《A QoS Solution for NDN in the Presence of Congestion Control Mechanism》论文阅读笔记

paper

Abstract

拥塞控制和服务质量（QoS）都是计算机网络中重要的质量属性。特别是，对于命名网络（NDN）之类的未来网络体系结构，使用逐跳兴趣包整形的解决方案已显示出可以解决流量拥塞问题。已经提出了用于在NDN中实现QoS的点对点技术。 在本文中，作者提出了一种新的QoS机制，该机制可以在基于兴趣包交互的现有拥塞控制之上工作。 作者的解决方案提供了四个优先级，这些优先级分配给不同数据包从而提供不同的QoS。 仿真表明，高优先级的应用程序始终第一时间得到服务，而低优先级的应用程序则永远不会完全等待。 ndnSIM仿真器中的结果还表明，在以最佳吞吐量运行时，这种方式避免了拥塞。

Note

本文基于《Wang, Y., Rozhnova, N., Narayanan, A., Oran, D., and Rhee, I. (2013,August). An improved hop-by-hop interest shaper for congestion controlin named data networking. In ACM SIGCOMM Computer Communica-tion Review (Vol. 43, No. 4, pp. 55-60). ACM.》一文进行了改进，在该文章中，作者提出根据兴趣包和数据包的对称路径的特点，通过控制一个方向上的兴趣包的速率来调节反方向上的内容流量。而本文的作者对这一控制进行了细分，通过定义四个优先级，并将优先级附加在兴趣包的命名中来标识兴趣包的不同优先级。路由器在转发过程中，当遇到数据包则直接转发，转发兴趣包时，作者提出在每个转发端口按照四种优先级分别建立四个排队队列，四个队列共享一路带宽资源。通过公式推导，作者给出了一种定义模式来为四种队列分配不同比例的带宽进而达到不同速率。示例方案采用了1-2-4-8的倍数递增比例分配速率带宽。由于包的到达是不确定的，因此会产生队列为空或者队列满的情况。作者分别对不同优先级上的组合情况进行了分析，并提出了动态调整分配比例【称为动态优先级】的方案。最后，作者设计了一个实验来验证所述方案的QOS保障的有效性，证明最高优先级可以第一时间得到服务而最低优先级也不会一直等待【即实际测试情况满足理论公式推导】。同时证明该解决方案对请求的任何配置都会做出动态响应，始终使用最佳带宽（即使在各种不是所有优先级都存在的情况下）。实验使用了兴趣包的速率和数据包的速率作为指标，在两种拓扑结构下对八种场景进行的实验。

QOS优先级划分

优先级划分

方案示意图

方案示意图

除了根据队列的空满状态进行优先级的动态调整（当有优先级为空，则剩余优先级共享整个带宽，该优先级比率为0）之外，作者还考虑了稳定性的问题，鉴于上述括号中的处理，当某个优先级上的数据包平均到达量稀疏时，将经常产生跳跃，从而使得一段时间内整体的平均速率不满足优先级设定的比率要求，因此，作者规定，只有当队列空置一段时间后才判定为空，在此之前，其余优先级仍然按照原有速率发送兴趣包。

实验

拓扑结构

基本拓扑

两台主机通过两个路由器相连接，每台主机有四个应用（这四个应用有可能不会同时使用，而是交换使用）

哑铃状拓扑

两个路由器各自链接四台主机，每台主机仅有一个应用（应用的启动和停止时间随机）

场景

• 动态优先级调整
• 随机packet大小
• 不对称的包大小（左侧和右侧的数据包负载部分大小不同）
• 不对称的链路带宽
• 同质的RTT（连接到路由器的每台主机延迟相同）
• 异质的RTT（不同主机到路由器的实际不同）
• 自定义优先级（占比改为1-2-3-4）
• 调整队列的大小（过短队列引起NACK）

结果

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

Some Question

没有QOS保障性能的量化评估指标
QOS分级的速率占比关系如何保证是最优的（为什么是1/2/4/8）
文章公式编号不清，图表位置排布过乱，疑似缺失