QoS拥塞控制 —— 公平性算法

广义处理器共享 （GPS，generalized processor sharing）
       在处理器共享(processor sharing,简称PS)调度中,对于每个连接(会话)都有一个先进先出(FIFO)队列,它们共享着相同的链路.在任何时间间隔都正好有N个非空队列,服务器以链路速率的1/N同时传送在队列头部的N个分组.PS方案以相同速率服务所有非空队列,GPS方案则是PS方案的扩充,允许不同的会话有不同的服务速率.GPS方案有两个特性:可以保证端到端有界时延服务和确保带宽的公平分配.
　　GSP调度器特性可以描述如下.让N个连接(会话)由N个正实数φ1,φ2,… ,φN刻画,Wi(s,t)是会话i在时间间隔[s,t]接收服务的发送量.对于在[s,t]期间正在传输的会话i要满足下列不等式:
　

　　　　　　　　　　　　　　　 (1)
　　对于在[s,t]期间正在传输的任何两个会话i和j,有


.　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2)
式(2)表明,调度器按照f i的比例分布带宽给所有的在[s,t]期间正在传输的会话,因此，f i可以叫做服务共享权.让C是服务速率,所有会话的发送量有


. 　　　　　　　　　　　　　　　(3)

从式(1)～(3),我们能获得会话i的最小服务速率xi为


　　　　　　　　　　　　　　　 (4)
式(4)表明GPS调度器的隔离特性,每一个会话不受其他会话的影响,可以有其最小服务速率的下界,服务速率的下界确保了会话传输时延的上界.服务共享权既用于描述最小要求的服务速率,又表示了公平共享的比例.
　　由服务共享权的含义和接纳控制的保证可知


　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5)
　　以上描述的GSP调度器特性表明,GSP可以同时提供隔离和公平特性连同速率和时延的保证.
　　GPS方案只是一个理想的流体模型,而不能完全在实际中应用.大多数感兴趣近似GSP的调度器是要考虑分组传输并按速率比例服务的调度器. 在流体系统和分组网络之间的区别是:在任何时间,在流体系统中有多个分组同时接受服务,而在分组网络中仅能有一个分组接受服务.时延保证是所有这些近似 GSP调度器的公共特性,但公平特性每个调度算法却各不相同.在近似GSP调度器的节点,服务器使用系统虚拟时间函数为系统中的分组计算时间标签,时间标 签规定这个分组相对于其他分组应当被服务的时间,分组的服务按照它们时间标签值增加次序排列.在每个会话队列头部的分组时间标签值作为会话的时间标签值. 系统虚拟时间函数决定这类算法的时延和公平特性.

参考文献：Parekh A K, Gallager R G. A Generalized processor sharing approach to flow control in integrated services networks: The single node case. Proceedings of IEEE INFOCOM’92. May 1992: pp. 915-924

加权公平排队 （WFQ，Weighted Fair Queuing）
         WFQ是一个接近GPS的实际信元网络方案。流体系统和信元网络之间的区别是:在任何时间,在流体系统中有多个信元同时接受服务,而在信元网络中仅能有一个信元接受服务。在WFQ方案中,在长期运行情况下,一个会话在流体系统和信元网络中所接受的服务是相同的。在传输延时方面,WFQ比GPS至多慢一个信元传输时间。

参考文献：Parekh A K, Gallager R G. A Generalized processor sharing approach to flow control in integrated services networks: The single node case. Proceedings of IEEE INFOCOM’92. May 1992: pp. 915-924

自时钟公平排队（SCFQ，self-clocked fair queueing）

参考文献：Golestani, S.J., A Self-Clocked Fair Queuing Scheme for Broadband Applications. IEEE INFOCOM, April 1994: pp. 63–46.

虚拟时钟 （VC，virtual clock）

参考文献：Golestani, S.J., A Self-Clocked Fair Queuing Scheme for Broadband Applications. IEEE INFOCOM, April 1994: pp. 63–46.

最坏状况公平加权公平排队（WF2Q，worst-case fair weighted fair queueing）

参考文献：Bennett J C R, Zhang H. WF2Q: Worst-case Fair Weighted Fair Queuing. Proceedings of IEEE INFOCOM’96. March1996: pp.120-128.

最小时延自时钟公平排队(minimum-delay self-clocked fair queueing,简称MD-SCFQ)

参考文献：Fabio M. Chiussi, A.F., Minimum-delay self-clocked fair queueing algorithm for packet-switched networks. IEEE, 1998: p. 1112-1121.