基于Overlay的Large-Scale多媒體應(yīng)用QoS機(jī)制研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，無論是Internet的用戶數(shù)量還是Internet提供的服務(wù)類型和服務(wù)范圍都發(fā)生了巨大變化。Internet的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)現(xiàn)主機(jī)互連以及Best-Effort數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)模式。如今的Internet已經(jīng)演化成為多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的支撐平臺，并被公認(rèn)為構(gòu)建NGN骨干傳輸網(wǎng)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用模式已經(jīng)逐漸被具有分布式特征的Large-Seale多媒體應(yīng)用所取代。P2P文件共享、服務(wù)Grid、T

2、ele-Remedy、Interactive Net-Simulation、Virtual Reality、VoD以及CSCW等業(yè)務(wù)的用戶數(shù)與日俱增。這些新型應(yīng)用往往具有覆蓋范圍廣、業(yè)務(wù)類型多樣化以及交互性和實(shí)時性等特點(diǎn)，并且涉及“點(diǎn)到多點(diǎn)”或者“多點(diǎn)到多點(diǎn)”的組播通信，代表了NGN應(yīng)用的發(fā)展方向。其中，可擴(kuò)展性（Scalability）、可靠性（Reliability）、安全性以及QoS是這些新型應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基本要求。這些對于傳統(tǒng)

3、的基于TCP/IP的Internet來說，無疑是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何有效實(shí)施Internet的E2E QoS，成為當(dāng)今Internet發(fā)展進(jìn)程中的一個急需解決的關(guān)鍵問題。 Internet QoS的實(shí)質(zhì)是IP QoS，這也是基于IP技術(shù)平臺的NGN的需要解決的核心問題，是目前網(wǎng)絡(luò)界研究的熱點(diǎn)之一。IETF曾先后提出幾個IP QoS的實(shí)施方案，如Diffserv、InterServ和MPLS等。但是，由于來自技術(shù)的和非技術(shù)兩方面的阻礙

4、，至今仍然沒有一種方案能夠付諸實(shí)施。 學(xué)位論文討論的Internet Large-Scale應(yīng)用環(huán)境，是一個基于IP骨干網(wǎng)互連、具有有線和無線多種接入形式的Hybrid網(wǎng)絡(luò)。由于涉及異構(gòu)網(wǎng)的傳輸控制和分布式動態(tài)資源的管理，有關(guān)Large-Scale多媒體應(yīng)用的QoS面臨更大的挑戰(zhàn)。相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)保障機(jī)制除了需要考慮傳統(tǒng)的QoS以外，可靠性和可擴(kuò)展性也是兩個重要的因素。本論文選題正是針對Internet Large-Scale多媒

5、體應(yīng)用，力求探尋一種新的、易于實(shí)施的E2E QoS解決方案。 學(xué)位論文共分三部分。其中，第一部分對Internet Large-scale多媒體應(yīng)用的業(yè)務(wù)特性和網(wǎng)絡(luò)需求特性進(jìn)行了分析，并著重討論了Large-Scale應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院涂蓴U(kuò)展性要求。分析表明：利用Overlay方式實(shí)施基于Hop的ALM可靠性控制，可以有效克服IPM的局限性，同時具有良好的可擴(kuò)展性，有利于組播通信在Internet中的應(yīng)用。 論文第

6、二部分通過對現(xiàn)有IP QoS方案的對比分析，結(jié)合Large-Scale應(yīng)用的QoS需求，提出了基于ON的QoS控制思想，并構(gòu)建出相應(yīng)的支持Internet Large-Scale多媒體應(yīng)用E2E QoS的實(shí)施系統(tǒng)框架ON-QoS。其主要思想是：在ON接入節(jié)點(diǎn)上利用DiffServ進(jìn)行基于SLA的業(yè)務(wù)流分類；在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置少量的Overlay匯聚節(jié)點(diǎn)，實(shí)施基于聚集流的傳輸控制。這種策略具有以下特點(diǎn)：無需對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量改造，便于實(shí)施而

7、且可擴(kuò)展性強(qiáng)；可以最大限度保持現(xiàn)有Internet的簡單性和高效性不變；可以充分利用網(wǎng)絡(luò)高層功能參與控制，易于實(shí)施基于Hop的控制機(jī)制，提升了系統(tǒng)的可靠性保障能力。 論文第三部分主要針對ON-QoS中的聚集流調(diào)度策略進(jìn)行研究，主要工作是： ● 提出了三種聚集流調(diào)度模型，分別實(shí)施基于不同控制粒度（Granularity）、不同優(yōu)先權(quán)的多類別聚集流調(diào)度功能； ●對非對稱情形下、具有不同服務(wù)策略和不同優(yōu)先權(quán)的周期查詢

8、系統(tǒng)解析方法進(jìn)行了有益的探討； ●利用概率母函數(shù)分析方法解析出了DQPS-E系統(tǒng)的平均排隊隊長、平均排隊時延，以及MQNPP-G和MQNPP-E系統(tǒng)的平均周期表達(dá)式； ●對比分析了非搶占優(yōu)先權(quán)周期查詢系統(tǒng)在完全服務(wù)和門限服務(wù)方式下不同的控制性能。 其中，第六章討論的是一種對實(shí)時性應(yīng)用和非實(shí)時性應(yīng)用提供差別服務(wù)的粗粒度的調(diào)度模型DQPS-E。理論分析和計算機(jī)仿真實(shí)驗結(jié)果表明該模型可以通過設(shè)置服務(wù)強(qiáng)度參數(shù)對不同業(yè)務(wù)流

9、提供差別服務(wù)。 第七章則針對ON-QoS中多業(yè)務(wù)聚集流的調(diào)度問題，提出了兩種基于DiffServ且具有非搶占優(yōu)先權(quán)的多隊列調(diào)度機(jī)制MQNPP-G和MQNPP-E。前者利用基于門限服務(wù)策略的非搶占優(yōu)先權(quán)多隊列周期查詢系統(tǒng)構(gòu)建，后者則是由基于完全服務(wù)策略的非搶占優(yōu)先權(quán)多隊列周期查詢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。中心隊列對應(yīng)EF聚集流，普通隊列則對應(yīng)AF或BE聚集流。論文分別對兩個系統(tǒng)的一階特性和平均周期時間進(jìn)行了分析并得到了相應(yīng)的數(shù)學(xué)解析解。最后，論文