[论文解读] Buffer Management Algorithm Design and Implementation Based on Network Processors

Yechang Fang, Kang K. Yen+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2010

Network Traffic and Congestion Control参考文献 11被引用 4

一句话总结

本文提出PAFD，一种用于网络处理器的自适应缓冲管理算法，通过使用平滑缓冲占用率函数动态调整参数，在DiffServ环境中提升公平性和吞吐量。在Intel IXP2400上实现后，PAFD减少了流曲线的波动，提升了硬件资源利用率，证明了其在高速QoS支持包处理中的可行性。

ABSTRACT

To solve the parameter sensitive issue of the traditional RED (random early detection) algorithm, an adaptive buffer management algorithm called PAFD (packet adaptive fair dropping) is proposed. This algorithm supports DiffServ (differentiated services) model of QoS (quality of service). In this algorithm, both of fairness and throughput are considered. The smooth buffer occupancy rate function is adopted to adjust the parameters. By implementing buffer management and packet scheduling on Intel IXP2400, the viability of QoS mechanisms on NPs (network processors) is verified. The simulation shows that the PAFD smoothes the flow curve, and achieves better balance between fairness and network throughput. It also demonstrates that this algorithm meets the requirements of fast data packet processing, and the hardware resource utilization of NPs is higher.

研究动机与目标

• 解决传统RED算法在缓冲管理中对参数敏感的问题。
• 在区分服务（DiffServ）环境中提升公平性和网络吞吐量。
• 在资源开销最小的前提下，实现在网络处理器（NPs）上的高效高速包处理。
• 通过实现验证QoS机制在网络处理器硬件上的可行性。

提出的方法

• 提出PAFD，一种自适应缓冲管理算法，根据平滑缓冲占用率函数调整丢弃概率。
• 在算法设计中整合公平性和吞吐量考量，以在不同流之间实现性能平衡。
• 在Intel IXP2400网络处理器上实现该算法，以评估其实时性能和硬件效率。
• 使用平滑缓冲占用率函数动态调节算法参数，降低对配置的敏感性。
• 在DiffServ模型中应用该算法，以支持不同类型流量的差异化服务质量。
• 通过仿真和硬件实现评估性能，以验证吞吐量、公平性和资源利用率。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使缓冲管理算法在保持高吞吐量和公平性的同时，降低对参数调节的敏感性？
• RQ2 平滑缓冲占用率函数在动态流量环境中，能在多大程度上稳定流行为？
• RQ3 当在网络处理器上实现时，PAFD能否有效支持DiffServ架构中的QoS差异化？
• RQ4 PAFD对实际网络处理器平台上的硬件资源利用率和处理速度有何影响？

主要发现

• PAFD成功平滑了流曲线，与传统RED算法相比波动显著减少。
• 该算法在异构流量环境中实现了公平性与网络吞吐量之间的更好平衡。
• 在Intel IXP2400上的实现证实了QoS机制在网络处理器上用于实时数据处理的可行性。
• PAFD展示了改进的硬件资源利用率，支持在高速网络场景中的高效运行。
• 通过平滑缓冲占用率函数实现的动态参数调节，降低了配置敏感性。
• 仿真结果证实，PAFD满足QoS支持网络中高速数据包处理的需求。