(chǔ)上引入偏射機(jī)制,讓那些有空閑帶寬的VC來(lái)服務(wù)那些正處于突發(fā)狀態(tài)的VC的溢出業(yè)務(wù),從而實(shí)現(xiàn)不同VC之間帶寬的統(tǒng)計(jì)復(fù)用。容易證明,網(wǎng)絡(luò)中VC數(shù)量越大,該方案越能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。為了驗(yàn)證該策略的有效性,本文將其運(yùn)用于兩種典型的突發(fā)場(chǎng)景中。
　　首先,我們利用偏射增強(qiáng)的準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)度策略提高核心網(wǎng)交換機(jī)的性能。

3、在核心交換機(jī)中,高清視頻等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益普及使業(yè)務(wù)突發(fā)性變強(qiáng)。目前核心交換機(jī)中較為流行的業(yè)務(wù)調(diào)度算法為Birkhoff-von-Neumann(BvN)準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)度策略。雖然該策略能在平穩(wěn)業(yè)務(wù)下能達(dá)到100％的吞吐量以及有界的端到端延時(shí),但在突發(fā)業(yè)務(wù)下其性能卻會(huì)變得很差。本文將偏射機(jī)制引入 BvN交換機(jī),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(duì)D-BvN交換

4、機(jī)進(jìn)行了性能估計(jì)。我們的結(jié)果表明,在緩存數(shù)量不變的情況下,偏射機(jī)制不僅可以顯著降低交換機(jī)的丟包率和端到端延遲,而且并不增加交換機(jī)的軟硬件復(fù)雜度。雖然,偏射會(huì)在輸出端口帶來(lái)包的亂序問(wèn)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(qiáng)的準(zhǔn)靜態(tài)業(yè)務(wù)調(diào)度策略用于解決數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)突發(fā)問(wèn)題。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)具有很強(qiáng)的突發(fā)特性,而且其業(yè)務(wù)分成了需要帶寬保證的付費(fèi)業(yè)務(wù)和只需盡力服務(wù)的免費(fèi)業(yè)務(wù)?；谶@樣的

5、現(xiàn)狀,本文提出利用偏射實(shí)現(xiàn)一種業(yè)務(wù)的區(qū)分服務(wù)策略。我們根據(jù)付費(fèi)用戶的峰值業(yè)務(wù)速率給它們提供帶寬保證的VC。當(dāng)付費(fèi)業(yè)務(wù)速率處于谷值時(shí),盡力傳送免費(fèi)業(yè)務(wù);當(dāng)付費(fèi)業(yè)務(wù)處于峰值時(shí),將免費(fèi)業(yè)務(wù)偏射到其它VC進(jìn)行服務(wù)。由于付費(fèi)用戶在網(wǎng)絡(luò)中具有高優(yōu)先級(jí),不會(huì)發(fā)生亂序或者丟包;相反免費(fèi)業(yè)務(wù)則可能出現(xiàn)亂序或者丟包,從而實(shí)現(xiàn)區(qū)分服務(wù)。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(fèi)用戶的服務(wù)質(zhì)量,同時(shí)能增加系統(tǒng)的帶寬利用率,為更多的免費(fèi)用戶提供盡力服

6、務(wù)。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)偏射增強(qiáng)的準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)度機(jī)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(wù)那些溢出業(yè)務(wù)。因此,該策略可以在沒(méi)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(shí)和延時(shí)抖動(dòng)。
　　(2)偏射增強(qiáng)機(jī)制是一個(gè)分布式的機(jī)制。在運(yùn)行過(guò)程中,每個(gè)交換機(jī)端口或者數(shù)據(jù)中心中每個(gè)邊緣交換機(jī)只需要知道本地信息便可進(jìn)行調(diào)度。
　　(3)偏射增強(qiáng)機(jī)制沒(méi)有引入很大的額外硬件需求,同時(shí)其在線計(jì)