弹性分组环（RPR）公平性算法研究

摘要

骨干网和接入网的高速发展对介于两者之间的城域网产生了巨大的压力，如何在城域网范围内更有效、更快速和更低成本地为用户提供充分的带宽成为电信运营商关注的焦点。而在城域网的各种技术中，RPR(Resilient Packet Ping)弹性分组环技术集IP的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高带宽效率、高可靠性于一体，为宽带IP城域网运营商提供了一个良好的组网方案，使得运营商在城域网内以低成本提供电信级的服务成为可能，而且，RPR 电信级可靠性的特点，使其不仅仅局限于处理面向数据业务的传输需求，同时还可以形成处理多业务传送的综合传输解决方案。 尽管IEEE802.17工作组己经基本完成了RPR技术的标准化制定，但其中的许多关键技术还有待进一步的深入研究，RPR带宽公平分配算法即是其最关键的问题之一。在RPR环中一个关键的目标是将带宽资源公平地分配给各用户，同时能使带宽资源得到有效使用，而这些需要通过一定的公平算法来实现。本论文重点对弹性分组环中的带宽公平分配算法进行了深入的探讨和研究。 文章首先对城域网的发展趋势和RPR的产生背景进行了介绍，说明了RPR环网的网络结构以及协议模型，并简要分析了弹性分组环的传输特性。 其次，对RPR MAC协议中与公平性密切相关的一些问题进行了详细的分析，包括帧结构的定义、业务等级的区分、MAC通路的组成以及运行调度机制等，并明确给出了RPR公平性算法需满足的要求。 第三，深入分析和讨论了公平性评价准则和指标。在深入理解现有RPR公平性评价准则——RIAS准则的基础上对其进行了拓展，拓展后的评价准则更适合于RPR MAC公平性性能要求，并且从多个方面设计了公平性评价指标，使其能够全面地来评价公平性算法的性能和实现难度。 第四，全面研究公平算法。在引入了公平性概念之后对公平性算法的实现过程及己有的几种具有代表性的公平算法分别给予了详细的介绍，对各种算法的运作机制进行了具体的分析并对它们作出了详细的性能比较，为多阻塞点公平算法的设计提供了宝贵的参考思路和方向。 最后，文章解释了单阻塞点机制与多阻塞点机制的不同，并针对单阻塞点机制下的公平性算法易受排头阻塞(Head-of-line blocking)的影响的缺陷，提出了两种多阻塞点机制下的公平性算法，并指出了下一步研究工作的难点和方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1弹性分组环(RPR)技术概述

1.2 RPR的网络结构和协议分层

1.3 RPR的传输特性

1.3.1支持多优先级传输

1.3.2自动拓扑发现

1.3.3保护倒换机制

1.3.4空间重用机制

1.3.5带宽分配

1.3.6 RPR公平算法

1.4论文主要工作及结构安排

第二章RPR基本的MAC协议分析

2.1 SLA区分

2.2帧结构定义

2.3 MAC数据通路的组成

2.4 RPR缓存器管理和报文调度机制

2.5 MAC协议公平性

第三章RPR公平性评价准则和指标

3.1 RPR MAC协议公平性评价准则

3.1.1流传送速率的公平性评价准则(RIAS)

3.1.2 RIAS在多阻塞点状态下的可行性分析

3.1.3拓展现有的RIAS公平性评价准则

3.1.4流传送速率矩阵的算法实现过程

3.1.5参考模型性能分析

3.2公平性评价指标

3.2.1流传送速率的公平性评价指标

3.2.2流的报文接入时延的公平性评价指标

3.2.3算法实现难度相关评价指标

3.3小结

第四章RPR公平算法

4.1公平性问题的引入

4.2公平性概念

4.3 RPR公平性算法分析

4.3.1公平性算法概述

4.3.2公平性算法的实现

4.4对已有算法的分析与探讨

4.4.1 SRP公平算法

4.4.2线性逼近最佳公平速率(LAOFR)算法

4.4.3分布式虚拟时间调度(DVSR)

4.4.4基于P控制器的公平算法

4.4.5基于反馈控制理论的弹性分组环带宽分配算法

4.4.6各种公平性算法指标对比

4.5小结

第五章基于多阻塞点的公平性算法

5.1多阻塞点机制的原理

5.2基于闭环反馈模式的多阻塞点公平算法

5.2.1单阻塞点的公平带宽分配

5.2.2多阻塞点的公平带宽分配

5.2.3算法的伪代码

5.3基于P控制器的多阻塞点公平算法

5.3.1算法描述

5.3.2算法的伪代码

5.4仿真相关工作

5.4.1 OPNET仿真软件简介

5.4.2 DPT模型介绍

5.5下一步研究的工作

第六章总结

致 谢

参考文献

附 录