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路由器公平排隊仿真模型研究與實現(xiàn)( 二 )

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該模型是由信元產(chǎn)生器、交換結(jié)構(gòu)、輸出隊列組成 ， 其中輸出隊列包含用于存儲各個會話的信元的緩存和WFQ調(diào)度器 。根據(jù)假設（1） ， 在仿真模型中 ， 信元的產(chǎn)生、交換和調(diào)度輸出都將在一個時隙內(nèi)同時進行 。本文使用模塊化的設計思路實現(xiàn)該模型 ， 基于兩點考慮：一是模型各主要組成部分交互關系簡單、直接；二是方便模型的改進和擴展 。圖2表示了模型的工作流程 。
　
　
我們使用標準C語言在Linux下實現(xiàn)了該模型 。進行仿真時 ， 各模塊的參數(shù)全部放在一個配置文件內(nèi) ， 在初始化步驟中對WFQ模型設置參數(shù) ， 仿真結(jié)果可以輸出到屏幕上 ， 也可以輸出到文件中 ， 不支持圖形輸出 。
3．1　信元產(chǎn)生器
信元產(chǎn)生器負責生成信元 ， 是模型的數(shù)據(jù)源 ， 在每個時隙到來時最先運行 。根據(jù)假設（2） ， 每個端口的信元產(chǎn)生器相互獨立的工作 ， 依據(jù)各個會話負載參數(shù)p（0≤p≤1） ， 主要產(chǎn)生服從獨立同分布的貝努利到達過程信元：每個時隙內(nèi)產(chǎn)生信元的數(shù)目服從p的0～1二項式分布 。產(chǎn)生的信元假如均勻地分配給各個會話 ， 稱為均勻獨立同分布的貝努利過程；否則稱為非均勻獨立同分布的貝努利過程 。
在模型中 ， 信元的產(chǎn)生只是生成一個復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 并沒有類似現(xiàn)實的信元的具體內(nèi)容 ， 釋放這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程模擬了信元的輸出過程 。
3．2　交換結(jié)構(gòu)
交換結(jié)構(gòu)主要負責信元的傳送 ， 完成輸入與輸出端之間的連接 。本模型提供一種邏輯的支持輸出排隊的交換結(jié)構(gòu) ， 當輸入端產(chǎn)生信元后 ， 負責將信元傳送到正確的目的地 ， 即把產(chǎn)生的信元元素轉(zhuǎn)移到輸出緩存中 。
此外 ， 交換結(jié)構(gòu)還負責為每個到達的信元計算時間標簽 ， 與式（1）不同的是 ， 這里只為會話i維護2個時間標簽：會話i當前等待調(diào)度的信元的服務結(jié)束時間標簽F（i）和會話i的服務結(jié)束時間標簽SF（i）（會話最后一個信元的服務結(jié)束時間標簽） ， 并不需要為每個信元記錄時間標簽 。和“WFQ調(diào)度器”協(xié)助工作 ， 共同完成信元的調(diào)度輸出 。
3．3　輸出隊列
由于信元在輸出端發(fā)生輸出競爭 ， 為了緩解擁塞 ， 需要設置輸出隊列用于緩存信元 ， 并負責隊列的治理 。模型中輸出隊列包含2部分：輸出緩存和WFQ調(diào)度器 。
輸出緩存用于存儲等待發(fā)送的信元 ， 每個邏輯獨立的輸出緩存只為一個會話服務 。每個輸出隊列中只包含N個輸出緩存 ， 每個輸出緩存對應一個輸入端 。輸出緩存使用雙向鏈表實現(xiàn) ， 鏈表的數(shù)據(jù)項為信元 。如上所述 ， 每個輸出端維護N個這樣的鏈表 。
WFQ調(diào)度器負責按SFF策略調(diào)度并輸出信元 ， 同時更新系統(tǒng)虛時間函數(shù) 。WFQ調(diào)度器每個時隙執(zhí)行一次 。具體形式化描述見文獻［4］ 。
4　仿真結(jié)果
本節(jié)主要對基于信元的WFQ模型進行仿真研究 ， 分析了帶寬分配公平性性能 ， 并與FIFO做了比較 。為繪圖清楚 ， 假設每個輸出端有4個會話 ， 對于輸出端1 ， 4個會話分別標示為flow（1 ， 1） ， flow（2 ， 1） ， flow（3 ， 1）和flow（4 ， 1） ， 預約歸一化帶寬為0．4 ， 0．3 ， 0．2 ， 0．1 ， 并且每個會話負載是相同的 。
在上述數(shù)據(jù)流到達情況下 ， 圖3和圖4分別表示在FIFO和WFQ調(diào)度下帶寬的分配 。
（1）當各會話負載p≤0．25時 ， 輸出隊列能滿足他們的帶寬需求 ， 因此在FIFO和WFQ分配給各會話所需的帶寬 。
（2）當p＞0．25時 ， FIFO不考慮各會話的預約 ， 將帶寬平均分配給4個會話 ， 這違反了文獻［1］中的公平性原則 。也就是說 ， FIFO不具備公平排隊的能力 。而對于WFQ ， 我們從圖4中可以看出 ， 當p＞0．4時 ， 各個會話帶寬需求都超出他們的預約 ， WFQ則按預約帶寬分配給相應的會話 。當0．25≤p≤0．4時 ， WFQ仍然是公平的 。

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