多協(xié)議標(biāo)簽交換網(wǎng)絡(luò)中VC合并技術(shù)及QoS的研究.pdf

1、擴展性問題與服務(wù)量問題是因特網(wǎng)所面臨的主要問題。為此，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組設(shè)計了多協(xié)議標(biāo)簽交換協(xié)議，它吸收了ATMVPI/VCI交換的思想，集成了IP路由的靈活性和ATM交換的簡捷性?；贏TM的多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)可以通過VC合并技術(shù)來提高網(wǎng)絡(luò)的擴展能力。VC合并技術(shù)和服務(wù)質(zhì)量是本文研究的重點。 多協(xié)議標(biāo)簽交換是一種升級技術(shù)，它面向的是IP骨干網(wǎng)，對VC合并的基本要求是擴展性好，不改變ATM的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，特別是不能修改VPI/VCI的

2、結(jié)構(gòu)和語義。目前，除多協(xié)議標(biāo)簽交換工作組提供的全VC合并方案外，其它的VC合并方案均不能完全滿足這些要求。因此我們將多協(xié)議標(biāo)簽交換工作組提供的全VC合并模型作為研究VC合并的基本模型。 首先，本文對多協(xié)議標(biāo)簽交換工作組提出的全VC合并的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)及性能進行了全面的分析和研究，為全VC合并的可行性提供了更加充分的依據(jù)。本文介紹了多協(xié)議標(biāo)簽交換工作組提出的實現(xiàn)全VC合并的交換結(jié)構(gòu)和Widjaja等人推導(dǎo)的該結(jié)構(gòu)全VC合并緩存需求的解析

3、模型。目前對該結(jié)構(gòu)的性能評價還不完善。本文利用計算機仿真和緩存需求的解析模型，研究了多種通信量模型、多種載荷條件下標(biāo)簽交換路由器緩存的溢出概率、包延遲、包丟失率。解析和仿真的結(jié)果表明：在高負載狀態(tài)下，VC合并對LSR各項性能指標(biāo)的影響不大。這一發(fā)現(xiàn)為該結(jié)構(gòu)的可行性提供了依據(jù)。 其次，設(shè)計了實現(xiàn)部分VC合并的交換結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了部分VC合并緩存需求的解析模型，為部分VC合并的性能評價提供了一種手段。部分VC合并可以提供多種等級的服務(wù)質(zhì)

4、量。雖然部分VC合并消耗了VPI/VCI空間，限制了網(wǎng)絡(luò)的擴展能力，但是考慮其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，便于迅速推廣，因此有必要對其進行研究。我們根據(jù)Widjaja提出的部分VC合并的概念，設(shè)計了多輸出緩存的輸出模塊結(jié)構(gòu)，以Widjaja的全VC合并解析模型為理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)了部分VC合并緩存需求的解析模型。和Widjaia推導(dǎo)全VC合并緩存需求的所用的解析算法相比較，我們的解析算法的計算復(fù)雜度從O(M4)降低到O(M2)。為了進一步降低算法的復(fù)雜度

5、，我們用閉合方程近似解析了輸出緩存的概率分布。近似解析有效的降低了D-BMAP/D/1的運算復(fù)雜度。本文用計算機仿真驗證了解析模型的正確性。 然后，提出了實現(xiàn)全VC合并交換結(jié)構(gòu)的改進結(jié)構(gòu)，大大降低了標(biāo)簽交-Ⅰ-換路由器的緩存需求。雖然在高負載狀態(tài)，VC合并標(biāo)簽交換路由器只需要很少的附加緩存，但是它的總緩存需求還是很高的。為了進一步降低VC合并標(biāo)簽交換路由器的緩存需求，我們建議將中央排隊結(jié)構(gòu)作為VC合并標(biāo)簽交換路由器的交換結(jié)構(gòu)。通

6、過計算機仿真，將這一結(jié)構(gòu)與輸出緩存的交換結(jié)構(gòu)進行了比較。仿真結(jié)果表明：中央排隊交換結(jié)構(gòu)的緩存需求遠遠低于輸出緩存的交換結(jié)構(gòu)，并且在其它性能指標(biāo)上也有更優(yōu)異的表現(xiàn)。 最后，為了兼顧網(wǎng)絡(luò)的擴展性和服務(wù)質(zhì)量，提出了一種支持全VC合并的多協(xié)議標(biāo)簽交換拓撲結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上提出了基于流的排隊結(jié)構(gòu)和基于流的調(diào)度算法，解決了擴展性和服務(wù)質(zhì)量粒度之間的矛盾。為數(shù)據(jù)流提供多種等級的服務(wù)質(zhì)量保證是目前IP網(wǎng)絡(luò)亟待解決的問題。ATM交換機通過交換和調(diào)度

7、進行通信量控制，能夠為數(shù)據(jù)流提供服務(wù)質(zhì)量保證。本文將基于VC的排隊結(jié)構(gòu)和基于VC排隊的調(diào)度算法擴展到多協(xié)議標(biāo)簽交換網(wǎng)絡(luò)中，提出了一個拓撲結(jié)構(gòu)模型。在這個拓撲結(jié)構(gòu)模型中，在接入標(biāo)簽交換路由器上采用基于流的排隊結(jié)構(gòu)，在核心標(biāo)簽交換路由器上仍舊采用基于VC的排隊結(jié)構(gòu)并執(zhí)行VC合并技術(shù)。為了與這個拓撲結(jié)構(gòu)模型相配合，我們提出了基于流的調(diào)度算法。通過對端到端延遲和吞吐率的解析發(fā)現(xiàn)：1.相對于鏈路上的傳輸延遲，數(shù)據(jù)包在標(biāo)簽交換路由器上的延遲是非常小