tion,RED）的基本思路是通過對輸出端口隊列平均長度的監(jiān)測判斷擁塞,一旦出現(xiàn)擁塞趨勢,將擁塞信息傳輸給發(fā)送端,進(jìn)行流量控制,減小擁塞窗口。

RED設(shè)置了2個門限值T₁和T₂^[12],當(dāng)隊列報文小于T₁時報文不丟棄;當(dāng)報文大于T₂時新來的報文按照尾部丟棄;當(dāng)在T₁和T₂之間時按照一定概率隨機(jī)丟棄。RED過程如圖3所示。

圖3 RED過程Fig.3 RED process

設(shè)T₁=32,T₂=40,按照上述規(guī)律,平均隊列長度在T₁和T₂之間時,進(jìn)行報文丟棄過程,報文丟棄時采用線性丟棄概率,丟包率上升到10%最大。當(dāng)平均隊列長度超過T₂時,采取尾部全丟棄。

RED算法缺陷如下。

1）公平性。如果鏈接不響應(yīng)擁塞通知,RED算法無效,同時此類鏈接將極大占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

2）參數(shù)設(shè)置。2個門限值和最大丟包概率需要合適的取值,取值將對算法結(jié)果起決定性作用,由于RED算法的取值敏感性,參數(shù)設(shè)置成為RED算法需要解決的難題。

3）網(wǎng)絡(luò)性能。RED算法中平均隊列長度會隨著連接數(shù)目增長而增長,平均隊列長度過長時將造成傳輸抖動、時延加劇,影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

4.1.2 加權(quán)早起隨機(jī)預(yù)測

加權(quán)早起隨機(jī)預(yù)測（Weighted Random Early Detection,WRED）原理上與RED完全一致,不同點在于WRED可以根據(jù)不同的權(quán)重分配RED丟棄策略,優(yōu)先丟棄權(quán)重設(shè)置較低的數(shù)據(jù)包,權(quán)重分配由IP優(yōu)先級或DSCP確定。WRED過程如圖4
所示。

圖4 WRED過程Fig.4 WRED process

4.2 擁塞管理技術(shù)

擁塞發(fā)生時,多個報文會同時競爭使用資源,導(dǎo)致某些報文等待時間過長,失去報文本身的時效性。根據(jù)擁塞避免技術(shù)可知,報文在緩沖區(qū)堆積后,存在被丟棄的可能。如果不采用一定的報文調(diào)度機(jī)制,將無法保證重要報文的發(fā)送,影響接收端的反應(yīng)
動作。

4.3 典型隊列調(diào)度算法

4.3.1 先入先出隊列

先入先出隊列（First In First Out,FIFO）算法是隊列調(diào)度機(jī)制中的默認(rèn)模式,是盡力而為的隊列機(jī)制。FIFO算法不需要對數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類,對所有類型的報文相同對待^[13],僅按照到達(dá)出隊口的時間先后決定出隊先后^[14]。FIFO采用尾丟棄機(jī)制,如果隊列滿后丟棄后續(xù)進(jìn)隊的報文。FIFO調(diào)度算法原理如圖5所示。

圖5 FIFO調(diào)度算法原理Fig.5 FIFO Scheduling principle

4.3.2 優(yōu)先隊列

優(yōu)先隊列（Priority Queuing,PQ）設(shè)置了優(yōu)先級遞減的隊列分組^[15],優(yōu)先隊列分為高優(yōu)先級隊列（Top）、中優(yōu)先隊列（Middle）、正常優(yōu)先隊列（Normal）和低優(yōu)先隊列（Bottom）,調(diào)度器嚴(yán)格優(yōu)先調(diào)度優(yōu)先級高的隊列,當(dāng)優(yōu)先級別高的隊列為空時才服務(wù)低優(yōu)先級隊列。PQ調(diào)度算法同樣使用尾丟棄機(jī)制,當(dāng)高優(yōu)先級報文發(fā)送時,若其他分組產(chǎn)生報文溢出現(xiàn)象,后進(jìn)入分組的報文將被丟棄,各組隊列內(nèi)部遵循FIFO原則。PQ調(diào)度算法原理如圖6所示。

圖6 PQ調(diào)度算法原理Fig.6 PQ scheduling principle

4.3.3 定制隊列

定制隊列（Custom Queuing,CQ）^[16]調(diào)度算法是在PQ的基礎(chǔ)上改進(jìn)的算法。由于在PQ調(diào)度算法中,若高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流過多,將造成其他優(yōu)先級報文無法發(fā)送。CQ做出了以下改善：將4個優(yōu)先等級改為17個分組,其中隊列0是系統(tǒng)隊列,類似于協(xié)議報文,優(yōu)先等級最高,不允許用戶自己配置,調(diào)度原則也為優(yōu)先發(fā)送0隊列,0隊列內(nèi)容發(fā)送完畢后,開始發(fā)送1~16號隊列。隊列1~16沒有優(yōu)先級關(guān)系,僅代表16個用戶隊列。當(dāng)0隊列為空時,采取輪
詢^[17]的方式按照預(yù)先配置的寬帶比例依次從1~16分組中發(fā)送一部分報文出去。CQ調(diào)度算法原理如圖7所示。

圖7 CQ調(diào)度算法原理Fig.7 CQ scheduling principle

4.3.4 加權(quán)公平隊列（Weight Fair Queuing,WFQ）

報文到達(dá)接口處時,存在一個分類動作,將報文賦予不同的權(quán)重,同時調(diào)度器根據(jù)權(quán)重分配不同的網(wǎng)絡(luò)資源。權(quán)重數(shù)值越大,代表報文重要性越高,所得到的網(wǎng)絡(luò)資源越多;權(quán)重數(shù)值越小,報文重要程度下降,所分到的資源支持越少。分類動作由IP-Precedence和DSCP值決定,具有相同特性的報文屬于一個流。

4.3.5 實時傳輸協(xié)議優(yōu)先隊列

實時傳輸協(xié)議（Real-time Trasport Protocol,RTP）優(yōu)先隊列是一種保證語音與視頻業(yè)務(wù)QoS的隊列技術(shù)。其原理為使用高優(yōu)先級網(wǎng)絡(luò)資源,將RTP報文賦予高優(yōu)先級隊列,使其優(yōu)先傳送的同時滿足時延和抖動需求,保證了RTP報文(語音和視頻) 中的服務(wù)質(zhì)量。

4.3.6 隊列調(diào)度算法比較

隊列調(diào)度算法比較見表6所列。

表6 隊列調(diào)度算法比較Tab.6 Algorithm Comparisons

隊列調(diào)度算法的最終選擇,需要根據(jù)節(jié)點所在位置和節(jié)點本身需求。例如,若節(jié)點需要很強(qiáng)的擴(kuò)展性,類似中心節(jié)點,則可選用擴(kuò)展性強(qiáng)的PQ調(diào)度算法;若節(jié)點對實時業(yè)務(wù)流有特殊時延需求,比如需要實時傳輸視頻或語音數(shù)據(jù)包,則可以使用RTP調(diào)度方法。

 5 結(jié)語

本文介紹了差異化QoS的實現(xiàn)原理和步驟,解釋了數(shù)據(jù)流分類和標(biāo)記技術(shù)、基于令牌桶算法的流量整形和管理、擁塞避免機(jī)制和隊列調(diào)度算法的原理和作用,并在標(biāo)記技術(shù)中比較了幾種不同的標(biāo)記方法以及他們之間的映射關(guān)系;同時,在隊列調(diào)度算法中,對幾種常見調(diào)度算法進(jìn)行了對比分析。隨著多種新能源接入電網(wǎng)的趨勢,未來電網(wǎng)中對QoS需求會更加嚴(yán)格,差異化QoS的實際應(yīng)用性待日后進(jìn)一步研究。

(編輯:張京娜)

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