Internet路由器主动式队列管理机制综述

主动队列管理AQM主动队列管理（Active Queue Management，简称AQM）是一种网络流量管理机制，旨在减少网络拥塞并提高吞吐量和延迟性能。

AQM通过在网络交换机中实现一系列的算法和策略来控制数据包的传输和排队，以解决传统的传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）拥塞控制方法的一些缺陷。

一、AQM的背景与意义网络中的拥塞是指当网络中的流量量超过网络链路的吞吐能力时，网络出现堵塞的现象。

传统的TCP拥塞控制方法主要依靠丢包作为拥塞信号的指示，一旦丢包发生，TCP会减少发送速率。

然而，丢包并不能及时地反映网络的拥塞情况，且丢包发生后需要一定时间的恢复，导致了网络性能的下降。

AQM的提出旨在通过主动控制交换机中的队列长度，实时地反馈网络拥塞情况给数据源，从而减少队列中的排队延迟，提高网络的吞吐量和时延性能。

AQM的引入可以使得网络在拥塞发生前就采取一些措施，如主动丢弃数据包、降低发送速率等，以避免网络的拥塞现象。

二、AQM的工作原理AQM的工作原理可以总结为以下几个步骤：1. 检测队列长度：AQM通过周期性地检测队列的长度来获得拥塞信息。

当队列长度超过一定的阈值时，表示网络出现了拥塞。

2. 拥塞信号生成：一旦检测到网络拥塞的信号，AQM会根据一定的算法生成相应的拥塞信号。

常见的算法包括随机早期检测（Random Early Detection，RED）和随机早期丢弃（Random Early Drop，RED），它们分别通过计算数据包排队概率和随机丢包的方式来产生拥塞信号。

3. 拥塞信号传输：AQM将生成的拥塞信号传输到数据源或发送方。

这可以通过向数据源发送拥塞通知消息或降低数据包的传输速率来实现。

4. 数据源的拥塞响应：接收到拥塞信号的数据源或发送方会根据拥塞信号采取相应的措施以降低发送速率，从而减少拥塞现象。

三、AQM的优势与挑战AQM相对于传统的TCP拥塞控制方法具备以下优势：1. 实时性：AQM能够实时地反馈拥塞信息给数据源，数据源可以及时采取措施，从而降低了网络拥塞的发生概率。

无线自组网技术综述和设计摘要无线自组织网络即MANET（Mobile Ad Hoc Network)是一种不同于传统无线通信网络的新型网络，具有自组织、多跳路由和动态拓扑等特点，在军事上和商业应用中有着很大的前景。

无线自组织网络可以不必依托于基础设备，组网拥有了动态性。

从现状看，自组织网络可被用作商业及军事，注重了网络本体的移动属性。

在各个领域内，无线架构的自组织网络获取了明显进步。

然而，受到自身约束，这类网络仍存有若干疑难有待于化解，例如隐暴终端、路由是否拥有最优的适应特性、系统配备的单向链路。

关键词：无线自组织网络；关键技术；应用现状AbstractWireless ad hoc networks, which are different from traditional wireless communication networks, have many characteristics, such as self-organization, multi hop routing and dynamic topology, which have great prospects in military and commercial applications. Wireless ad hoc networks do not have to rely on the infrastructure, the network has a dynamic. From the current situation, the self-organizing network can be used as the commercial and military, and it has a focus on the mobile property of the network ontology. In all areas, the wireless architecture of the self-organizing network has made significant progress. However, subject to its own constraints, there are still some problems to be resolved in this kind of network, such as the hidden storm terminal, routing has the best adaptive characteristics, the system is equipped with a one-way link.Keyword: MANET; key technology; Application status前言随着社会的发展和科技的进步，人们对信息的需求日益高涨，而随时随地获取所需信息的渴望更使无线网络得到飞速的发展，在过去的十年里，无线自组网已经成为移动通信技术研究的热点之一，正得到越来越广泛的应用，并将在未来的通信技术中占据重要地位。

队列管理机制一、实验目的：学习DropTail和RED队列管理机制，以了解被动式和主动式队列管理机制的优缺点。

二、背景知识：DropTail和被动式队列管理机制――TCL全局同步RED和主动式队列管理机制：计算公式：avg=(1-w q)⨯avg+ w q⨯q w q为队列长度q的加权系统，0<w q< 1，通常设置的比较小P b=max p⨯(avg-min th)÷(max th-min th) max p为网管预先设置的丢弃概率值（如下图）1.0maxthP a= P b/(1-count⨯ P b) 对P b丢包概率的修正公式。

其中，count记录了从上一个封包被丢弃后有多少封包进入队列。

采用P a用意是希望能让封包丢弃概率的分布更均匀。

若想要有效地作用RED，适当选择w q≥1， max th>2⨯min th、max th>所有数据流中最大的封包大小。

设置参数很有必要，更详细的设置方法可以参考文献[3]。

三、实验步骤1.仿真的网络结构在这个模拟的结构中，r1和r2是路由器，其中的链路是将采用DropTail和RED队列管理机制以作为效率分析的比较，频宽为56kbps，传递延迟的时间为10ms。

其中的数据流数目可由用户在模拟时决定，下面的例子为10条TCP数据流。

我们要比较的效率是这10条数据流的平均吞吐量、第一条数据流的端点到端点平均延迟时间和队列长度变化。

2.TCL程序代码if{$argc!=2}{puts “Usage: ns queue.tcl queuetype_noflows_”puts “Example: ns queue.tcl myfifo 10”puts “queuetype_: myfifo or RED”exit}set par1 [lindex $argv 0]set par2 [lindex $argv 1]#产生一个仿真的对象set ns [new Simulator]#打开一个trace文件，用来记录封包传送的过程set nd [open out-$par1-$par2.tr w]$ns trace-all $nd#定义一个结束的程序proc finish{}{global ns nd par2 tcp start$ns flush-traceclose $ndset time [$ns now]set sum_thgpt 0#throughput=收到Ack数*Packet Size(Bit)/传送时间#收到Ack数＝传送出Packet数for {set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set ackno_($i) [$tcp($i) set ack_]set thgpt($i) [expr Rackno_($i)*1000.0*8.0/($time-$start($i))]#puts $thgpt($i)set sum_thgpt [expr $sum_thgpt+$thgpt($i)]}set avgthgpt [expt $sum_thgpt/$par2]puts “average throughput:$avgthgpt (bps)”exit 0}for { set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set src($i) [$ns node]set dst($i) [$ns node]}#产生两个路由器set r1 [$ns node]set r2 [$ns node]#把结点和路由器连接起来for { set i 0}{$i<$par2}{incr i}{$ns duplex-link $src($i) $r1 100Mb [expr ($i*10)]ms DropTail$ns duplex-link $r2 $dst($i) 100Mb [expr ($i*10)]ms DropTail}$ns duplex-link $r1 $r2 56k 10ms $par1#设置r1到r2之间的Queue Size为50个封包大小$ns queue-limit $r1 $r2 50#把队列长度记录下来set q_ [[$ns link $r1 $r2] queue]set queuechan [open q-$par1-$par2.tr w]$q_ trace curq_if {$par1== “RED”}{#使用packet mode$q_ set bytes_ false$q_ set queue_in_bytes_ false}$q_ attach $queuechanfor {set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set tcp ($i) [$ns create-connection TCP/Reno $src($i) TCPSink $dst($i) 0] $tcp($i) set fid_ $i}#随机在0~1s之间决定数据流开始传送的时间set rng [new RNG]$rng seed 1set RVstart [new RandomVariable/Uniform]$RVstart set min_ 0$RVstart set max_ 1$RVstart use-rng $rng#决定开始传送的时间for {set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set startT ($i) [expr [$RVstart value]]#puts “start T ($i) $startT ($i) sec”}#在指定时间，开始传送数据for { set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set ftp ($i) [$ftp ($i) attach-app FTP]$ns at $startT ($i) “$ftp ($i) start”}#在第50s时去调用finish来结束模拟$ns at 50.0 “finish”#执行模拟$ns run3.执行方法和结果（$为shell的提示符号）（1）10条TCP数据流，采用DropTail队列管理机制：$ns queue.tcl myfifo 10average throughput 4353.6337788880564 （bps）（2）10条TCP数据流，采用RED队列管理机制：$ns queue.tcl RED 10average throughput: 4643.743454368604 （bps）结果分析：从上面的数据得知，在只有10条TCP数据流的情况下，RED队列管理机制能得到的平均吞吐量高于DropTail队列管理机制。

主动队列管理算法
主动队列管理算法是一种网络流量控制算法，旨在减少网络拥塞和提高网络性能。

该算法通过对网络流量进行分析和控制，能够主动地调整数据包的传输速率和优先级，以避免网络拥塞和数据包丢失。

主动队列管理算法主要包括四种类型：RED、AVQ、PIE和CoDel。

其中RED算法通过控制队列的长度和拥塞情况来控制网络流量，AVQ 算法则是通过对数据包进行分类和预测来控制网络流量。

PIE算法则是通过采用随机抽样的方式来控制网络流量，而CoDel算法则是通过测量数据包延迟时间来控制网络流量。

主动队列管理算法不仅可以提高网络性能，还能够有效地避免网络拥塞和数据包丢失。

因此，在网络流量控制领域，该算法被广泛应用于各种网络设备和系统中，例如路由器、交换机、防火墙等。

总之，主动队列管理算法是一种非常重要的网络流量控制算法，能够有效地提高网络性能和避免网络拥塞和数据包丢失。

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几种典型主动队列管理算法Active Queue Management (AQM)算法是一种在网络路由器中使用的管理队列的方法。

它的目标是通过减少网络拥塞来提高网络性能，减少延迟和数据包丢失。

下面是几种典型的AQM算法：1. 随机早期检测（Random Early Detection，RED）：RED是最早的AQM算法之一，它基于网络中的拥塞情况来丢弃数据包。

RED通过随机选择和丢弃一部分数据包来避免队列过载。

当队列长度达到预定的最大值时，RED开始随机选择和丢弃部分数据包，这样可以提前检测拥塞并减少流量。

RED算法可以根据网络的需求进行调整，例如调整丢包概率和队列长度，以提供更好的网络性能。

2. 增量式RED（Incremental RED，iRED）：iRED是对RED算法的改进。

iRED使用流量计数器以及随机选择丢包的机制来判断网络拥塞情况。

iRED通过监控队列长度和流量大小的变化来调整丢包概率，以此提供更好的拥塞控制。

3. Proportional Integral (PI) Controller：PI控制器也是一种常见的AQM算法。

它基于控制系统理论中的PID控制器原理，并使用积分和比例控制来调整队列长度。

PI控制器根据网络拥塞程度，使用增加和减少队列长度的操作来控制网络中的流量。

这种方法可以根据实际情况进行调整，以提供较好的拥塞控制。

4. 预测性拥塞控制（Predictive Congestion Control，PCC）：PCC是一种基于机器学习的AQM算法。

它使用历史数据和机器学习模型来预测网络拥塞的发生。

PCC算法可以通过监控网络中的拥塞情况并调整流量来避免拥塞发生。

这种方法可以提前预测拥塞，并在拥塞前采取适当的措施，以减少延迟和数据包丢失。

5. 可变比重RED（Variable Packet Size RED，VPSRED）：VPSRED是一种改进的RED算法，它考虑了数据包的大小对拥塞控制的影响。

DTN路由技术研究综述薛静锋，陆慧梅，石琳北京理工大学软件学院，北京（100081）E-mail：xuejf@摘要：DTN网络架构涵盖了无线传感器网络、Ad-hoc网络和星际网络等，在军事、科研探测和陆地民用等方面具有十分广阔的应用前景，是当前国际上备受关注的新兴前沿研究热点之一。

DTN延迟比较大，连接时断时续，并且节点存储容量和能量有限，因此传统的路由算法不适合于DTN。

本文从网关、命名机制等几个方面介绍了DTN的架构，研究分析了目前已有的DTN路由算法并对其进行分类，总结了算法的优缺点，包括单播路由算法和组播路由算法，最后指出了DTN的应用场景。

关键词： DTN，路由，单播，组播中图分类号：TP393 文献标识码：A1.引言DTN（Delay Tolerant Network）是一种新型的网络体系结构，最早是在2003年的国际会议上由Kevin Fall提出的[1]，这种网络结构为很多面临挑战的网络（比如星际网络、传感器网络、陆地移动网络等）提供了互操作性。

这些面临挑战的网络通常延迟比较大、网络拓扑经常发生变化，并且在现有的网络体系结构上运行时性能很差。

DTN涵盖了目前存在的多种网络，使得它们可以充分利用自身网络的特点，进行交互操作。

DTN是在多种不同类型网络的传输层之上、应用层之下添加了一层即DTN层（也被称为bundle层），DTN层可以充分利用下层网络提供的服务进行数据传输等工作。

DTN路由技术是DTN中的关键，路由协议包括三个部分：如何建立网络的拓扑结构、如何维护网络拓扑和路由算法。

DTN路由问题并不像标准的动态路由那么简单，因为在DTN中，网络是时断时续的，即网络的拓扑结构是变化的。

与传统路由相比，DTN路由的主要目的并不是选择最短路径或者最少跳数，而是最大化报文传输的可能性。

目前很多路由协议如TCP/IP 是在一些网络前提下提出的，如节点事先知道网络拓扑结构等。

DTN并不符合这些基本假设条件，DTN路由的指的是在DTN层上进行的选路策略，并没有涉及到下层网络。

几种典型主动队列管理算法主动队列管理（Active Queue Management，AQM）算法是网络中用于解决拥塞问题的一种方法。

AQM算法旨在控制路由器或交换机上的队列长度，以避免拥塞的发生。

下面将介绍几种典型的AQM算法。

1. Drop Tail：Drop Tail是最简单的AQM算法之一、在Drop Tail算法中，当队列满时，路由器直接丢包。

这种算法简单直接，但它容易造成拥塞窗口的剧烈抖动。

当队列满时，所有的数据包都会被丢弃，这会导致发送端认为网络出现了丢包并将窗口减小，从而在网络中形成一个震荡现象。

2. Random Early Detection（RED）：RED算法是一种基于概率的AQM算法。

在RED算法中，当队列的长度超过一定阈值时，根据概率丢弃数据包。

这个概率与队列长度成正比，队列越长，丢包的概率越高。

这种算法可以有效地控制队列的长度，并且能够根据网络的负载进行自适应调整。

3. Weighted Random Early Detection（WRED）：WRED算法是RED算法的扩展版本，它引入了一定的服务质量（Quality of Service，QoS）机制。

WRED算法根据数据包的不同类型和优先级来设置不同的阈值和丢包概率。

例如，对于延迟敏感的数据包，WRED算法可以设置较低的阈值和较低的丢包概率，以保证其及时传输。

4. Random Early Detection with Classic Marking (REM)：REM算法是RED算法的改进版本，它引入了经典标记机制。

在REM算法中，当队列的长度超过一定阈值时，数据包不会立即被丢弃，而是通过一个标记机制标记为丢失概率大于零的数据包。

发送端接收到标记的数据包后，将根据标记的概率进行重传。

这种算法可以减少重传次数，提高网络的性能。

5. Controlled Delay：Controlled Delay算法是一种以减少延迟为目标的AQM算法。

文章编号：1006 - 9348 (2021)03 - 0268 - 04主动队列管理下大时滞网络路径拥塞控制算法刘国芳，张炜(四川大学锦江学院，四川眉山620860)摘要:与传统的无线网络相比，大时滞网络对路径拥塞环境下的无线通道交换具有较高的要求。

为此提出主动队列管理下 大时滞网络路径拥塞控制算法。

首先利用主动队列管理算法对相邻路由节点网络路径的拥塞情况展开预测，进而分析网络 路由节点的队列状态;然后以优化后续节点队列、传输距离以及传输方向为目的，从路径概率选择、分组丢弃函数、WSN蚁 群路由选取三个角度优化网络路径，从而实现路径拥塞控制。

实验结果表明，上述算法能够有效缩短网络的传输时滞，且能 耗和丢包率较低，具有较高的应用价值。

关键词：主动队列管理;无线通道;交换网络;路由；拥塞控制中图分类号:TP399 文献标识码：BPath Congestion Control Algorithm for Large TimeDelay Networks under Active Queue Management 第38卷第3期__________________________计算机仿真____________________________2021年3月LIU Guo -fan g,Z H A N G W ei(Jinjiang College,Sichuan University,Meishan Sichuan620860，China)ABSTRACT：In the large time - delay network,there is a high demand for wireless channel switching in path con­gestion environment.In this regard,this paper puts forward a path congestion control algorithm with active queue management for large delay networks.Firstly,based on the active queue management algorithm,the congestion of the network path of the adjacent routing nodes was predicted,and the queue status of the network routing nodes was ana­lyzed.Secondly,the optimization of subsequent node queue,transmission distance and transmission direction were taken as indicators to optimize the network path from path probability selection,packet drop function and WSN ant colony routing selection.Eventually,path congestion control was completed.The simulation results show that the al­gorithm has short transmission delay,low energy consumption and packet loss rate,and high practicability.KEYW ORDS：Active queue management；Wireless channel；Switching network；Routing；Congestion controli引言无线通道交换网络是设定在监测区域中的一些小型路 由节点，通过无线通信的方式衍生出的具有多跳性、自组织 性的网络系统[|]。