 | ||
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Исследование влияния параметров алгоритма WRED на осцилляции длин очередей в маршрутизатореА.А.Гончаров, Семенов.Ю.А. Аннотация. В работе рассмотрен метод оптимального подбора параметров для алгоритма WRED. Исследования проводились с помощью пакета имитационного моделирования NS - 2. Требования к параметрам QoS - минимизация потерь пакетов за счет уменьшения амплитуд осцилляций длин очередей в алгоритме WRED. 1. ВведениеЭффективность использования полосы пропускания канала всегда была актуальной, но ее важность возросла в последние годы в связи появлением все более жестких требований к качеству обслуживания (QoS). К числу параметров качества обслуживания следует отнести: доступную полосу пропускания, вероятность потери пакета, разброс времени доставки и само время доставки пакета от отправителя до получателя. Все эти параметры зависят от алгоритмов формирования и обслуживания очередей пакетов в сетевых устройствах (переключателях и маршрутизаторах). В современных сетевых устройствах реализуются алгоритмы RED/WRED, PQ, WFQ, LLQ, CBWFQ и т.д. Ниже рассматривается поведение очередей в случае использования алгоритма WRED [1]. Особенностью этого алгоритма является то, что решение о постановке пакета в очередь принимается по-разному, в зависимости от уровня заполнения буфера (длины очереди). Устанавливаются два порога Т1 и Т2. Пока усредненная длина очереди ниже Т1, любой входящий пакет поступает в буфер. В области между Т1 и Т2 вероятность отбрасывания пакета линейно растет о 0 до значения Pc. После достижения порога Т2 все поступающие пакеты отбрасываются.
Усреднение длины очереди
где n - экспоненциальный весовой фактор, конфигурируемый пользователем, QAV – предшествующее значение усредненной длины очереди, Q – текущее значение длины очереди. Введем обозначение qw=(2-n). При малом значении qw процесс WRED не сразу начнет отбрасывать пакеты при перегрузке, зато продолжит отбрасывание, даже когда перегрузки уже нет (очередь сократилась ниже минимального порога) Усреднение длины очереди является важным компонентом алгоритма управления процессом буферизации. Без усреднения процесс буферизации был бы подвержен сильному влиянию случайных флуктуаций входного потока пакетов. Но именно усреднение является причиной возникновения осцилляций длины очереди. Ведь зависимость принятия решения об отбрасывании того или иного пакета определяется значением усредненной длины очереди, которое может существенно отличаться от текущего. Амплитуда вариации текущего значения длины очереди обычно существенно больше усредненного. Расчеты показывают, что при определенных параметрах текущая длина очереди может достигать в максимуме полного объема буфера, а в минимуме нуля (т.е. буфер уже пуст, а отбрасывание пакетов продолжается, см. рис. 2). Обе крайности нежелательны, так как приводят к неэффективности использования полосы канала, где работает данный буфер.
На рис. 2 ромбиками отмечена зависимость текущего значения длины очереди от времени. Отсюда видно, что усредненное значение длины очереди на начальном участке зависимости уступает текущей длине более чем в два раза. В расчетах входной поток l и выходной m задавались в битах в секунду. В области от 0 до Т1 рост длины очереди определяется произведением (l-m)t. После достижения уровня Т1 скорость роста длины очереди замедляется, так как часть пакетов отбрасывается, зависимость становится квадратичной. Прекращение роста и начало спада Q происходит в момент, когда достигает уровня Т2. 2. Экспериментальная частьЗадачей данной работы было выявление области параметров управления очередью, при которых осцилляции длины очереди минимальны, а усреднение приемлемо. Расчеты проводились с привлечением пакета программ моделирования NS-2 [2]. Значения Т1 и Т2 задавалось в пакетах. Отношение l/m определяет уровень перегрузки канала. На рис. 3. показана зависимость усредненного значения длины очереди от времени и параметра PC. PC здесь варьировалось в интервале от 0,01 до 0,7. Представленные на рисунке результаты показывают, что минимальные осцилляции происходят в области PC<0,3. Затухание осцилляций происходит за время менее 10сек. При значениях PC> 0,6 осцилляции длины очереди не затухают даже спустя 30 сек после начала перегрузки канала. Производная dA/dPC =10, где А – максимальная амплитуда осцилляций очереди, остается постоянной в интервале 0,1< PC<0,7 (см. рис 4).
Некоторая "шероховатость" зависимости Если в области малых PC осцилляции происходят вокруг равновесного значения ~Т2, то при PC > 0,4 этот уровень падает до 30, что связано с тем, что заметная доля пакетов отбрасывается еще до достижения уровня Т2.
На рис. 5 показана зависимость от времени и уровня перегрузки l/m в диапазоне от 1.1 до 2.0. Остальные параметры имели следующие значения: PC =0.5 и qw =0.002, T1=25, T2=40 (размер буфера В=180 пакетам). С ростом уровня перегрузки амплитуда осцилляций линейно падает, одновременно также линейно сокращается период осцилляций.
Из рисунка 5 видно, что наименьший уровень осцилляций длины очереди имеет место для l/m в диапазоне 1,2-1,5. К сожалению, на практике этот параметр обычно не выбирается
Превышение Амплитуды осцилляции над Т2 (рис. 6) при малых значениях l/m объясняется влиянием стартового выброса в начале переходного процесса. Рост периода осцилляций (рис. 7) связан с затуханием осцилляций по мере роста l/m. На рис. 8 показана зависимость осцилляций длины очереди от фактора усреднения qW. Из рисунка видно, что приемлемые значения лежат в области >0,003. При меньших значениях qW осцилляции не затухают даже через 10 сек после начала перегрузки. Равновесное значение ~ T2.
Ниже на рис. 9. представлена зависимость от порога Т2. Фактор перегрузки постоянен l/m=1.4; Т1=25=const; T2=(T1/10)*index; index=[1:40]; Pc=0.1; B=900.
Следует иметь в виду, что обычно осцилляции происходят вокруг значения Т2, поэтому синхронный рост l/m с Т2 вполне естественен. Оптимальный выбор параметров алгоритма WRED позволяет увеличить эффективность использования буферов маршрутизатора и, как следствие, поднять пропускную способность или улучшить уровень QoS. Из полученных данных можно сделать вывод, что приемлемый набор параметров с точки зрения осцилляций длины очереди соответствует: PC<0,4; 1,2 < l/m<1,5; и qw> 0,003. Ссылки
| ||
производится согласно следующей формулы:.
