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實作模擬與結果分析

為進一步驗證 CPBMH的效能,本文設計了一個簡單的模擬系統,本章即針 對系統架構、參數使用與設定、效能指標及模擬結果作簡單描述。

6.6.1 模擬系統架構

本文的模擬系統,其系統架構共分為四個部分,分別是:封包產生、封包分 類、緩衝區管理及封包排程,而緩衝區管理以 Tail-Drop、CPBM 及 CPBMH三種 模式個別進行模擬,其架構圖如圖6-4 所示。

圖6-4 模擬系統架構圖

(一)封包產生:

封包產生顧名思義就是產生模擬實驗需要的實驗封包。在過去許多網路模擬 的實驗中,實驗封包的產生多參考Poisson distribution,然而,Poisson distribution 並無法表現IP 網路在長時間的 burst 狀況,於是,Pareto distribution 被提出[81]。

本文以Generator of Self-similar Network Traffic[64]為封包產生器,有效產生符合 TCP/IP 環境的實驗封包。

(二)封包分類:

本文建議HAN QoS 採差異式服務的方式,所以,必須對封包作分類處理,

而在模擬系統中,封包分類的方式即是本文所提出的BSC。

(三)緩衝區管理:

緩衝區管理以Tail-Drop、CPBM 及 CPBMH三種模式個別進行模擬。Tail-Drop 使用單一佇列為其緩衝區;CPBM 採多重佇列的緩衝區架構,但實際上,多重佇 列所構成的卻是一個共享的緩衝區空間,佇列間以各優先權等級的門檻值為區 別;CPBMH也是採用多重佇列的緩衝區架構,但是,最高優先權等級P1 的佇列 卻是獨有的,剩下的空間形成一個共享的緩衝區。

(四)封包排程:

封包排程配合緩衝區管理所使用的緩衝區結構。配合Tail-Drop 的封包排程就 是直接取佇列內容送出;配合CPBM 與 CPBMH的封包排程則是Weighted Round Robin ( WRR ), 此 外 , CPBM 與 CPBMH 在 運 作 上 需 要 判 斷 佇 列 是 否 為 over-limited,故需要一 Estimator 負責參數擷取及運算。Estimator 能針對每個佇 列,計算離開佇列的封包與封包間的間格閒置時間,再使用指數加權平均來判斷 封 包 的 傳 送 速 度 與 速 度 限 額 的 關 係 , 依 此 決 定 佇 列 為 over-limited 或 under-limited[71]。實作部分參考並修改 Network Simulator version 2[82]中 CBQ 的 相關模組。

6.6.2 參數使用與設定

本模擬所使用的執行參數,主要用於控制封包之產生(直接設定在Generator of Self-similar Network Traffic),其設定值簡述如下:

1. 頻寬:10Mbps。

2. 封包數量:200000。

3. 封包分類:6(依 BSC 之定義)。

4. 封包大小:各類封包大小之設定如表 6-3 所示。

5. 網路負載率(link load):0.1 至 0.55,組距 0.05。在既定的頻寬條件下,

link load 愈高則封包遺失率會形成不正常的升高,對於觀察封包變化較 無意義,故只取至0.55。

表6-3 緩衝區管理機制模擬實驗的封包大小設定規則表 Priority Packet Size(bytes)

1 150 2 1000 3 1000 4 Random(53-1500)

本實驗以上述參數,在不同的 link load 組合下各產生 30 組封包數據,再將

Total Lost Rate=(封包遺失總數/封包總數)。

2. 最高優先權之封包遺失率(Priority 1 Lost Rate):

Priority 1 Lost Rate=(最高優先權之封包遺失總數/最高優先權之封包 總數)。

3. 最高優先權之封包置換率(Priority 1 Replacement Rate):

Priority 1 Replacement Rate=(最高優先權之封包置換次數/最高優先權 之封包總數)。 link load 下的 Priority 1 Replacement Rate 比較;圖 6-6 是 CPBMH、CPBM 與 Tail-Drop 在不同 link load 下的 Priority 1 Lost Rate 比較;圖 6-7 是 CPBMH、CPBM 與Tail-Drop 在不同 link load 下的 Total Lost Rate 比較。

1. Priority 1 Replacement Rate 比較:顯然地,CPBMH在最高優先權之封包 置換率的表現上,優於CPBM。

CPBM;再者,當 link load 小於 0.35 時,都是以 CBQ 為基礎的 CPBMH 與CPBM,表現皆優於 Tail-Drop,但是當 link load 的值逐步增加時,代 表網路情況愈顯壅塞,反而使運作最為簡單的Tail-Drop 呈現較低的封包 總遺失率。為此,本實驗試著找出隨著link load 增加,造成 CPBMH與 CPBM 在封包總遺失率跟著起變化的因素,發現佇列門檻值的設定有相 當的影響,值得爾後作進一步的分析研究。

圖6-5 CPBMH與CPBM 在不同 link load 的 Priority1 Replacement Rate 比較圖

圖6-6 CPBMH、CPBM 與 Tail-Drop 在不同 link load 的 Priority1 Lost Rate 比較圖

圖6-7 CPBMH、CPBM 與 Tail-Drop 在不同 link load 的 Total Lost Rate 比較圖