支持QoS的交換技術研究

隨著信息網(wǎng)絡多媒體業(yè)務的興起，路由交換設備交換結構對服務質量支持的問題再次受到關注，如何實現(xiàn)具有QoS保證的交換技術也得到了學術界和產業(yè)界的廣泛重視。隨著不同應用的增加，將來的交換結構必須能夠考慮到對更加豐富的QoS保證的支持。現(xiàn)有信息網(wǎng)絡的原始設計思想基本上是“一種網(wǎng)絡支撐一種主要服務”的解耦模式，在此基礎上的演進與發(fā)展難以突破原始設計思想的局限，無法滿足網(wǎng)絡及服務的多樣性需求。

“一體化網(wǎng)絡”將多種網(wǎng)絡設計成一種網(wǎng)絡。通過三次解析映射，將標識理論貫穿了從服務層到網(wǎng)通層的整個網(wǎng)絡體系架構，可以把不同業(yè)務類型通過映射關系反映到網(wǎng)通層。課題研究依托國家973計劃信息技術領域子課題《一體化網(wǎng)絡體系結構模型及交換路由理論與技術》，為了更好地應對交換技術所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，對一體化網(wǎng)絡體系下新型的交換機理、原理與關鍵技術展開研究，研究內容具有重要的理論意義和實用價值。

針對路由交換設備對于交換技術的QoS需求，本文首次將標識的概念引入交換結構，提出了基于標識的交換技術，給出了適合一體化網(wǎng)絡基于標識支持QoS的交換技術應具有的特征；基于CICQ交換結構設計出支持區(qū)分服務的DS-CICQ交換結構，在不同類業(yè)務和不同輸出端口，采用基于標識支持區(qū)分QoS的分布式動態(tài)雙輪詢ID-DDRR調度算法，調度復雜度大大降低；在對主流PPS交換技術現(xiàn)狀分析的基礎上，針對并行交換中的保序和區(qū)分QoS問題，提出一種新型的PSVIOQ-CICQ解決方案；設計出一種新型的PPS體系結構PSCICQ，基于PSCICQ體系結構，提出一種基于標識支持區(qū)分QoS的PPS調度機制，證明了PSCICQ體系結構能夠保證業(yè)務信元的傳輸順序；在匯聚模塊設置少量緩存，采用雙指針輪詢算法DPRR實現(xiàn)區(qū)分QoS保障，保證了交換對高層不同業(yè)務類的有效支持；在分析研究三級Clos網(wǎng)交換結構和調度算法的基礎上，提出了一種支持QoS的三級Clos分布式交換結構，并基于該結構提出了DHIRRM調度算法，使該交換結構的設計能提供優(yōu)良的QoS策略。針對交換結構性能評價問題，提出基于效用函數(shù)支持QoS的交換結構性能評價模型；最后，將一體化網(wǎng)絡的重要思想引入到MPLS網(wǎng)絡，研究了MPLS協(xié)議在新一代網(wǎng)絡交換路由的應用，提出了基于一體化MPLS網(wǎng)絡架構的協(xié)調數(shù)據(jù)流搶占機制。

基于標識和帶緩存交叉開關交換單元研究了交換技術的QoS保障問題，研究內容屬于寬帶信息網(wǎng)絡學科前沿，研究成果避免交換結構及實現(xiàn)機制方面缺乏QoS保證的缺陷，能夠滿足不同業(yè)務對QoS的需求，實現(xiàn)網(wǎng)絡一體化并為用戶提供普適服務，有望對新一代信息網(wǎng)絡特別是交換技術的發(fā)展與應用起到促進作用。

本書將作者近幾年在一體化網(wǎng)絡下支持QoS交換技術方面研究中取得的成果進行歸納、總結。內容主要取材于作者在各種期刊和國際會議上公開發(fā)表的論文，同時融入國內外學者在該領域取得的優(yōu)秀研究成果，力求全面、系統(tǒng)地概括國內外最新研究成果，反映發(fā)展動態(tài)。但難免會存在一些不足之處，歡迎專家及同行多提寶貴意見。

作者

2014年8月

第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究目的意義 5
1.2 一體化網(wǎng)絡研究 7
1.2.1 一體化網(wǎng)絡體系結構 7
1.2.2 一體化網(wǎng)絡中的交換與路由 12
1.3 課題研究思路與研究工作 16
1.4 本章小結 18
參考文獻 20
第二章 支持QoS的交換結構及調度算法分析 22
2.1 引言 22
2.2 典型交換結構分析 23
2.2.1 分組交換Crossbar型交換結構 23
2.2.2 交叉點無緩存Crossbar型交換結構 24
2.2.3 交叉點帶緩存Crossbar型交換結構 27
2.3 支持QoS的調度算法分析 29
2.3.1 基于OQ結構的典型調度算法分析 30
2.3.2 基于IQ結構的典型調度算法分析 31
2.3.3 基于CIOQ結構的典型調度算法分析 32
2.3.4 基于CICQ結構的典型調度算法分析 34
2.4 基于標識支持QoS的交換技術分析 36
2.5 本章小結 38
參考文獻 38
第三章 基于標識支持區(qū)分QoS的 CICQ調度機制研究 44
3.1 引言 44
3.2 相關術語及定義 45
3.2.1 區(qū)分QoS 45
3.2.2 分組信息頭格式 52
3.3 DS-CICQ交換結構 53
3.4 ID-DDRR調度算法 55
3.4.1 帶寬分配方案 55
3.4.2 兩個調度階段 57
3.4.3 關于份額函數(shù) 59
3.4.4 ID-DDRR算法描述 59
3.5 性能評估 62
3.5.1 算法理論分析 62
3.5.2 算法公平性證明 63
3.5.3 算法仿真實驗分析 64
3.6 本章小結 68
參考文獻 69
第四章 基于標識支持區(qū)分QoS的PPS 解決方案PSVIOQ-CICQ 71
4.1 引言 71
4.2 并行交換現(xiàn)狀分析 72
4.3 PSVIOQ-CICQ交換結構 77
4.4 調度算法 79
4.4.1 相關概念和約定 79
4.4.2 負載均衡算法 80
4.4.3 DDRRP信元重組算法 82
4.5 仿真結果與分析 85
4.5.1 仿真環(huán)境 85
4.5.2 仿真結果分析 87
4.6 本章小結 92
參考文獻 93
第五章 基于標識支持區(qū)分QoS的PPS解決方案PSCICQ 96
5.1 引言 96
5.2 PSCICQ交換結構 97
5.3 調度算法 98
5.3.1 相關定義 98
5.3.2 解復用器負載分擔算法 99
5.3.3 中心交換平面調度機制 101
5.3.4 DPRR匯聚模塊調度機制 104
5.4 性能分析 107
5.5 仿真結果與分析 110
5.6 PSCICQ和PSVIOQ-CICQ的比較 116
5.7 本章小結 120
參考文獻 121
第六章 支持QoS的多級交換結構研究 122
6.1 引言 122
6.2 支持QoS的三級Clos分布式交換結構 123
6.2.1 輸入端口的設計 124
6.2.2 輸出端口的設計 130
6.3 交換結構的特性分析 131
6.3.1 分布式隊列調度 131
6.3.2 一次調度 132
6.3.3 負載均衡 133
6.4 一種基于時限優(yōu)先級可預測匹配的調度機制—DHIRRM 134
6.4.1 任務模型 134
6.4.2 DHIRRM算法描述 135
6.4.3 預測匹配 136
6.5 本章小結 137
參考文獻 138
第七章 基于效用函數(shù)支持QoS的交換結構性能評價模型 139
7.1 引言 139
7.2 業(yè)務流的效用函數(shù)現(xiàn)狀分析 140
7.3 業(yè)務流的時延效用函數(shù) 141
7.3.1 語音流的時延效用函數(shù) 141
7.3.2 視頻流的時延效用函數(shù) 142
7.3.3 TCP流的時延效用函數(shù) 143
7.3.4 三種業(yè)務流的時延效用函數(shù) 144
7.4 基于時延的效用函數(shù)評價模型 145
7.4.1 評價等級定義 145
7.4.2 評價模型構建 146
7.4.3 評價模型分析 146
7.4.4 評價模型的擴展 147
7.4.5 仿真實驗分析 151
7.5 雙指標效用函數(shù)評價模型 153
7.5.1 雙指標模型的構建 153
7.5.2 雙指標評價模型分析 154
7.6 本章小結 156
參考文獻 157
第八章 MPLS協(xié)議在新一代網(wǎng)絡交換路由應用中的研究 158
8.1 引言 158
8.2 基于協(xié)調數(shù)據(jù)流搶占機制總體架構 160
8.2.1 工作流程 160
8.2.2 添加邊緣路由表 161
8.2.3 MPLS通知報文格式 163
8.3 發(fā)送吞吐量信息封包的設計 164
8.3.1 標志變量 165
8.3.2 回傳吞吐量信息封包 165
8.3.3 搶占通知封包 166
8.3.4 啟動搶占機制條件 167
8.4 TPN傳輸?shù)燃壎�義 168
8.5 TPN機制工作原理 170
8.5.1 TPN工作流程 170
8.5.2 TPN帶寬保留算法 172
8.6 LSR工作原理 174
8.6.1 Ingress LSR工作模塊 175
8.6.2 Core LSR工作模塊 177
8.6.3 Egress LSR工作模塊 178
8.7 仿真實驗與結果分析 179
8.7.1 仿真軟件 179
8.7.2 具有TPN功能的NS擴展 181
8.7.3 仿真與分析 183
8.8 本章小結 193
參考文獻 194
附錄A 并行交換系統(tǒng)仿真平臺PPS-CICQ-SIM的設計 196
A.1 引言 196
A.2 并行交換系統(tǒng)仿真平臺PPS-CICQ-SIM建模 198
A.2.1 系統(tǒng)中的主要類及其相互關系 199
A.2.2 系統(tǒng)對象模型 204
A.2.3 系統(tǒng)動態(tài)模型 207
參考文獻 209

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2. 微積分（經(jīng)管類）導學篇（下冊） [王海棠 曹海軍 周玲麗]
3. 大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基礎 [主編 姜國權 姜福佳]
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5. 信息技術（微課版） [王云　徐江鴻　李清霞　羅學鋒　]
6. 管理基礎與實務 [主編 王鳳基 顏漢軍]
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17. 線性代數(shù) [主編 史昱 陳鳳欣]
18. 電力電子技術課程學習及實驗指導 [主編 陳榮]
19. 成長對話：青春的榜樣 [主編　施端銀　黃武剛　應巨林]
20. 人工智能應用基礎 [主編 楊纓 李佳]
21. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
22. 電路與電子技術Ⅱ——電路分析基礎 [主編 陳曉 金哲]
23. 飛機維修專業(yè)英語——飛機系統(tǒng)（第二版） [趙迎春]
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25. 機械工程制圖任務跟蹤訓練 [主編 王瑞清 趙金考 周彥云 ]
26. 機械工程制圖 [主編 覃國萍 劉百順 禹晨]
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30. 信息時代美育之道 [主編　劉宏宇　黎婭]