时间敏感网络时隙感知循环排队转发流量整形机制

时间敏感网络是智能工厂内网的核心技术之一。智能工厂内存在多种需求各异的业务流。为保证关键业务流的性能,同时提升网络带宽利用率,该文提出一种时隙感知循环排队转发流量整形机制(TSA-CQF)。TSACQF通过将低优先级流量插入CQF奇偶队列中剩余可用时隙中传输提高带宽利用率。TSA-CQF机制包括低优先级流量的时隙感知插入和全局流量规划两个部分。低优先级流量的时隙感知插入是在CQF队列出队时,通过感知奇偶队列剩余时隙的大小,将低优先级流量插入到奇偶队列的剩余时隙进行传输。将全局流量规划建模为多条件约束目标优化问题,通过模拟退火算法求解,完成全局流量的调度,提高可调度流数目,进一步提高资源利用率。仿真结果表明,在混合流量条件下TSA-CQF比传统CQF机制平均提高了带宽利用率11.29%。与传统的CQF相比,TSA-CQF在牺牲一定调度策略生成时间的前提下,能明显提高带宽利用率并且降低最坏端到端时延。

面向工业互联网的5G-U与时间敏感网络融合架构与技术

工业互联网是工业4.0的关键使能技术,而网络是工业互联网的基础。首先分析了典型工业互联网业务流量类型和需求,以及时间敏感网络(TSN)和5G-U作为工业互联网网络的适配性;接着探讨了5G-U与TSN融合的4种架构模式:5G-U作为TSN的网络、链路、网桥/交换机模式,及TSN作为5G-U承载网络模式;然后研究了5G-U与TSN融合的关键技术,包括时间同步平面的融合、数据平面流量QoS框架与可靠桥接机制的融合以及管控平面的融合;最后讨论了5G-U与TSN融合的研究挑战和发展趋势。

软件定义数据中心网络混合路由机制

针对数据中心网络流量大小分布不均匀、传输性能需求不相同的特征,提出了面向传统树型数据中心网络结构的软件定义混合路由机制SHR(software-defined hybrid routing)。SHR通过统计计算将数据流分为大流和小流,为满足其不同的传输性能需求,对大流采用自适应路由算法,对小流采用流量无视路由算法。SHR在Open Flow机制的基础上,将部分控制权从控制器下放至交换机,以减轻网络的额外负载。在Fat-Tree网络拓扑结构上建立流量模型进行性能分析与仿真实验,结果表明,与传统的等价多路径转发ECMP算法相比,SHR能够提高网络吞吐量,降低数据流丢弃率和分组端到端时延,同时减轻网络的额外负载。

基于AWGR的光电混合数据中心网络架构设计

随着云计算需求与服务器数量的不断增长,数据中心网络(data center network,DCN)面临可扩展性、低成本、低能耗、高带宽等一系列挑战。提出了一种基于阵列波导光栅路由器(arrayed waveguide grating router,AWGR)的光电混合数据中心网络架构。该混合架构由AWGR提供大容量光波长路由,由电分组交换机提供突发分组交换,同时满足大象流量和老鼠流量的需求。AWGR是无源光器件,将有效降低网络能耗,提高网络可靠性,与光电路交换机相比,可降低配置时间延迟。分析了在架顶交换机上分别采用全固定波长激光器(方案1)、混合固定波长激光器和波长可调谐激光器(方案2)、全波长可调谐激光器作为光源(方案3)的3种架构方案。对3种架构方案的成本和能耗进行了数值分析和计算,同时对网络性能进行了理论分析与仿真。成本和能耗数值分析结果显示:3种架构方案的成本与能耗随着服务器数量的增加不断增长,方案3增长的速度最快,方案1增长的速度最慢,方案2介于两者之间。网络性能仿真结果显示:在不同网络负载情况下,方案2架构的网络吞吐量和波长请求阻塞率与方案3接近,远高于方案1,因此混合固定波长激光器与波长可调谐激光器的方案2具备较好的性价比。

基于节点中心性度量的内容中心网络缓存机制

为了降低内容中心网络的缓存内容冗余度和提高缓存内容命中率,提出一种基于节点中心性度量的缓存机制(CMC)。CMC利用控制器获取整个网络的拓扑结构和缓存空间空闲率,根据拓扑的连接关系分别计算各节点的度中心性、紧密中心性和介数中心性,并将这3个度量和缓存空间空闲率作为缓存节点选择的重要指标。仿真实验表明,与传统内容中心网络(CCN)缓存机制相比,CMC可以有效地提高缓存内容命中率,降低获取内容的跳数和平均请求时延。

基于最小接入保证带宽的数据中心网络带宽分配机制

针对云计算数据中心(DC)网络中多租户间易相互干扰导致应用性能不可预测,预留带宽资源难以保证高网络利用率,从而导致云网络供应商收益损失等问题,提出了基于最小接入保证带宽的数据中心网络带宽分配(MAGBA)机制。MAGBA机制在发送端通过加权公平队列调度租户虚拟机(VM)流量,在接收端基于检测到的接收速率调节TCP流接收窗口,从而为租户VM提供最小接入保证带宽,同时充分利用闲置带宽资源。通过NS2平台仿真,MAGBA机制相比静态资源预留方式能够灵活分配带宽资源,网络吞吐量提升25%。当某些租户产生大量TCP流时,MAGBA机制中其他租户分得的带宽高于现有基于TCP流的带宽分配机制。仿真结果表明,MAGBA机制能够为租户VM提供最小接入带宽保证,避免租户应用受到其他租户通信模式的干扰。

数据中心网络差分流传输控制协议研究

针对数据中心网络多对一通信流量产生TCP Incast拥塞导致吞吐量降低,以及小流易受大流影响难以满足应用截止时间要求等问题,提出了差分流传输控制协议(DFTCP)。DFTCP采用主动队列管理机制,利用显式拥塞通知机制传递拥塞信息,通过控制交换机队列长度来减少突发流分组的丢失以解决TCP Incast问题。DFTCP在终端服务器中对TCP流进行分类,当网络发生拥塞时,基于网络状态信息和流分类信息调节TCP拥塞窗口,通过对大流进行更大程度的拥塞退避从而减小其对网络中其他TCP流传输性能的影响,进而减少小流完成传输的时间,解决小流高延迟的问题。仿真实验表明:与传统TCP相比,DFTCP能够避免因TCP Incast拥塞导致的吞吐量崩溃;与数据中心传输控制协议(DCTCP)相比,DFTCP能够减少小流传输完成的时间,同时DFTCP能够实现共享同一链路的多个大流快速收敛,保证公平性。

时间敏感网络标准与研究综述

基于标准以太网的时间敏感网络通过增强时间同步、确定性流调度以及高可靠无缝冗余能力实现多业务流高质量共网传输.它能提供高可靠与确定有界低时延流传送服务,是未来工业自动化系统、车载通信、智能电网等垂直行业应用的核心网络技术之一.本文首先从时间同步、低时延流控、可靠性、网络管控以及应用场景五个方向对时间敏感网络相关标准及其最新进展进行了介绍和分析,重点阐述其解决的问题与关键技术.其次对时间敏感网络的研究现状进行了综述分析,重点分析比较现有方案的优缺点.最后讨论了时间敏感网络的发展趋势与研究挑战.

内容中心网络状态感知路由设计

为了提高内容中心网络的内容分发效率及降低网络开销,提出了网络状态感知的路由机制NSAR(network status aware routing)。NSAR利用从内容服务节点返回的数据分组收集当前网络状态信息,并在回传过程中对路径上各节点上匹配端口的转发概率进行更新,在对后续的兴趣分组进行转发决策时引入转发概率,从而提高内容分发效率。仿真实验表明,与传统内容中心网络路由算法相比,NSAR可以有效地降低内容请求平均时延,减少网络流通分组数以及降低网络带宽开销。

一种利用K均值算法的内容中心网络缓存机制

互联网的应用方式正从以面向主机的点对点通信为主转向以海量内容获取为主.为适应这一转变,研究界提出了以内容为中心(Content-Centric Networks,CCN)的新型网络架构.网络缓存作为内容中心网络的重要元素,能够有效减少网络带宽和传输时延.为了降低内容中心网络的缓存内容冗余度和提高缓存内容命中率,提出了一种利用K均值算法的缓存机制KCache(K-means algorithm utilized Caching mechanism).KCache利用控制器获取各路由器上内容的请求次数以及网络状态信息,并据此计算得到若干个缓存节点,向其发出主动缓存内容的指令.仿真实验表明:与传统内容中心网络缓存机制相比,KCache可有效提高缓存内容命中率,降低获取内容的跳数以及降低平均请求时延.

光电混合数据中心网络负载均衡流量调度机制

光电混合数据中心网络采用传统的RED(Random Early Detection)流量调度机制容易造成数据流丢失,同时在等价转发路径的选择上存在随机性。提出一种基于流量预测矩阵的负载均衡流量调度机制。该机制利用软件定义网络,具有全局视角的优点,周期性统计网络流量,建立流量预测矩阵。通过流量预测矩阵动态计算数据流在多条等价链路上的转发概率,并按此概率完成下一个周期的转发。同时,利用电交换链路单独处理突发流量,提高网络吞吐量,实现网络负载均衡。在光电混合数据中心网络拓扑结构上建立合成流量模型进行仿真实验和性能分析。结果表明,与传统的RED流量调度机制相比,该机制能够提高网络吞吐量、降低数据流丢弃率。

一种软件定义的内容中心网络SD-CCN结构

为了应对网络数据的指数式增长以及满足未来网络对内容的需求,结合内容中心网络(sontent centric network,CCN)和软件定义网络(software defined network,SDN)2种未来互联网结构的优势,提出一种软件定义的内容中心网络结构(software defined content centric network,SD-CCN)。SD-CCN以SDN中分离控制平面与数据平面为核心原则,以CCN中基于内容的分发作为主要目标,其基本组成包括控制平面、控制通道、数据平面和数据通道4个部分。所有的控制决策都由控制平面发出,所有的数据操作都在数据平面完成。仿真实验结果表明,该结构相比传统的内容中心网络具有更小的网络开销。

内容中心网络边缘节点势能增强路由机制

针对内容中心网络无法感知缓存内容导致路由效率低的问题,提出了一种基于势能的边缘节点增强路由机制(ENPER,edge node potential-enhanced routing).ENPER建立了节点的势能模型,并通过增强边缘节点的势能,将兴趣包就近吸引到缓存节点进行响应,以达到减少兴趣包的转发时间,提高缓存命中率的目的;此外,ENPER通过边缘节点统计并预测内容的流行度和结合网络的大小,区分不同流行度内容的势能通告范围,以达到降低网络开销的目的.实验结果表明,ENPER与传统的内容中心网络Best-routing和CATT路由机制相比,有效地降低了发布者服务器的负载和缓存通告开销,平均请求内容的时延比Best-routing减少了43%.

面向算力匹配调度的泛在确定性网络研究

随着全球产业的数字化转型,以云计算与边缘计算为代表的泛在计算技术蓬勃发展,网络需要感知、互联和协同泛在的算力资源和服务。为满足业务需求与算力的匹配调度,要求网络提供确定性低时延、低抖动、高可靠等网络性能保证。文章分析了确定性网络的标准化与研究现状,提出了泛在确定性网络技术框架,并探讨了与算力网络融合的研究挑战。

数据中心网络流量分类路由机制研究

当前数据中心网络数据流量大小分布不均衡,传统等价多路径转发ECMP算法容易将多条大数据流转发至同一链路,导致链路瓶颈.提出面向CLOS结构数据中心网络的基于SDN的流量分类路由SCR(SDN-Based Classified Routing)机制.SCR利用Open Flow机制周期性统计数据流来计算阈值,通过动态判定方法将数据流分为大流和小流.大流由SDN控制器通过自适应路由算法计算路径,小流由交换机通过流量无视路由算法计算路径.本文在VL2架构上建立合成流量模型对SCR进行性能分析与评价.仿真与分析结果表明,与ECMP相比,SCR在网络吞吐量、数据流丢弃率、分组端到端时延和平均队列长度等方面具有优势.

移动边缘网络中基于内容信息年龄和流行度的缓存机制

移动边缘缓存(Mobile Edge Caching)是第五代移动通信(5G)网络技术的关键技术之一,能够有效地减少核心网络流量和提高用户的体验质量。为了提高移动边缘网络的缓存性能,文章提出了一种基于内容信息年龄和和内容流行度的移动边缘缓存机制(Age of Information and Popularity based Caching,简称AoIPC)。首先综合节点的通信能力、计算能力和缓存能力来选择合适的节点缓存用户所需内容,缓存空间不足时通过比较内容信息年龄和内容流行度进行内容替换。仿真实验结果表明:与传统的所有节点缓存LCE及概率缓存Prob相比,AoIPC提高了边缘节点缓存命中率分别为20.6%和10.9%。

面向时间触发流的时延感知差分多径转发机制

针对时间敏感网络中时间触发流路径选择优化问题,提出了一种基于时延感知的差分多径转发机制。当前,负载均衡多径转发机制在路径选择时无法感知时延,文章就此提出的差分多径转发机制,以基于发送时延与处理时延的多径转发指标为基础,将多径转发问题转化为0-1整数线性规划问题,并通过差分多径转发算法求解出流的转发路径集,实现流低时延并行传输。仿真结果表明:与负载均衡多径转发和Hop Load转发机制相比,提出的方案使时间触发流端到端平均时延分别降低了22.55%和17.32%。

基于AWGR的光电混合数据中心网络性能分析

提出了基于阵列波导光栅路由器(AWGR)的混合光波长路由与电分组交换的数据中心网络架构HWRE,并对其光源部署方案进行了设计与分析.对HWRE架构的网络性能,如分组端到端时延、网络吞吐量和波长请求阻塞率等,进行了理论分析与仿真实验.分组端到端时延的分析基于M/G/1排队模型,分析结果显示相比其他架构,HWRE的分组端到端时延较低.对网络吞吐量和波长请求阻塞率的分析基于HWRE架构的三种光源部署方案,即全固定波长激光器方案、混合固定波长激光器和波长可调谐激光器方案以及多波长光源方案.仿真结果显示基于多波长光源方案的HWRE架构具有较低的波长请求阻塞率和较高的网络吞吐量.

张阿姨的“调解十法”

江苏省昆山市开发区人民调解委员会驻长江派出所人民调解工作室的张敏娟十分热爱人民调解工作，热忱为群众排忧解难，被大家亲切地称为“张阿姨”。两年多来她成功调解各类矛盾纠纷271起，调解成功率100％。她还立足调解工作实际，积极探索矛盾纠纷调解技巧，总结出了矛盾纠纷“调解十法”。