Một số kỹ thuật lập lịch cơ bản sử dụng trong bộ định tuyến được trình bày trong mục này gồm có: Hàng đợi FIFO; Hàng đợi ưu tiên PQ; hàng đợi cân bằng FQ; hàng đợi quay vịng trọng số WRR; hàng ñợi cân bằng trọng số WFQ và hàng ñợi dựa theo lớp cân bằng trọng số CBQ.
(i) Hàng ñợi FIFO
Hàng ñợi vào trước – ra trước FIFO là kỹ thuật hàng ñợi ngầm ñịnh, các gói tin đến được đưa vào trong một hàng ñợi ñơn và ñược gửi ra ñầu ra theo ñúng thứ tự. FIFO là kiểu hàng ñợi ñơn giản nhất khơng cần sử dụng thuật tốn điều khiển. FIFO đối xử với tất cả các gói theo cùng một cách, vì vậy nó rất thích hợp với mạng nỗ lực tối đa. Mặt khác FIFO khơng thể cung cấp các dịch vụ phân biệt và tất cả các luồng lưu lượng đều bị suy giảm chất lượng khi có tắc nghẽn xảy ra.
(ii) Hàng ñợi ưu tiên PQ
Hàng đợi FIFO đặt tất cả các gói tin vào trong một hàng ñợi ñơn bất kể lớp lưu lượng nào. Một cách ñơn giản ñể tạo ra sự phân biệt lớp lưu lượng là sử dụng hàng ñợi ưu tiên PQ. Trong PQ, N hàng ñợi ñược tạo ra như trong hình 2.19 với các mức ưu tiên từ 1 tới N. Thứ tự lập lịch ñược xác ñịnh bởi thứ tự ưu tiên và không phụ thuộc vào vị trí của gói tin. Các gói trong hàng đợi thứ j được xử lý khi khơng cịn gói nào trong hàng đợi có thứ tự cao hơn (Các hàng ñợi từ 1 tới (j-1)).
Hình 2.19: Hàng ñợi ưu tiên PQ
Giống như FIFO, hàng ñợi ưu tiên có ưu điểm là rất đơn giản: nó cung cấp phương tiện ñơn giản nhất ñể phân biệt lớp lưu lượng. Nhược ñiểm của hàng ñợi ưu tiên là PQ luôn hướng tới xử lý mức ưu tiên cao, nên các hàng đợi có mức ưu tiên thấp có thể khơng có cơ hội để gửi gói đi.
(iii) Hàng ñợi cân bằng FQ
Hàng ñợi cân bằng cịn được gọi là hàng đợi dựa trên luồng lưu lượng, trong FQ các gói tin đến được phân loại thành N hàng ñợi. Mỗi một hàng ñợi nhận 1/N băng thơng đầu ra. Bộ lập lịch kiểm tra các hàng ñợi theo chu kỳ và bỏ qua các hàng ñợi rỗng. Mỗi khi bộ lập lịch tới một hàng đợi, một gói tin được truyền ra khỏi hàng ñợi.
Hàng ñợi cân bằng rất ñơn giản, nó khơng u cầu một kỹ thuật chỉ định băng thơng phức tạp nào. Nếu một hàng ñợi mới ñược thêm vào N hàng đợi có trước đó, bộ lập lịch tự ñộng ñặt lại băng thông theo thực tế bằng 1/(N+1). ðơn giản chính là ưu điểm của hàng ñợi cân bằng.
Hình 2.20: Hàng ñợi cân bằng FQ
Hàng đợi cân bằng có hai nhược điểm chính. ðầu tiên, khi băng thơng đầu ra được chia thành N hàng ñợi 1/N, nếu các lớp lưu lượng ñầu vào có u cầu băng thơng khác nhau, thì FQ khơng thể phân bố lại được băng thơng của đầu ra ñể ñáp ứng yêu cầu ñầu vào. Thứ hai, khi kích thước gói khơng được quan tâm trong FQ, kích thước các gói sẽ ảnh hưởng đến phân bố băng thơng thực tế, thậm chí bộ lập lịch vẫn hoạt ñộng ñúng trên cơ sở công bằng, các hàng ñợi có gói kích thước lớn sẽ chiếm nhiều băng thơng hơn các hàng đợi khác.
(iv) Hàng đợi quay vịng theo trọng số (WRR)
Hàng đợi quay vịng theo trọng số WRR ñược ñưa ra nhằm giải quyết hai nhược ñiểm của hàng ñợi cân bằng FQ. WRR chia băng thơng cổng đầu ra với các lớp lưu lượng đầu vào phù hợp với băng thông yêu cầu. Nguyên lý hoạt động của WRR được chỉ ra trên hình 2.21. Các luồng lưu lượng đầu vào được nhóm thành m lớp tương ứng với trọng số ñược xác ñịnh bởi băng thông yêu cầu. Tổng các trọng số của các lớp bằng 100%.
i 1 W 100% m i= = ∑ (ct 2.4) Trong đó: m là số lớp lưu lượng, Wi là % trọng số của lớp i.
Với mỗi một lớp, các luồng lưu lượng riêng ñược lập lịch theo nguyên tắc hàng ñợi cân bằng FQ. ðặt số lượng các hàng ñợi FQ trong lớp i là Ni, tổng số hàng ñợi FQ trong lược đồ WRR được tính theo cơng thức 2.5 sau ñây :
1WRR m i WRR m i i TotalFQ N = − =∑ (ct 2.5)
Như chỉ ra trên hình 2.21, hàng ñợi quay vòng theo trọng số WRR gồm hai lớp lập lịch quay vòng.
Bộ lập lịch quay vòng chỉ tới các lớp trong khoảng từ lớp 1 ñến lớp m, ñây ñược
coi là lớp lập lịch thứ nhất.
Khi bộ lập lịch dừng lại tại một lớp, bộ lập lịch quay vòng thứ hai sẽ quay vịng
trong các hàng đợi FQ.
Băng thơng cổng đầu ra tính theo % được gán vào lớp i, trọng số của lớp i (Wi) thể hiện lượng thời gian tiêu tốn của bộ lập lịch cho lớp i. Ví dụ, Wi=20% có nghĩa là bộ lập lịch sẽ tiêu tốn 20% chu kỳ thời gian quay vịng cho lớp i. Với các hàng đợi FQ trong lớp i, thời gian cho các hàng ñợi là cân bằng, vì vậy lượng thời gian cho một hàng đợi trong Ni hàng ñợi là (1/Ni). Trọng số cho mỗi một hàng đợi FQ được tính như sau:
Wij = Wi x (1/Ni)
(ct 2.6)
Hình 2.21: Hàng đợi quay vịng theo trọng số WRR
Theo công thức 2.6 ta có thể viết lại thành Wi = Wij x Ni hay:
i ij 1 W i W N j= =∑ (ct 2.7)
Trọng số của lớp i sẽ được tính bằng tổng các yêu cầu lưu lượng trong lớp i. WRR sử dụng Wi thay cho 1/m như trong trường hợp FQ, tạo ra m lớp lưu lượng khác nhau tại các cổng đầu ra. ðây chính là cải thiện của WRR so với FQ nhằm tránh nhược ñiểm ñầu của FQ.
(iv) Hàng ñợi cân bằng trọng số (WFQ) và Hàng ñợi cân bằng trọng số phân lớp CB-
WFQ.
Mặc dù WRR ñã chỉ ra ñược cách khắc phục nhược ñiểm thứ nhất của hàng ñợi cân
bằng FQm nhưng WRR chưa giải quyết ñược ảnh hưởng của kích thước gói tin đối với
băng thông chia sẻ. Tiếp cận hàng ñợi cân bằng trọng số WFQ cũng nhằm cải thiện
nhược ñiểm thứ hai của hàng ñợi FQ. Giống như hàng đợi FQ, lưu lượng đầu vào được
nhóm m hàng đợi. Tuy nhiên, băng thơng cổng đầu ra được phân bổ tới m hàng ñợi theo trọng số ñược xác định bởi các u cầu băng thơng của lớp lưu lượng thay vì chia đều.
Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp CB-WFQ tương tự như hàng đợi quay vịng theo trọng số WRR, sự khác biệt cơ bản của CB-WFQ so với WRR là cách sử dụng cơ chế cân
bằng theo trọng số tại các lớp i thay vì sử dụng cơ chế hàng ñợi cân bằng. Tiếp cận này theo hướng mềm hoá hơn nữa đối với các u cầu băng thơng khơng đồng nhất.