反馈机制下的自相似业务流队列管理技术

胡俊超

摘 要：在卫星通讯网络中，业务流量呈现出自相似特性，本文针对此提出了一种加入反馈后的队列管理算法，该算法将调度模块的信息反馈到队列管理模块，队列管理模块根据这些信息对到达的分组进行两级丢弃，只有符合要求的分组才能进入帧生成缓存；经过MATLAB仿真，证明该算法能有效地保护重要性高的数据，同时也降低了丢帧率和信道时延。

关键词：自相似 主动队列管理 拥塞控制 虚拟信道调度

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（b）-0143-02

1 高级在轨系统多路复用示意图

高级在轨系统是一种层次化和模块化的系统，它通过包信道复用和虚拟信道复用可以传输星上多种信源的数据[1]，目前得到越来越广泛的应用。AOS系统示意图如图1所示。

AOS系统采用多路复用技术，所以硬件资源利用率比较高。但由于RED算法是基于单信道发展而来的[2]，不能很好地应用到多路复用系统中，因此本文提出一种AOS多路复用模型下的主动队列管理算法，以提高AOS多路复用系统的性能指标。

2 在调度模块反馈下的队列管理算法

本文提出了一种新的主动队列管理算法，以减少多路复用技术下的网络拥塞现象发生的几率。为了使队列管理模块对数据包的丢弃更加具有针对性，本文将队列管理模块和虚拟信道调度模块结合起来，第一级丢弃概率依据系统缓存利用情况，初步决定是否丢弃分组；第二级丢弃概率则依据每个虚拟信道被服务的频次来决定是否丢弃分组；将两者结合起来，既可以保证硬件资源较高的利用率，又可以保护重要性数据的高效传输。

其中，第一级丢弃概率按照以下原则确定：当信源持续发送数据的时间越长，那么占用的缓存也就越多；将信源的到达看作一个泊松过程，当信源发送数据的持续时间超过一定阈值后就应该以一定的概率对数据包进行丢弃，时间越长则丢弃概率越大。

第二级丢弃概率依赖于调度模块所采用的调度算法。通过定义虚拟信道紧迫度和数据帧紧迫度，实时地将调度模块缓存利用率实时变化情况反馈给队列管理模块；并且采用了加权系数，来调节虚拟信道紧迫度和帧紧迫度的权重，以适应各种不同的星上信源类型。

3 仿真结果及分析

本文采用MATLAB进行系统仿真。结果如图2、图3所示。

由图2可知，在QMABFS算法下，对于优先级最高的VC1和VC2来说，其丢帧率[3]都为0，说明新算法确实能保护重要的数据；而另外几个虚拟信道，例如VC7和VC8，QMABFS算法对应的丢帧率平均数为0.0098和0.0061，ARED算法对应的丢帧率则为0.0176和0.0182，分别降低了44.32%和66.48%。新算法的丢帧率指标优于ARED算法。

由图3可知，在虚拟信道VC4上QMABFS算法的平均时延为0.85×10-5s，ARED算法的平均时延为2.0×10-5s，新算法时延降低了约52%，在VC6上则降低了0.0714s，降幅约为52%，但在VC1和VC7上，降幅比较小，分别为0.0093×10-3s和0.0014s，平均降幅只有约5%。实验结果表明新算法在多数信道上的时延性能有显著提高。

4 结语

本文提出了一种适用于自相似业务流的队列管理算法。在队列管理模块根据加入的虚拟信道调度模块的反馈信息，对分组进行更细致的丢弃，提高系统的性能，并用MATLAB进行仿真，实验结果表明该算法有效地保护了重要数据的传输，同时降低了信道的丢帧率和传输时延。

参考文献

[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，杨天明.一种面向自相似业务的新型主动队列管理算法[J].计算机应用研究，2015，32（4）：1217-1219.

[3] 张艳琴.基于高级在轨系统的虚拟信道调度算法研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2010.