多种新能源接入通信网的差异化QoS研究

tion,RED）的基本思路是通过对输出端口队列平均长度的监测判断拥塞,一旦出现拥塞趋势,将拥塞信息传输给发送端,进行流量控制,减小拥塞窗口。

RED设置了2个门限值T₁和T₂^[12],当队列报文小于T₁时报文不丢弃;当报文大于T₂时新来的报文按照尾部丢弃;当在T₁和T₂之间时按照一定概率随机丢弃。RED过程如图3所示。

图3 RED过程Fig.3 RED process

设T₁=32,T₂=40,按照上述规律,平均队列长度在T₁和T₂之间时,进行报文丢弃过程,报文丢弃时采用线性丢弃概率,丢包率上升到10%最大。当平均队列长度超过T₂时,采取尾部全丢弃。

RED算法缺陷如下。

1）公平性。如果链接不响应拥塞通知,RED算法无效,同时此类链接将极大占用网络带宽。

2）参数设置。2个门限值和最大丢包概率需要合适的取值,取值将对算法结果起决定性作用,由于RED算法的取值敏感性,参数设置成为RED算法需要解决的难题。

3）网络性能。RED算法中平均队列长度会随着连接数目增长而增长,平均队列长度过长时将造成传输抖动、时延加剧,影响网络稳定性。

4.1.2 加权早起随机预测

加权早起随机预测（Weighted Random Early Detection,WRED）原理上与RED完全一致,不同点在于WRED可以根据不同的权重分配RED丢弃策略,优先丢弃权重设置较低的数据包,权重分配由IP优先级或DSCP确定。WRED过程如图4
所示。

图4 WRED过程Fig.4 WRED process

4.2 拥塞管理技术

拥塞发生时,多个报文会同时竞争使用资源,导致某些报文等待时间过长,失去报文本身的时效性。根据拥塞避免技术可知,报文在缓冲区堆积后,存在被丢弃的可能。如果不采用一定的报文调度机制,将无法保证重要报文的发送,影响接收端的反应
动作。

4.3 典型队列调度算法

4.3.1 先入先出队列

先入先出队列（First In First Out,FIFO）算法是队列调度机制中的默认模式,是尽力而为的队列机制。FIFO算法不需要对数据流进行分类,对所有类型的报文相同对待^[13],仅按照到达出队口的时间先后决定出队先后^[14]。FIFO采用尾丢弃机制,如果队列满后丢弃后续进队的报文。FIFO调度算法原理如图5所示。

图5 FIFO调度算法原理Fig.5 FIFO Scheduling principle

4.3.2 优先队列

优先队列（Priority Queuing,PQ）设置了优先级递减的队列分组^[15],优先队列分为高优先级队列（Top）、中优先队列（Middle）、正常优先队列（Normal）和低优先队列（Bottom）,调度器严格优先调度优先级高的队列,当优先级别高的队列为空时才服务低优先级队列。PQ调度算法同样使用尾丢弃机制,当高优先级报文发送时,若其他分组产生报文溢出现象,后进入分组的报文将被丢弃,各组队列内部遵循FIFO原则。PQ调度算法原理如图6所示。

图6 PQ调度算法原理Fig.6 PQ scheduling principle

4.3.3 定制队列

定制队列（Custom Queuing,CQ）^[16]调度算法是在PQ的基础上改进的算法。由于在PQ调度算法中,若高优先级数据流过多,将造成其他优先级报文无法发送。CQ做出了以下改善：将4个优先等级改为17个分组,其中队列0是系统队列,类似于协议报文,优先等级最高,不允许用户自己配置,调度原则也为优先发送0队列,0队列内容发送完毕后,开始发送1~16号队列。队列1~16没有优先级关系,仅代表16个用户队列。当0队列为空时,采取轮
询^[17]的方式按照预先配置的宽带比例依次从1~16分组中发送一部分报文出去。CQ调度算法原理如图7所示。

图7 CQ调度算法原理Fig.7 CQ scheduling principle

4.3.4 加权公平队列（Weight Fair Queuing,WFQ）

报文到达接口处时,存在一个分类动作,将报文赋予不同的权重,同时调度器根据权重分配不同的网络资源。权重数值越大,代表报文重要性越高,所得到的网络资源越多;权重数值越小,报文重要程度下降,所分到的资源支持越少。分类动作由IP-Precedence和DSCP值决定,具有相同特性的报文属于一个流。

4.3.5 实时传输协议优先队列

实时传输协议（Real-time Trasport Protocol,RTP）优先队列是一种保证语音与视频业务QoS的队列技术。其原理为使用高优先级网络资源,将RTP报文赋予高优先级队列,使其优先传送的同时满足时延和抖动需求,保证了RTP报文(语音和视频) 中的服务质量。

4.3.6 队列调度算法比较

队列调度算法比较见表6所列。

表6 队列调度算法比较Tab.6 Algorithm Comparisons

队列调度算法的最终选择,需要根据节点所在位置和节点本身需求。例如,若节点需要很强的扩展性,类似中心节点,则可选用扩展性强的PQ调度算法;若节点对实时业务流有特殊时延需求,比如需要实时传输视频或语音数据包,则可以使用RTP调度方法。

 5 结语

本文介绍了差异化QoS的实现原理和步骤,解释了数据流分类和标记技术、基于令牌桶算法的流量整形和管理、拥塞避免机制和队列调度算法的原理和作用,并在标记技术中比较了几种不同的标记方法以及他们之间的映射关系;同时,在队列调度算法中,对几种常见调度算法进行了对比分析。随着多种新能源接入电网的趋势,未来电网中对QoS需求会更加严格,差异化QoS的实际应用性待日后进一步研究。

(编辑:张京娜)

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