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

RED設置了2個門限值T₁和T₂^[12],當隊列報文小于T₁時報文不丟棄;當報文大于T₂時新來的報文按照尾部丟棄;當在T₁和T₂之間時按照一定概率隨機丟棄。RED過程如圖3所示。

圖3 RED過程Fig.3 RED process

設T₁=32,T₂=40,按照上述規律,平均隊列長度在T₁和T₂之間時,進行報文丟棄過程,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。如果鏈接不響應擁塞通知,RED算法無效,同時此類鏈接將極大占用網絡帶寬。

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

3）網絡性能。RED算法中平均隊列長度會隨著連接數目增長而增長,平均隊列長度過長時將造成傳輸抖動、時延加劇,影響網絡穩定性。

4.1.2 加權早起隨機預測

加權早起隨機預測（Weighted Random Early Detection,WRED）原理上與RED完全一致,不同點在于WRED可以根據不同的權重分配RED丟棄策略,優先丟棄權重設置較低的數據包,權重分配由IP優先級或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

擁塞發生時,多個報文會同時競爭使用資源,導致某些報文等待時間過長,失去報文本身的時效性。根據擁塞避免技術可知,報文在緩沖區堆積后,存在被丟棄的可能。如果不采用一定的報文調度機制,將無法保證重要報文的發送,影響接收端的反應
動作。

4.3 典型隊列調度算法

4.3.1 先入先出隊列

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

圖5 FIFO調度算法原理Fig.5 FIFO Scheduling principle

4.3.2 優先隊列

優先隊列（Priority Queuing,PQ）設置了優先級遞減的隊列分組^[15],優先隊列分為高優先級隊列（Top）、中優先隊列（Middle）、正常優先隊列（Normal）和低優先隊列（Bottom）,調度器嚴格優先調度優先級高的隊列,當優先級別高的隊列為空時才服務低優先級隊列。PQ調度算法同樣使用尾丟棄機制,當高優先級報文發送時,若其他分組產生報文溢出現象,后進入分組的報文將被丟棄,各組隊列內部遵循FIFO原則。PQ調度算法原理如圖6所示。

圖6 PQ調度算法原理Fig.6 PQ scheduling principle

4.3.3 定制隊列

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

圖7 CQ調度算法原理Fig.7 CQ scheduling principle

4.3.4 加權公平隊列（Weight Fair Queuing,WFQ）

報文到達接口處時,存在一個分類動作,將報文賦予不同的權重,同時調度器根據權重分配不同的網絡資源。權重數值越大,代表報文重要性越高,所得到的網絡資源越多;權重數值越小,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 實時傳輸協議優先隊列

實時傳輸協議（Real-time Trasport Protocol,RTP）優先隊列是一種保證語音與視頻業務QoS的隊列技術。其原理為使用高優先級網絡資源,將RTP報文賦予高優先級隊列,使其優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) 中的服務質量。

4.3.6 隊列調度算法比較

隊列調度算法比較見表6所列。

表6 隊列調度算法比較Tab.6 Algorithm Comparisons

隊列調度算法的最終選擇,需要根據節點所在位置和節點本身需求。例如,若節點需要很強的擴展性,類似中心節點,則可選用擴展性強的PQ調度算法;若節點對實時業務流有特殊時延需求,比如需要實時傳輸視頻或語音數據包,則可以使用RTP調度方法。

 5 結語

本文介紹了差異化QoS的實現原理和步驟,解釋了數據流分類和標記技術、基于令牌桶算法的流量整形和管理、擁塞避免機制和隊列調度算法的原理和作用,并在標記技術中比較了幾種不同的標記方法以及他們之間的映射關系;同時,在隊列調度算法中,對幾種常見調度算法進行了對比分析。隨著多種新能源接入電網的趨勢,未來電網中對QoS需求會更加嚴格,差異化QoS的實際應用性待日后進一步研究。

(編輯:張京娜)

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