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1、高级计算机网络2021/9/61史忠植高级计算机网络内容提要7.1概述7.2现代通信中的排队理论7.3现代通信业务的自相似特性7.4拥塞控制7.5通信量控制7.6ABR通信量管理2021/9/62史忠植高级计算机网络7.1概述高速网络设计的关键是对性能参数的进行建模和估计的能力。设计者需要有能力在观察到的通信量的基础上估计未来的通信量的大小和特性。通信量的统计特性对很多类设计和配置问题都有影响,这些问题包括资源预留协议,在路由器和ATM交换机上使用的排队规则和缓存大小。另外,为了做出明智的资源预留决定,用户也需要能够对计划的通信量特性
2、进行描述。对描述数据通信量而言由许多参数很重要。2021/9/63史忠植高级计算机网络吞吐量特性平均速率:信源提供的平均负载对于确定分配给该信源的总量是十分关键的。平均速率表示信源在较长的时间里持续发出的流量。2021/9/64史忠植高级计算机网络吞吐量特性峰值速率这个参数告诉网络通信量最大的速率是多少,以便网络能够通过预留足够的数据传输容量和缓存空间接纳此通信量。2021/9/65史忠植高级计算机网络吞吐量特性可变性峰值是可变性的一种度量;一种更直接的度量是吞吐量的变化。可变性衡量一个信源的突发性,它是统计复用被用于提高资源利用效率
3、的程度的一个度量。2021/9/66史忠植高级计算机网络时延特性传输时延这个参数度量的是数据从信源到目的地的过程中网络所施加的时延。最大传输时延也常常被应用程序作为一项需求提出来。2021/9/67史忠植高级计算机网络时延特性时延偏差传输时延的偏差大小是实时应用的一个重要参数,在实时应用中目的端应该以平滑连续的速率播放收到的数据,该速率与信源产生的速率匹配。这些以及相似的参数对于网络配2021/9/68史忠植高级计算机网络网络性能分析排队分析提供了一个简单的,容易处理的方法来得到有用的结果,这些结果可以用来知道网络的设计和扩展。几十年
4、来,基于泊松通信量假设的排队分析一直是网络性能分析人员的应用工具。然而,近些年出现了一个对于大家来讲是惊人的结果:至少在某些情况下,数据通信量实质上不是泊松分布的而是自相似(self-similar)或分形(fractal)的。对于这种通信量,网络的性能不能再用排队分析的清楚的公式来描述,网络的时延比预期的更大,吞吐量更低。自从最初的发现之后,对于许多的通信量类型自相似的结果被证实了很多次。2021/9/69史忠植高级计算机网络7.2现代通信中的排队理论排队理论也称为随机服务理论，是现代运筹学以及通信网理论的重要基础之一。然而尽管经典
5、的排队论有一些漂亮的数学结果，它还是与现代通信技术所要研究的排队问题有一定的差距。2021/9/610史忠植高级计算机网络主要的排队分析法早期的排队研究，主要针对一类输入为泊松过程，服务时间为负指数分布的排队系统。在这种系统中，由于到达和服务的无后效性特点，可用生灭过程(或称生死过程)描述。2021/9/611史忠植高级计算机网络扩大状态空间的方法当输入或服务不再具有无后效性时，直接应用生灭过程理论求解就显得无能为力。这时采用补充变量，用扩大状态空间的方法将非马尔柯夫过程的排队化成一个状态空间为多维的马尔柯夫过程求解。这类方法统称为扩
6、大状态空间法。处理M/Er/1/∞和Er/M/1/∞等排队系统便可以采用这种方法。我们经常提到的相位法属于此类方法。2021/9/612史忠植高级计算机网络半马氏分析法当一个排队系统的服务过程不是马尔柯夫过程，但到达或服务二者之间有一个具有无后效性时，往往可以采用嵌入马氏链法。当可以用半马氏过程描述排队队长变化过程，或输入过程(或服务时间)本身即为一个半马氏过程时，或可嵌入一个半马氏过程时，往往采用半马尔柯夫(Semi-Markov)理论对这类系统进行分析。这种方法称为半马氏分析法。2021/9/613史忠植高级计算机网络近似逼近法对
7、于更一般的排队系统，如G/G/1排队系统，其队长变化过程是一般的随机过程。这时，要求出平稳分布极为困难。可采用积分微分方程法近似求解。不等式定界法近年来也用于分析一般的排队系统，可将之看作近似逼近法的一种。另外的近似逼近法包括系统逼近法和过程逼近法。流体流方法就是一种过程逼近法。2021/9/614史忠植高级计算机网络现代通信中排队的特点现代通信的发展趋势之一是业务综合。它要求实现多种业务在同一个网中传输。显然排队系统的输入将是复合业务流，也就是说输入过程将更加复杂，不再具有Poisson输入过程的无后效性(马尔柯夫性)特点。另外，服
8、务过程和排队策略(规则)也变得更复杂。即使是现有的通信网络在引入新业务之后也会表现出这些特点。比如传统的PSTN网主要是针对普通电话业务设计的，在拨号入(Internet)网业务大量出现之后，描述呼叫的排队系统发生了深刻
