反饋機制下的自相似業務流隊列管理技術

胡俊超

摘 要：在衛星通訊網絡中，業務流量呈現出自相似特性，本文針對此提出了一種加入反饋后的隊列管理算法，該算法將調度模塊的信息反饋到隊列管理模塊，隊列管理模塊根據這些信息對到達的分組進行兩級丟棄，只有符合要求的分組才能進入幀生成緩存；經過MATLAB仿真，證明該算法能有效地保護重要性高的數據，同時也降低了丟幀率和信道時延。

關鍵詞：自相似 主動隊列管理 擁塞控制 虛擬信道調度

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0143-02

1 高級在軌系統多路復用示意圖

高級在軌系統是一種層次化和模塊化的系統，它通過包信道復用和虛擬信道復用可以傳輸星上多種信源的數據[1]，目前得到越來越廣泛的應用。AOS系統示意圖如圖1所示。

AOS系統采用多路復用技術，所以硬件資源利用率比較高。但由于RED算法是基于單信道發展而來的[2]，不能很好地應用到多路復用系統中，因此本文提出一種AOS多路復用模型下的主動隊列管理算法，以提高AOS多路復用系統的性能指標。

2 在調度模塊反饋下的隊列管理算法

本文提出了一種新的主動隊列管理算法，以減少多路復用技術下的網絡擁塞現象發生的幾率。為了使隊列管理模塊對數據包的丟棄更加具有針對性，本文將隊列管理模塊和虛擬信道調度模塊結合起來，第一級丟棄概率依據系統緩存利用情況，初步決定是否丟棄分組；第二級丟棄概率則依據每個虛擬信道被服務的頻次來決定是否丟棄分組；將兩者結合起來，既可以保證硬件資源較高的利用率，又可以保護重要性數據的高效傳輸。

其中，第一級丟棄概率按照以下原則確定：當信源持續發送數據的時間越長，那么占用的緩存也就越多；將信源的到達看作一個泊松過程，當信源發送數據的持續時間超過一定閾值后就應該以一定的概率對數據包進行丟棄，時間越長則丟棄概率越大。

第二級丟棄概率依賴于調度模塊所采用的調度算法。通過定義虛擬信道緊迫度和數據幀緊迫度，實時地將調度模塊緩存利用率實時變化情況反饋給隊列管理模塊；并且采用了加權系數，來調節虛擬信道緊迫度和幀緊迫度的權重，以適應各種不同的星上信源類型。

3 仿真結果及分析

本文采用MATLAB進行系統仿真。結果如圖2、圖3所示。

由圖2可知，在QMABFS算法下，對于優先級最高的VC1和VC2來說，其丟幀率[3]都為0，說明新算法確實能保護重要的數據；而另外幾個虛擬信道，例如VC7和VC8，QMABFS算法對應的丟幀率平均數為0.0098和0.0061，ARED算法對應的丟幀率則為0.0176和0.0182，分別降低了44.32%和66.48%。新算法的丟幀率指標優于ARED算法。

由圖3可知，在虛擬信道VC4上QMABFS算法的平均時延為0.85×10-5s，ARED算法的平均時延為2.0×10-5s，新算法時延降低了約52%，在VC6上則降低了0.0714s，降幅約為52%，但在VC1和VC7上，降幅比較小，分別為0.0093×10-3s和0.0014s，平均降幅只有約5%。實驗結果表明新算法在多數信道上的時延性能有顯著提高。

4 結語

本文提出了一種適用于自相似業務流的隊列管理算法。在隊列管理模塊根據加入的虛擬信道調度模塊的反饋信息，對分組進行更細致的丟棄，提高系統的性能，并用MATLAB進行仿真，實驗結果表明該算法有效地保護了重要數據的傳輸，同時降低了信道的丟幀率和傳輸時延。

參考文獻

[1] Tian Ye，Wang Ruonan，Jiang Yueqiu，et al.A novel multiple-channels scheduling algorithm based on timeslot optimization in the advanced orbiting systems[J].Multimedia Tools and Applications，2017，76（3）：4523-4551.

[2] 楊晗，楊天明.一種面向自相似業務的新型主動隊列管理算法[J].計算機應用研究，2015，32（4）：1217-1219.

[3] 張艷琴.基于高級在軌系統的虛擬信道調度算法研究[D].沈陽：沈陽理工大學，2010.