Trải qua nhiều năm nghiờn cứu vấn đề điều khiển độ chiếm dụng trung bỡnh của hàng đợi chia sẻ bởi nhiều luồng thay đổi khỏc nhau, tổ chức IRTF kết luận rằng giải phỏp tốt nhất với router thực hiện trong tài khoản gồm tớn hiệu phản hồi phõn phối ngẫu nhiờn, thống kờ. Điển hỡnh mà IRTF sử dụng cho phương thức này như là bộ tỏch sớm ngẫu nhiờn RED.
RED sử dụng độ chiếm dụng trung bỡnh của hàng đợi như là một tham số, một chức n ng ng u nhiờn mà nú quy t nh cú ch trỏnh ngh n ph i c kh i mào hay khụng.
Sau khi độ chiếm dụng trung bỡnh tăng lờn thỡ khả năng loại bỏ gúi cũng sẽ tăng lờn. Hỡnh 4.9 biểu diễn một hàm khả thi đơn giản.
- Độ chiếm dụng lờn tới một ngưỡng thấp hơn minTH, cỏc gúi chuyển qua khụng bịảnh hưởng (khả năng loại bỏ gúi bằng khụng). Trờn giới hạn minTH, khả năng loại bỏ gúi tăng theo đường thẳng với khả năng vươn tới maxP cho một độ chiếm dụng của maxTH. Tại và trờn maxTH cỏc gúi chắc chắn bị loại bỏ.
- Ba giai đoạn này thỉnh thoảng chỉ dẫn đến trỏnh nghẽn và điều khiển nghẽn. Trường hợp xấu nhất kớch thước hàng đợi bị giới hạn bởi maxTH. RED bắt đầu khai mào sự chỉ dẫn nghẽn trước khi hàng đợi bịđầy.
Độ chiếm dụng trung bỡnh được tớnh toỏn lại tại mọi thời điểm một gúi đến và dựa vào bộ lọc thụng thấp hoặc độ chiếm dụng trung bỡnh hoạt động trọng số hàm mũ (EWMA) của độ chiếm dụng hàng đợi tức thời. Cụng thức của nú là:
q inst avg
avg Q Q W
Q =(1−Wq). + . Qavg là độ chiếm dụng trung binh. Qinst. là độ chiếm dụng tức thời.
Wq là trọng số của hàm di chuyển trung bỡnh.
Wq cú ảnh hưởng mật thiết tới tham số chiếm dụng trung bỡnh theo độ chiếm dụng tức thời của hàng đợi. Giỏ trị cao hơn thỡ mức xung đột nhiều hơn và giỏ trị thấp hơn thỡ mức duy trỡ hơn. Mục đớch là chọn lựa một giỏ trị cho phộp RED bỏ qua tạm thời ngắn hạn mà khụng gõy mất gúi khi truyền dẫn nhưng cú tỏc dụng duy trỡ cỏc mức độ chiếm dụng trước độ trễ của mọi tỏc động một cỏch vụ hạn hoặc những luồng đồng bộ của việc trỏnh nghẽn của TCP chịu ảnh hưởng.
Một router cú thể giữ cỏc giỏ trị minTH, maxTH và maxP khỏc nhau cho cỏc hàng đợi khỏc nhau, cõn bằng với tổng khụng gian khả dụng của hàng đợi, số lượng hàng đợi yờu cầu và độ trễ, độ rung pha hạn chế của lớp lưu lượng sử dụng cỏc hàng đợi khỏc nhau. Thờm vào đú Wq phải khỏc nhau trong mỗi hàng đợi.
Chiến lược loại bỏ ngẫu nhiờn cú những đặc điểm hữu ớch sau:
• Chỳng tạo ra một cơ chế phản hồi khụng tớch cực cho TCP và cường độ tăng lờn theo hàm mức nghẽn trong router.
• Cỏc luồng chịu sự chi phối chia sẻ thụng qua hàng đợi (cỏc gúi vào hàng đợi thường xuyờn hơn) thỡ chịu cường độ phản hồi tốt hơn.
• Sự đồng bộ được giảm tới mức cực tiểu giữa nỗ lực trỏnh nghẽn của phiờn truyền dẫn độc lập chia sẻ một hàng đợi riờng biệt.
Sự bắt đầu loại bỏ ngẫu nhiờn sớm (trước khi hàng đợi thực sự sử dụng hết hoàn toàn khụng gian cho phộp của nú) tăng lờn thỡ cú thể dễ dàng xếp ngoài vựng nghẽn tạm thời trước độ chiếm dụng hàng đợi là quỏ cao. Quỏ trỡnh ngẫu nhiờn phõn phối loại bỏ trong giai đoạn đầu làm giảm tớnh ngẫu nhiờn của nhiều luồng cho loại bỏ gúi.
Hai khoỏ giảđịnh làm nền tảng cho loại bỏ dựa vào quản lý hàng đợi tớch cực :
• Nhiều hoặc hầu hết cỏc tầng gõy ra nghẽn tạm thời là nền tảng TCP và trước đú đỏp lại tới phản hồi khụng tớch cực của mất gúi sớm.
• Cỏc gúi thực sự loại bỏ thuộc về luồng (hoặc cỏc luồng) TCP gõy ra nghẽn. Sự vắng mặt của cỏc phương tiện phõn loại và hàng đợi mỗi luồng mà cỏc giả định này cú thể khụng luụn cú hiệu lực. Lỳc này chỳng thường hợp lý. Việc cỏc gúi đến trong suốt một khoảng thời gian nghẽn sẽ thuộc về cỏc luồng chiếm dụng nhiều hơn là cỏc luồng khỏc. Nú giữ vững lý do để loại bỏ gúi trong suốt khoảng thời gian nghẽn như gặp phải một luồng gúp phần gõy nghẽn. Đặc tớnh thời gian của cỏc luồng gõy nghẽn cho phộp RED và biến thể của nú tập trung cỏc luồng thớch hợp.
4.4.3.1 RED theo trọng số
Cỏc bộ quản lý hàng đợi khụng hạn chế việc cung cấp một loại phương thức đơn trờn một vài hàng đợi cho trước thụng tin thờm vào từ tỡnh huống của gúi cú thể lựa chọn một trong nhiều chức năng huỷ bỏ gúi. Vớ dụ, một gúi được đỏnh dấu tại một số điểm đường xuống cho quyền ưu tiờn trong một hồ sơ lưu lượng là đối tượng để kiểm soỏt, huỷ bỏ, xõm chiếm thờm. So sỏnh cỏc gúi khỏc được phõn loại trong cựng một hàng i (cỏc gúi c ỏnh d u v n c qua khi m ng g n nh khụng b ngh n).
Chủđịnh một cỏch đơn giản, một router loại bỏ cỏc luồng ngoài hồ sơđầu tiờn khi mọi thứ trở nờn chật chội hoặc cỏc gúi đặt vào lớp dịch vụ khỏc tại nguồn cú thể cú chức năng huỷ bỏ liờn kết khỏc nhau.
Trong hỡnh 4.10 là một bộ quản lý hàng đợi chọn lựa một trong hai đường mà một hàng đợi đơn đưa vào, vớ dụ một bit đơn trong byte ToS của trường DiffServ. Cỏc gúi khụng bị đỏnh dấu là đối tượng cho RED với min1TH như là ngưỡng dưới của nú, max1TH như là ngưỡng trờn của nú, và maxp là khả năng loại bỏ gúi định trước khi hàm nhảy tới 1. Núi cỏch khỏc cỏc gúi bị đỏnh dấu là đối tượng để tăng đường xõm chiếm trong đú loại bỏ ngẫu nhiờn bắt đầu tại một mức chiếm dụng thấp mức min2TH, tăng nhanh chúng tới 1 tại min2TH.
hỡnh 4.10: Đỏnh dấu gúi cú thể thay đổi chức năng loại bỏ
Việc giảm bớt những chức năng cú thể dựa vào tỡnh huống gúi thỉnh thoảng được đề cập đến như là một trọng điểm. Ít nhất một đại diện router chớnh sử dụng trường ưu tiờn IPv4 để lựa chọn tỏm tham số minTH, maxTH, và maxP cho thuật toỏn RED (mặc dự khụng cú tham số Wq cho hàm EWMA ) liờn quan tới sơđồ WRED.
4.4.3.2 RED với vào ra
Một thuật toỏn gần với WRED là RED với bit vào/ra (RIO), nú cũng sử dụng việc đỏnh dấu gúi tin để hiệu chỉnh thuật toỏn RED trờn cơ sở từng gúi. RIO giả sử rằng những gúi tin đú đi qua bộ phận đỏnh dấu và một bit trong phần tiờu đề gúi tin chỉ ra cho bộ phận đỏnh dấu cú thể tỡm ra gúi tin đú thuộc loại ưu tiờn hay khụng. RIO khỏc với WRED ở chỗ nú hiệu chỉnh hàm EWMA dựa trờn đỏnh dấu gúi tin.
Mục đớch của RIO là phõn biệt những gúi tin trong những thời gian tắc nghẽn. Nú làm điều đú bằng cỏch chạy hai thuật toỏn chiếm dụng EWMA song song trờn cựng một hàng đợi- QavgIN cho những gúi tin vào và QavgOUT cho những gúi tin ra. Tương tự hỡnh 3.13, hai bộ giỏ trị minTH, maxTH và minP một cho gúi tin vào và một cho gúi tin ra. MinTH và maxTH cho những gúi tin vào nhỏ hơn cho những gúi tin ra, trong khi đú minP cho những gúi tin ra lớn hơn cho những gúi tin vào.
Khi tớnh toỏn hàm xỏc suất huỷ cho những gúi tin vào, mức chiếm dụng hàng đợi được lấy từ QavgIN, trong khi cho những gúi tin ra, mức chiếm dụng hàng đợi được lấy từ QavgOUT. QavgIN dựa trờn mức chiếm dụng hàng đợi trung bỡnh của từng gúi tin riờng lẻ, trong khi QavgOUT dựa trờn tổng số mức chiếm dụng hàng đợi trung bỡnh (của cả những gúi tin vào và ra).
Trong thuật toỏn này, số lượng gúi tin đi ra khỏi hàng đợi khụng ảnh hưởng tới xỏc suất huỷ bỏ của những gúi tin vào hàng đợi.
4.4.3.3 Tương thớch RED
Với sự cú mặt của ớt luồng TCP, tắc nghẽn cú thể hỡnh thành tương đối chậm và Wq cú thể thấp. Tuy nhiờn việc cựng một giỏ trị Wq trong trường hợp nhiều luồng TCP dẫn đến pha trỏnh tắc nghẽn của RED khụng đỏp ứng đủ sớm hoặc đủ mạnh. Ngược lại, chọn lọc Wq cho phộp RED đối phú đủ nhanh với nhiều luồng TCP cú thể dẫn tới mất gúi trường hợp mất gúi toàn bộ khi ớt luồng TCP chia sẻ một hàng đợi.
Hỡnh 4.11: ARED thay đổi giỏ trị maxp
ARED cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cỏch cho phộp RED cải tiến cỏc tham số dựa trờn lịch sử tắc nghẽn gần đõy. ARED tập trung vào N kết nối chia sẻ một hàng
đợi, hiệu quả bất kỡ sự huỷ gúi tin nào mà RED gõy ra là giảm tải trọng bởi hệ số (1- 1/(2*N)). Núi cỏch khỏc, khi N tăng, RED cần hoạt động mạnh hơn để đạt được hiệu quả khụng đổi..
Để giải quyết vấn đề này, ARED điều chỉnh maxP dựa trờn sự thay đổi gần nhất của Qavg. Nếu Qavg thấp hơn minth, maxp được tớnh lại thận trọng hơn. Nếu Qavg tăng lờn quỏ maxth, giỏ trị maxp lớn hơn được tớnh lại. Nếu Qavg dao động quanh minth, ARED giảm maxp một cỏch liờn tục. Nếu Qavg dao động quanh maxth, maxp tăng liờn tục (do sự huỷ gúi khụng bịảnh hưởng), hỡnh 4.11.
Kết quả là thuật toỏn ARED thay đổi tải trong hàng đợi do tăng hay giảm số lượng luồng TCP đi qua hàng đợi đú ở bất kỡ thời điểm nào. Thuật toỏn hoạt động khụng đũi hỏi bất cứ thụng tin mở rộng chớnh xỏc nào về số lượng cỏc luồng.
4.4.3.4 Luồng RED
Nhận diện luồng ngẫu nhiờn sớm (FRED) là một thuật toỏn RED tinh vi hơn. Giải phỏp để giải quyết xu hướng khụng cụng bằng khi hàng đợi bị chia sẻ bởi nhiều luồng cú thụng bỏo tắc nghẽn sớm khỏc nhau. Đặc tớnh này được gọi là “Nhận diện tắc nghẽn sớm động”:
- Những luồng khụng tương thớch - giao thức truyền tải lờđi việc huỷ bỏ gúi. - Những luồng tốc độ cao - những kết nối TCP với thời gian trễ vũng (RTT) ngắn,
do đú phải nhanh chúng khụi phục những gúi tin bị huỷ.
- Những luồng tốc độ thấp - những kết nối TCP với RTT dài, do đú chậm khụi phục những gúi tin bị huỷ.
Khi cú sự trộn lẫn giữa những luồng trờn qua một hàng đợi cú thuật toỏn quản lý RED, những luồng khụng tương thớch cú thểđặt Qavg trờn giỏ trị minTH và do đú gõy nờn mất gúi cho tất cả cỏc luồng thậm chớ cả khi những luồng khỏc cũng làm như vậy. Tương tự như vậy, những luồng tốc độ cao ớt bịảnh hưởng bởi việc mất bất kỳ gúi đơn lẻ nào hơn là những luồng tốc độ thấp do tốc độ khụi phục gúi tin TCP phụ thuộc vào RTT của luồng. Hiệu quả chung là những thụng bỏo tắc nghẽn ảnh hưởng khỏc nhau tới những luồng khỏc nhau.
FRED kiểm soỏt tỡnh trạng này bằng cỏch điều chỉnh cỏch ứng xử với từng gúi tin bị huỷ dựa trờn những trạng thỏi ngắn hạn của từng luồng (chỉ với những luồng cú những gúi tin trong hàng đợi). Hai biến minq và maxq đại diện cho số lượng gúi của
bất kỡ luồng nào được đặt trong hàng đợi. Biến Avgcq đại diện cho số lượng gúi trung bỡnh ước lượng của mỗi luồng trong hàng đợi.
Khi Qavg thấp hơn maxTH, FRED luụn chấp nhận những gúi tin của những luồng cú nhỏ hơn minq gúi tin trong hàng đợi. Thiết lập minq giữa 2 và 4 đảm bảo khụng gian hàng đợi thấp nhất cho những kết núi tốc độ thấp. Nếu luồng cú nhiều hơn minq gúi trong hàng đợi, FRED huỷ cỏc gúi mới bất chấp Qavg. Khi một luồng cú số lượng gúi giữa minq và maxq trong hàng đợi, FRED sử dụng RED thụng thường để nhận ra gúi mới được chấp nhận hay phải huỷ bỏ. Mặc dự FRED khụng đũi hỏi xếp hàng từng luồng nhưng nú đũi hỏi những bộ định tuyến thiết lập tỡnh trạng cho từng luồng, thờm vào vài sự phõn loại tương ứng với sự thay đổi trước của RED.