论文部分内容阅读
随着科技的发展和革新,越来越多的新技术对通信网络提出了更为严格的通信需求,需要网络提供更大的吞吐量和有保证的极低时延和极高可靠性等确定性服务质量(Quality of Service,QoS)。2015年,IETF建立了一个名为确定性网络的工作组,讨论向因特网添加确定性QoS服务的可能性。随后,华为于2017年提出了移动确定性网络的概念,旨在构建一个有保证服务质量的5G通信网络。相关的标准草案指出,移动确定性网络要实现端到端的确定性和高吞吐量等QoS目标。为此,本文对移动确定性网络QoS所涉及的网络架构、确定性交换机调度算法和DCTCP协议吞吐量理论分析这三个课题展开探索性研究。首先,本文研究了移动确定性网络架构,旨在解决移动确定性网络的端到端QoS问题。移动确定性网络在网络架构上需要兼容5G系统架构,但现有的3GPP5G系统架构方案不涉及底层的传输网,采用以差分服务为主的QoS策略,无法实现端到端的资源预留和确定性传输。本文在3GPP所制定的5G系统架构的基础上,提出了一个多控制器的移动确定网络架构,涵盖了包括无线接入网、传输网和核心网在内的端到端3GPP网络。与此同时,本文为所提出的网络架构设计了相应的初始连接和确定性服务请求的信令流程。然后,本文研究了确定性交换机调度算法,旨在实现移动确定性网络的确定性QoS性能。输入队列交换机是移动确定性网络中主要的交换设备,是实现确定性传输的关键。输入队列交换机调度算法分为基于帧的预留调度和基于时隙的迭代调度两大类,但这两类调度算法面临无法同时实现确定性传输和高带宽利用率的问题。本文设计了一种确定性交换机,它采用单级的混合队列架构、基于交叉方向搜索的矩阵拆解算法和帧预留优先算法。仿真结果表明,所设计的确定性交换机在为确定性用户提供有界的极低时延的确定性QoS的同时,有着较低的Best-Effort分组平均时延,可以实现较高的带宽利用率。最后,本文对移动确定性网络边缘云场景下的DCTCP协议的吞吐量进行了严格的理论推导,旨在分析帧长度对移动确定性网络的吞吐量QoS性能影响。小型数据中心是移动确定性网络中运行边缘云应用的物理实体,其应用最广泛的传输协议是DCTCP协议。目前,学术界对DCTCP吞吐量的理论分析还处于空白状态。本文对DCTCP吞吐量进行了严格的理论推导,得出了帧长度与DCTCP吞吐量关系的理论结果。理论分析和仿真结果均表明,增大帧长度能够有效地提高移动确定性网络边缘云场景的吞吐量性能。