Parallel Architectures For Priority Scheduling In Programmable Data Plane Switches
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Ciena Corporation（思科恩公司）
针对可编程数据平面交换机中优先级调度可扩展性差和近似调度器正确性低的问题，提出P3PO和PPQA两种并行优先级队列架构，将全局队列分解为多个并行子队列，在保持排序的同时提升可扩展性，并通过仿真验证了其有效性。
2026-10-06 cs.NI
Effect of the Feedback Function on the QoS in a Time Space Priority with Active Queue Management
主动队列管理（AQM）的基本思想是感知网络中的拥塞程度，并通知数据包源，以便它们降低发送速率。文献中对主动队列管理机制进行了大量的研究。但是，在具有不同QoS要求的不同类型的分组共享同一链路的DiffServ架构的上下文中，没有使用这些方法。在本文中，我们研究了一种访问控制机制的RT和NRT数据包到达一个缓冲区实现在一个终端用户在HSDPA。该机制使用阈值来管理对缓存的访问，并赋予RT数据包优先访问权。为了控制缓冲器中NRT分组的到达速率，使用主动队列管理。我们研究了反馈函数对两类数据包的QoS参数的影响，给出了数学描述和解析结果，数值结果表明所提出的反馈函数对系统中的NRT数据包具有更高的QoS.
2013-04-11 cs.NI
Estimating Network Link Characteristics using Packet-Pair Dispersion: A Discrete Time Queueing Theoretic View
基于分组分散的测量工具将具有已知间隔的探测分组对插入到网络中以用于通过单播路径或多播树传输。观察目的地处的探针对之间的分离的样本。启发式技术，然后使用这些工具来估计的路径特征的观察。在本文中，我们提出了一种基于分组分散探测的加密理论设置。类似于网络层析成像，我们开发了从输出分离的样本估计到达过程到各个链路的参数的技术，即，从端到端的测量。链路被建模为独立的离散时间队列与独立同分布。到达。我们首先获得一个算法，以获得（联合）分布的间距在目的地（S）的探针之间的间距在输入的给定分布。到达过程的参数估计作为经验分布和计算分布之间的成本函数的最小值而获得。我们还进行了大量的模拟和数值实验，研究相当“苛刻”的条件下的非平稳的到达过程的估计算法的性能。我们发现，估计工作相当不错的两个队列串联和组播。
2009-11-18 cs.NI
Hierarchical Multi-resource Fair Queueing for Packet Processing
各种中间盒普遍部署在网络中以执行分组处理功能，诸如防火墙、代理、调度等，为流经它们的水流提供动力。随着网络流量的爆炸式增长和对多种类型网络资源的需求，为分组流提供服务质量（QoS）保证对于中间盒来说从未像现在这样具有挑战性。然而，现有的公平调度算法都不能支持分层调度，而分层调度是保证多业务分组流的QoS所必需的。本文提出了两种新的支持分层调度的多资源公平调度算法：折叠分层支配资源公平调度算法（collapsed H-DRFQ）和拖尾H-DRFQ。特别地，折叠的H-DRFQ将分组流的层次结构转换成用于平坦调度的平坦结构，而拖尾H-DRFQ迭代地对原始层次结构上的兄弟节点执行平坦调度。通过严格的理论分析，我们发现这两种算法都能为单个流提供分级的共享保证，而拖尾H-DRFQ的分组延迟上界小于塌陷H-DRFQ的分组延迟上界.我们在Click模块化路由器上实现了所提出的算法，实验结果验证了我们的分析结果。
2022-08-12 cs.NI
P4-CoDel: Experiences on Programmable Data Plane Hardware
在计算机网络中，特别是在因特网中，固定的缓冲区大小是延迟和带宽之间的折衷。支持高带宽的决定意味着更大的缓冲区，由于不断填充的缓冲区，延迟会降低。这种现象被称为Bufferbloat。主动队列管理（AQM）算法，如CoDel或PIE，设计用于基于软件的主机，通过控制队列填充，从而通过微妙的数据包丢弃的延迟，提供了一个流量不可知的补救缓冲区膨胀。在以前的工作中，我们已经表明，数据平面程序设计语言P4是强大到足以实现CoDel算法。虽然传统软件算法可以容易地编译到几乎任何处理架构上，但对于可编程数据平面硬件上的AQM来说，这通常不是真的，即，可编程数据包处理器。在这项工作中，我们突出了相应的挑战，演示了如何解决这些问题，并提供技术，使不同的高速P4可编程数据平面硬件目标上实现这样的AQM算法。此外，我们还提供在不同P4可编程数据平面目标上创建的测量结果。由此产生的延迟测量揭示了在这些设备内执行主动队列管理的可行性和要考虑的约束。最后，我们发布的源代码和说明，再现本文的结果作为开源的研究社区。
2021-07-07 cs.NI
RIFO: Pushing the Efficiency of Programmable Packet Schedulers
针对现有可编程分组调度器内存操作多、可扩展性有限的问题，提出仅需少量内存资源的RIFO调度器，经仿真和原型验证，其在多工作负载下流完成时间表现优异且可线速运行。
2024-11-12 cs.NI
On the Performance of Packet Aggregation in IEEE 802.11ac MU-MIMO WLANs
多用户空间复用与分组聚合相结合可以显著提高无线局域网的性能。在这封信中，我们提出并评估了一个简单的技术来执行IEEE 802.11ac MU-MIMO（多用户多输入多输出）无线局域网中的数据包聚合。结果表明，在非饱和条件下，活动站（STA）的数量和队列大小对系统性能有显着的影响。如果站的数量过高，则队列中包含的分组中的目的地的异质性使得难以充分利用分组聚合。这种影响可以通过增加队列大小来缓解，这增加了在每次传输时调度大量分组的机会，因此以更高的延迟为代价提高了系统吞吐量。
2012-07-26 cs.NI
A new queueing strategy for the Adversarial Queueing Theory
在当今的因特网和TCP/IP网络中，分组的封装通常使用FIFO（先进先出）协议来实现。不幸的是，FIFO在对抗排队论中表现不佳。该模型还研究了其他的排课策略，并通过替代排课策略（如LIS（系统中最长时间））获得了更好的结果。本文介绍了一种新的路由选择协议--间隔策略，它涉及到从动态路由到静态路由的简化。我们讨论的最大系统时间为一个数据包，并估计与最新的结果如何可以实现这一点。我们计算出一个数据包可以在网络中花费的最大时间（即最坏情况下的系统时间），并认为，通过这些结果可以达到普遍的不稳定性的间隔策略。当一个大组的决策策略被用于决策时，我们证明了区间策略将是普遍不稳定的。最后，我们计算了静态路由达到一个普遍稳定的多项式-详细的线性-有界区间-策略的最大时间。然后，我们关闭-为了检查这个上限-与静态路由的最新结果的交付时间。
2008-05-07 cs.NI
Open Packet Processor: a programmable architecture for wire speed platform-independent stateful in-network processing
本文的目的是促进正在进行的辩论，如何使可编程的有状态的数据包处理任务内的网络交换机，同时保持平台的独立性。我们提出的方法，名为“开放包处理器”（OPE），显示的可行性（通过依赖于商品硬件技术的硬件原型，并在严格限制的时钟周期数）的扩展有限状态机（XFSM）作为低层次的数据平面编程抽象。通过一个令牌桶和一个基于二叉树的C4.5流量分类器的实例，展示了该算法支持有状态操作和流级特征跟踪的能力。平台独立性是通过将硬件原语（注册表、条件、更新指令、转发动作、匹配设施）的实现与通过抽象XFSM正式描述的应用程序的使用解耦来实现的。最后，我们将讨论限制和扩展。
2016-05-06 cs.NI
Probabilistic Band-Splitting for a Buffered Cooperative Cognitive Terminal
在本文中，我们提出了一个认知协议，涉及初级和次级用户之间的合作。除了自己的队列之外，次要用户（SU）还有一个队列来存储，然后中继未发送的主要数据包。当主队列非空时，SU保持空闲并尝试解码主分组。当主队列为空时，SU将总信道带宽分成两个正交子带，并将每个子带概率地分配给队列。我们所提出的协议的优势，优先认知中继（PCR）协议中，SU分配的优先级在传输中的主要数据包超过自己的数据包。我们提出了两个问题的配方，一个基于吞吐量和其他延迟。这两个优化问题被证明是一个给定的带宽分配的线性规划。数值结果表明所提出的协议的好处。
2014-07-08 cs.NI
Active Queue Management with Data-Driven Delay Violation Probability Predictors
本文提出了一种结合端到端延迟特性与主动队列管理（AQM）的新框架Delta，利用数据驱动方法预测排队数据包的延迟违约概率（DVP），以最小化DVP，并在高可靠性场景下显著优于现有AQM方案。
2023-11-25 cs.NI
SwiftQueue: Optimizing Low-Latency Applications with Swift Packet Queuing
University of Chicago, USA（芝加哥大学）
SwiftQueue通过新颖的每包延迟预测算法优化L4S队列选择，提升低延迟应用性能，减少尾延迟。
2026-03-24 cs.LG cs.NI
The Uniformization Process of the Fast Congestion Notification (FN)
快速拥塞通知（FN）是主动队列管理机制之一，其实践拥塞避免以通过在路由器队列变满之前标记或丢弃分组来帮助避免拥塞的开始;并且当拥塞避免失败时，通过增加分组标记或丢弃的速率来实施拥塞控制。从技术上讲，FN通过将瞬时队列大小控制在最优队列大小以下来避免队列溢出，并通过保持平均到达速率接近传出链路容量来控制拥塞。在每个数据包到达时，FN使用瞬时队列大小和平均到达率来计算数据包标记或丢弃概率。FN以相当规则的间隔标记或丢弃数据包，以避免长的标记间隔和群集的数据包标记或丢弃。太多的标记或丢弃的数据包靠近在一起可能会导致全局同步，并且标记或丢弃的数据包之间的数据包间隔时间过长可能会导致大的队列大小和拥塞。本文展示了FN如何控制队列大小，避免拥塞，并通过统一标记或丢弃的数据包间隔来减少全局同步。
2009-09-08 cs.DS cs.NI
Adaptive Dynamic Congestion Avoidance with Master Equation
本文提出了一种自适应变体的随机早期检测（RED）网关队列管理的分组交换网络通过离散状态模拟的非平稳主方程，即马尔可夫过程。通过引入概率$P(l,t)$来改变出现在原始RED算法中的平均队列大小的计算，该概率定义在给定时间$t$在队列中具有$l$数目的分组的概率，并且取决于队列的先前状态。这样做的好处是完全消除了一个自由参数：队列权重。转移率和概率的计算是在飞行中进行的，并由算法自动确定。非结构化数据包的模拟说明了该方法，RED算法的自适应变体的性能，并与标准RED的比较。
2008-09-18 cs.NI
A Theory of Traffic Regulators for Deterministic Networks with Application to Interleaved Regulators
我们定义了最小的交错调节器，它概括了紧急基于整形器，最近提出的Specht和Samii作为一个更简单的替代，以确定性网络中的每流整形与聚合调度。使用此调节器，多个流的数据包在一个FIFO队列中处理;队列头部的数据包根据其流的调节约束进行检查;在不违反约束的情况下，在可能的最早时间释放数据包。不在队列头的数据包在到达队列头之前不会被检查。因此，该调节器可能延迟队列头部的分组，但也延迟通常属于其他流的所有后续分组。然而，我们表明，当它被放置在一个任意的FIFO系统后，最坏情况下的组合延迟不会增加。这种免费整形的特性在每个流整形器中是众所周知的;令人惊讶的是，它在这里仍然成立。为了得到这个属性，我们引入了一个新的定义的流量调节器，最小的PI调节器，它扩展了贪婪的网络演算和张的最大加调节器，也包括新类型的监管机构，如包速率限制器。顺便说一句，我们提供了一个新的见解之间的等价性最小加和最大加制剂的监管机构和整形。
2018-10-04 cs.NI
QCluster: Clustering Packets for Flow Scheduling
流调度在数据中心中至关重要，因为它直接影响应用程序的用户体验。根据不同的假设和设计目标，有四种典型的流调度问题/解决方案：SRPT，LAS，公平调度和截止日期感知调度。在队列数量有限的商用交换机中实现这些解决方案时，需要通过预先测量流量来设置静态参数，而最佳参数会随时间和空间而变化。本文提出了一个通用的框架，即QCluster，以适应有限数量的队列的所有调度问题。QCluster的核心思想是将具有相似权重/属性的数据包聚集到同一个队列中。QCluster在Tofino交换机中实现，可以以3.2 Tbps的速度对数据包进行集群。据我们所知，QCluster是最快的聚类算法。在可编程交换机和ns-2的测试床上的实验结果表明，QCluster将短流的平均流完成时间（FCT）降低了56.6%，整体平均FCT降低了21.7%。ns-2中的所有源代码都可以在Github中获得，而无需。
2022-03-19 cs.NI
Programmable Data Plane Switch based Heavy Hitter Flow Detection using Packet-Count and Packet-Size features
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Ciena Corporation（赛恩纳公司）
本文针对可编程数据平面交换机中重流量检测因哈希冲突导致的漏检问题，提出结合中期数据包计数与大小特征的方法，在P4和Tofino上实现，利用真实流量验证可显著降低假阴性。
2026-09-09 cs.NI
TRIDENT: A load-balancing Clos-network Packet Switch with Queues between Input and Central Stages and In-Order Forwarding
提出了一种三级负载均衡分组交换机及其配置方案。输入级和中央级开关是无缓冲交叉开关，输出级开关是缓冲交叉开关。我们称这种交换机为三级Clos网络交换机，中间级为队列，采用确定性调度（TRIDENT），交换机是基于信元的。建议的配置方案使用预定的和周期性的互连模式的输入和中央模块的负载平衡和路由流量，因此，它具有低配置复杂性。交换机的操作包括在输入和输出模块处应用的机制，以按顺序转发信元。TRIDENT实现100%的吞吐量均匀和非均匀的容许流量独立和相同的分布（i.i.d.）。该交换机使用低复杂性架构实现了这种高性能，同时执行顺序转发，并且没有中央级扩展或内存加速。我们的讨论包括吞吐量分析，其中我们描述了配置机制对通过交换机的流量执行的操作，以及顺序转发的证明。我们提出了一个模拟分析，作为一个实际的演示开关性能均匀和不均匀的i.i.d.下。交通
2019-08-27 cs.NI
On the Coexistence of a Primary User with an Energy Harvesting Secondary User: A Case of Cognitive Cooperation
在本文中，我们考虑了一个认知场景中，能量收集次级用户（SU）与主用户（PU）共享频谱。辅助源在主源的静默期间帮助主源递送其未递送的分组。主源具有用于存储其数据分组的队列，而次源具有两个数据队列;一个队列用于存储其自己的分组，另一个队列用于存储被接受用于中继的未递送的主分组的部分。假设次级源是基于电池的节点，其从环境中收获能量包。除了其数据队列之外，SU还具有用于存储所收获的能量分组的能量队列。次级能量包用于初级包解码和数据包传输。更具体地，如果次级能量队列为空，则次级源既不能帮助初级源也不能传输来自数据队列的分组。能量排队被建模为具有马尔可夫到达和服务过程的离散时间排队。由于队列之间的相互作用，我们提供了所提出的系统的稳定区域的内部和外部边界。我们研究了能量到达率对稳定区域的影响。数值结果表明，合作的显着收益。
2014-07-28 cs.IT cs.NI math.IT
Queueing Delay Minimization in Overloaded Networks
针对过载网络，提出速率比例与队列比例策略，通过保持节点进出速率比率或基于队列长度调整，实现最小化平均及最大排队时延，并验证优于背压等基准。
2024-11-06 cs.NI
FavourQueue: a Parameterless Active Queue Management to Speed Up Short TCP Flows (and others too!)
本文提出并分析了一种新的主动队列管理（AQM）FavorQueue的实现，旨在改善短寿命TCP流在尽力而为网络中的延迟传输。其思想是将不属于先前首先入队的流的分组出队。其基本原理是减轻长时间TCP流引起的延迟超过短TCP数据请求的速度，并防止在连接开始时和恢复期间丢失数据包。虽然这个主动队列管理的主要目标是加速短TCP流量，我们表明，FavorQueue不仅提高了短TCP流量的性能，但也提高了所有TCP流量的性能，无论流量大小的下降率和延迟。特别是，我们证明了FavorQueue减少了重传数据包的丢失，减少了RTO恢复的丢弃数据包的数量，并将延迟提高了30%，与DropTail相比。最后，我们表明，该方案仍然符合最近的TCP更新，如初始慢启动值的增加。
2013-09-27 cs.NI
Queueing in the Mist: Buffering and Scheduling with Limited Knowledge
调度和管理具有有限缓冲区的队列是计算机网络中最基本的问题之一。传统上，通常假设每个数据包的所有属性在到达时立即已知。然而，随着交通变得越来越多样化和复杂，这种假设在许多情况下是无效的。特别地，在各种场景中，关于分组特性的信息仅在分组已经经历了一些初始处理之后才变得可用。在这项工作中，我们研究了有限的知识管理队列的问题。我们首先展示了在这种情况下任何算法的竞争比的下限。接下来，我们使用从这些边界获得的洞察力，以确定几个算法的概念，适合的问题，并使用这些准则来设计一个具体的算法框架。我们分析了我们所提出的算法的性能，并进一步展示了它如何在各种设置中实现，这些设置由未知信息的类型和性质而异。我们进一步验证我们的结果和算法的方法，模拟研究，提供了进一步的见解，我们的算法设计原则，在有限的知识面前。
2019-12-30 cs.NI
iRED: A disaggregated P4-AQM fully implemented in programmable data plane hardware
本文提出 iRED，一种完全在可编程数据平面硬件中实现的分解式 P4-AQM，通过在入口块丢弃数据包解决出口丢弃问题，显著降低路由器资源消耗并支持 L4S 框架，在 Tofino2 实验中验证了资源节省、带宽公平性和 QoS 提升。
2023-10-27 cs.NI
Kugelblitz: Executable, Cost-Aware Design-Space Exploration for Programmable Packet Pipelines
Max Planck Institute for Software Systems（马克斯·普朗克软件系统研究所）
Kugelblitz通过可执行、成本感知的设计空间探索，解决可编程数据包流水线在程序可行性、硬件成本和系统性能之间的权衡问题。
2026-02-08 cs.AR cs.NI
On Optimal Spectrum Access of Cognitive Relay With Finite Packet Buffer
我们研究了认知无线电系统中，次用户（SU）中继主用户（PU）分组使用两阶段中继。SU在中继阶段利用分时传输自己的分组，并具有一定的接入概率。PU和SU具有有限容量的队列，这导致当队列满时的分组丢失。利用中继队列状态的知识，SU的目标是最大限度地提高其数据包吞吐量，同时保持PU的丢包率低于阈值。通过利用问题的结构，我们将其表示为一个线性规划，并找到SU的最优访问策略。我们还提出了低复杂度的次优接入策略，即恒定概率传输和步进传输。数值结果比较所提出的方法的性能和研究队列大小对分组吞吐量的影响。
2017-01-22 cs.IT cs.NI math.IT
Gauntlet: Finding Bugs in Compilers for Programmable Packet Processing
可编程数据包处理设备，如可编程交换机和网络接口卡正在成为主流。这些设备以特定于域的语言（如P4）进行配置，使用编译器将数据包处理程序转换为针对不同目标的指令。随着带有可编程设备的网络的普及，这些编译器的可靠性至关重要。本文考虑在P4-16的上下文中查找用于数据包处理的编译器中的错误的问题。我们引入特定领域的技术，以诱导异常终止的编译器（崩溃错误）和误编译（语义错误）。我们将这些技术应用于（1）开源P4编译器（P4 C）基础设施，它作为不同P4后端的公共基础;（2）P4参考软件交换机的P4后端;以及（3）Barefoot Tofino交换机的P4后端。在3个平台上，经过8个月的bug发现，我们的工具Gauntlet检测到96个新的和不同的bug（62个崩溃和34个语义），我们与各自的编译器开发人员确认了这些bug。54个已经修复（31个崩溃和23个语义）;其余的已经分配给开发人员。我们的bug查找工作还导致了6个P4规范的更改。我们在p4gauntlet.github.io上开源了Gauntlet，它现在在P4 C的持续集成管道中运行。
2020-10-25 cs.NI cs.SE
Occupancy distributions of homogeneous queueing systems under opportunistic scheduling
我们分析了机会主义计划的传输调度从$n$同质队列的信道状态波动独立。所考虑的方案包括LCQ策略，它从整个系统中最长的连接队列中传输，以及它的低复杂度变体，从连接队列的随机选择的子集内的最长队列中传输。研究了一个马尔可夫模型，其中平均分组传输时间为$n^{-1}$，分组到达率为每个队列的$λ<1$。当系统规模$n$趋于无穷大时，得到了系统在极限情况下的瞬态和平衡的排队占用率分布。
2008-10-01 cs.NI cs.PF
An Exhaustive Survey on P4 Programmable Data Plane Switches: Taxonomy, Applications, Challenges, and Future Trends
传统上，数据平面被设计为具有固定功能，以使用一小组协议来转发分组。这种封闭式设计模式将交换机的功能限制在由供应商硬编码的专有实现上，导致了冗长、昂贵和不灵活的过程。最近，数据平面可编程性已经引起了研究界和工业界的极大关注，允许操作员和程序员一般运行定制的分组处理功能。这种开放式设计模式通过减少设计、测试和采用新协议的时间，为前所未有的创新和实验浪潮铺平了道路;实现了定制的自顶向下的方法来开发网络应用程序;提供了由程序员定义的分组事件的粒度可见性;降低了可编程交换机的复杂性并提高了资源利用率;并且极大地提高了卸载到数据平面的应用的性能。尽管可编程数据平面交换机具有令人印象深刻的优点及其在现代网络中的重要性，但文献一直缺乏全面的调查。为此，本文提供了一个背景，概述了网络从传统到可编程的演变，描述了可编程交换机的要点，并总结了它们相对于软件定义网络（SDN）和传统设备的优势。然后，本文提出了一个独特的，全面的分类与P4语言开发的应用程序;调查，分类和分析超过150篇文章;讨论的挑战和考虑;并提出未来的观点和开放的研究问题。
2021-06-07 cs.NI
Long Tail Behavior of Queue Lengths in Broadband Networks: Tsallis Entropy Framework
提出了一种基于Tsallis熵的最大熵框架来描述宽带网络中队列长度的长尾行为。以数据包数表示的队列长度表达式涉及Hurwitz-zeta函数。当Tsallis熵中的熵参数q小于1时，包的分布产生幂律行为。在q趋于1的极限下，Tsallis熵的表达式由于Shannon而简化为1，恢复了M/M/1排队系统的已知结果. Tsallis熵参数q与Hurst参数H（自相似性度量）之间的关系被假定。给出了一种基于牛顿-拉夫逊法计算拉格朗日参数b的数值方法。流量强度r和拉格朗日的参数b之间的各种关系进行检查使用的数据产生的平均数的数据包从存储模型由于诺罗斯。发现对于不同的熵参数q值，最佳拟合对应于r是b中的衰减指数和幂指数的线性组合。导出了排队长度超过某一值的概率的显式表达式，并证明了当q小于1时，排队长度超过某一值的概率渐近服从幂律。当参数r变化时，系统利用率显示出有趣的行为。当r值较小时，它的值比M/M/1系统的值低，而当r值较大时，情况相反。
2011-01-12 cs.NI
Eiffel: Efficient and Flexible Software Packet Scheduling
分组调度确定分组在排队数据结构中相对于由调度策略强制的某个排序功能的排序。它是许多最新创新的核心组件，用于优化网络性能和利用率。我们在本文中的重点是在软件中的数据包调度的设计和部署。与硬件相比，软件集成商有几个优势，包括更短的开发周期以及功能和部署位置的灵活性。我们大大提高了目前的软件包调度性能，同时保持灵活性，利用数据包排名的基本功能，即，数据包排名是整数，在任何时间点，在有限的范围内的值。我们介绍了Eiffel，一个新的可编程分组调度系统。Eiffel的核心是一个整数优先级队列，它基于查找第一集（FFS）指令，旨在有效地支持广泛的策略和排名功能。作为一个更有效的替代方案，我们还提出了一个新的近似优先级队列，可以优于基于FFS的队列在某些情况下。为了支持灵活性，Eiffel引入了新颖的编程抽象来表达当前最先进的调度器编程模型无法捕获的调度策略。我们在各种设置以及内核和用户空间部署中评估Eiffel。我们表明，它优于最先进的系统的3- 40倍，无论是用于网络处理的核心数量或给定的固定处理能力的流量。
2018-10-06 cs.NI
A Transient Queueing Analysis under Time-varying Arrival and Service Rates for Enabling Low-Latency Services
了解网络会话的详细会话行为对于在Internet上实现低延迟服务至关重要。特别是当链路队列中的分组到达和服务速率随时间变化时，而且当会话是短暂的时，分析相应的队列行为作为时间的函数，这涉及瞬态分析，变得非常具有挑战性。在本文中，我们提出并开发了一个新的分析框架，解剖下随时间变化的到达和服务率，甚至在不稳定的条件下的瞬态队列行为。我们的框架是能够回答关键问题，在设计低延迟服务，如时间相关的概率分布的队列长度;瞬时或时间平均违反概率的队列长度超过一定的阈值;和时间的分数在间隔$[0, t]$在队列长度超过一定的阈值。我们通过将其预测结果与统计模拟结果进行比较来验证我们的框架，并确认我们的分析足够准确。我们的分析框架在设计低延迟服务的有效性的广泛的演示表明，其预测能力的瞬态队列行为在不同的时变分组到达和服务模式可以是一个很高的实用价值。
2017-04-24 cs.NI
Random Linear Network Coding on Programmable Switches
通过扩展传统的存储转发机制，网络编码有能力提高网络的吞吐量，鲁棒性和安全性。鉴于这种新的范例所需的根本不同的分组处理和硬件的可扩展性，现有的解决方案是基于软件的。因此，它们的性能和可扩展性有限，这对其广泛采用造成了障碍。通过利用可编程网络硬件的最新进展，在本文中，我们提出了一个用P4编写的随机线性网络编码数据平面，作为迈向生产级平台的第一步。我们的解决方案包括结合多个数据包的有效载荷和执行所需的伽罗瓦域操作的能力，并显示承诺是实际的，即使在严格的存储器和处理限制的交换硬件。
2019-09-05 cs.NI
Flow-Level Stability of Wireless Networks: Separation of Congestion Control and Packet Scheduling
现在公知的是，如果使用基于阿尔法公平拥塞控制和背压的调度和路由，则具有文件到达和离开的无线网络是稳定的。在本文中，我们研究是否？阿尔法公平拥塞控制对于流级稳定性是必要的。我们表明，即使是非常简单的拥塞控制机制，如一个固定的窗口大小的计划，限制了允许进入流的入口队列的数据包的最大数量，可以确保稳定性。我们的研究结果的一个关键因素是使用的队列长度作为链接权重的多项式之间的差异。这个结果让人想起CSMA算法的结果，但原因完全不同。
2012-09-25 cs.NI
Introducing Packet-Level Analysis in Programmable Data Planes to Advance Network Intrusion Detection
本文提出P4DDLe框架，利用P4可编程数据平面进行数据包级特征提取与预处理，在保留流量语义的同时选择性过滤数据，有效降低内存与控制通道开销，并实现对DDoS攻击的精确检测。
2024-01-04 cs.CR cs.NI
Running in Circles: Packet Routing on Ring Networks
我分析单向环形网络上的数据包路由，着眼于建立预期长度的队列上的界限。假设我们通过贪婪的“烫手山芋”协议路由数据包。如果数据包是通过伯努利过程插入的，并且在环上有统一的目的地，并且如果标称负载保持固定，那么我可以构造一个与环的大小无关的每个节点的预期队列长度的上界。如果数据包只经过一步或两步，我就可以计算出任何大小的环的确切预期队列长度。我还展示了在更一般情况下的一些稳定性结果。如果数据包是由任意遍历的隐马尔可夫过程插入的，且标称负载小于1，且由任意贪婪协议路由，则证明了环是遍历的。
2014-02-12 cs.NI math.PR
Can Determinacy Minimize Age of Information?
信息量度量（AoI）是一种新提出的信息新鲜度的性能度量。它与传统的延迟度量不同，因为它是以目的地为中心的，并测量自上次接收到的源处生成的新信息更新以来所经过的时间。AoI已经分析了几种搜索模型，并在文献中研究了优化AoI过到达率和服务率的问题。我们考虑在更新生成和服务时间分布的空间上最小化AoI的问题。特别是，我们问确定性，即定期生成更新数据包和/或确定性服务，优化AoI。通过考虑几个服务系统，我们表明，在某些设置中，确定性服务实际上可以导致在最坏的情况下AoI，而重尾分布式服务可以产生最小的AoI。这导致了一个有趣的结论，在某些集群系统中，最小化预期分组延迟或分组延迟方差的服务时间分布实际上会导致最坏情况的AoI。这暴露了AoI度量和分组延迟之间的根本区别。
2019-01-14 cs.NI
Performance Evaluation of Packet-to-Cell Segmentation Schemes in Input Buffered Packet Switches
大多数输入缓冲分组交换机在内部将可变长度的分组分段成固定长度的信元。如果分组长度不能被信元长度整除，则分段分组中的最后一个信元将包含开销字节。交换机加速用于补偿此开销。在本文中，我们开发了一个分析模型的单服务器队列中的输入数据包流被分割成细胞的服务。分析模型的M/M/1，M/H2/1，和M/E2/1与离散化（或量化）的服务时间排队。这些模型和仿真使用真正的数据包跟踪用于评估平均队列长度的加速效果。我们提出并评估了一种新的方法分割成一个单一的细胞的数据包尾部和随后的数据包报头。这种单元格合并方法降低了所需的加速。不需要改变开关矩阵调度算法。模拟与数据包跟踪显示，减少了所需的速度为iSLIP调度输入缓冲交换机。
2004-03-17 cs.NI cs.PF
LSTFCoDel: CoDel with LSTF-Style Priority Queuing
在计算机网络中，拥塞控制是非常重要的。由于互联网流量的突发性，拥塞不仅困扰着网络边缘，也困扰着网络核心。已经提出了许多补救措施来对抗拥塞，主动队列管理（AQM）就是这样的建议。AQM通过主动避免拥塞来防止拥塞。一些排队规则，如随机早期检测（RED），将在队列接近容量时过早丢弃随机数据包（具有一定概率），以通知发送方后退。然而，RED利用队列长度作为指示拥塞的机制。另一方面，受控延迟（CoDel）排队规则使用排队延迟作为拥塞的指示。RED和CoDel的问题在于它们不加区别地对待所有数据包。通常使用FIFO队列实现，CoDel只是以先到先得的方式将数据包入队和出队。优先级排队可以被仔细地用于选择性地服务分组，其使用与CoDel用于AQM的度量（排队延迟）完全相同的度量。也就是说，最小空闲时间优先（LSTF），多处理器调度算法采用优先级调度，巧合的是，也是基于延迟。在计算机网络的上下文中，LSTF可以应用于控制平面或数据平面。在控制平面上，LSTF在整个网络中发挥作用，但这样做需要所有中间路由器来实现它; LSTF还需要在数据包级别上支持松弛条目。在数据平面内，LSTF可以实现为基于路由器中的延迟的排队机制（就像CoDel AQM）。本文将数据平面级LSTF应用于CoDel AQM算法中，在CoDel AQM算法的范围内实现基于延迟的数据包分类。
2020-07-02 cs.NI
Prioritized Multi-stream Traffic in Uplink IoT Networks: Spatially Interacting Vacation Queues
大规模物联网（IoT）预计将为完全连接的世界引入大量应用。设想了异构流量，其中在每个IoT设备处生成的数据包应根据其优先级进行区分和服务。本文开发了一种新的优先级感知时空数学模型来表征具有上行链路优先级多流流量（PMT）的大规模物联网网络。特别地，利用随机几何来考虑共存的IoT设备之间的宏观网络范围的相互干扰。离散时间马尔可夫链（DTMCs）被用来跟踪每个设备的每个优先级流内的数据包的微观演变。为了减轻维数灾难，我们分解的优先级排队模型在每个设备上的服务器休假的单队列系统。为此，具有PMT的IoT网络被建模为空间交互的休假队列。队列之间的相互作用，在分组离开概率方面，由于相互干扰而发生。服务休假发生在较低优先级分组以寻址较高优先级分组。在此基础上，提出了不同优先级的专用信道接入策略和共享信道接入策略，并进行了比较。结果表明，在综合考虑传输成功概率、队列溢出概率和延迟的情况下，共享接入具有更好的性能。
2020-07-25 cs.IT cs.NI eess.SP
Measurement Study of Programmable Network Coding in Cloud-native 5G and Beyond Networks
本文提出FlexNC和RecNet两种可编程网络编码方案，在真实5G硬件上实现并验证其能灵活适配应用需求并显著降低丢包。
2024-08-12 cs.NI
State Dependent Attempt Rate Modeling of Single Cell IEEE~802.11 WLANs with Homogeneous Nodes and Poisson Packet Arrivals
基于IEEE 802.11的WLAN的分析模型总是基于近似，例如由Bianchi提出的用于对由饱和节点组成的单小区WLAN进行建模的公知的\textit{decoupling approximation}。在本文中，我们提供了一种新的方法来模拟的情况下，节点不饱和。我们研究了一个状态相关的尝试率（SDAR）近似模型$M$队列（每个节点一个队列）的CSMA/CA协议服务的IEEE 802.11 DCF MAC协议的标准化。近似是，当$M$队列的$n$非空时，$n$非空节点的传输尝试概率由Bianchi模型提供的$n$“饱和”节点的长期传输尝试概率给出。SDAR近似将具有非饱和节点的单小区WLAN简化为“耦合队列系统”。当数据包按照独立的泊松过程到达$M$队列时，我们给出了具有SDAR服务的耦合排队系统的马尔可夫模型。\textit{The main contribution of this paper is to provide an analysis of the coupled queue process by studying a lower dimensional process, and by introducing a certain conditional independence approximation}。我们发现，竞争的SDAR模型提供了一个准确的模型，DCF …
2010-10-21 cs.NI cs.PF
On the Stable Throughput of Cooperative Cognitive Radio Networks with Finite Relaying Buffer
在本文中，我们研究了认知无线电系统中的协作通信问题，其中次用户有有限的中继空间的偷听主数据包。更具体地说，我们的特点是稳定的吞吐量区域的认知无线电网络与有限的中继缓冲区在次要用户。为了实现这一目标，我们制定了一个约束优化问题，最大限度地提高次要用户的吞吐量，同时保证稳定的主要用户队列。我们考虑一个一般的合作政策，其中的数据包准入和队列选择概率，在二级用户，都依赖于有限的中继缓冲区的状态（长度）。尽管纯粹的优化问题的复杂性，由于其非凸性，我们将其转换为一个线性规划。我们的数值结果揭示了一些有价值的见解，例如，就扩展稳定吞吐量区域而言，在传递主分组时进行合作总是互利的。此外，该系统的稳定吞吐量区域，相比无限中继队列容量的情况下，边际收缩有限中继队列容量。
2014-10-09 cs.NI
Compound TCP with Random Early Detection (RED): stability, bifurcation and performance analyses
因特网中增加的排队延迟的问题激发了对当前实现的传输协议和主动队列管理（AQM）策略的研究。我们研究了具有随机早期检测（RED）的复合TCP（Windows中的默认协议）。RED使用队列大小的指数加权移动平均值来做出丢包决策，旨在控制队列大小。必须研究RED与当前的协议，以探讨其在增加延迟的情况下的可行性。我们推导出一个非线性的时间延迟模型的化合物TCP-RED。我们推导了该模型局部稳定的充分条件，并研究了TCP流的往返时间（RTT），队列平均参数和丢包阈值的影响。此外，我们建立了系统经历了一个霍普夫分岔作为上述参数的变化。这表明队列大小中出现了极限环，这可能导致TCP流的同步和链路利用率的损失。接下来，我们研究了一个制度，队列大小平均不执行，丢包的决定是基于瞬时队列大小。在这个制度下，我们得到的必要和充分条件的局部稳定性。在两个制度-与和没有队列大小平均-的化合物TCP-RED的稳定性结果的比较表明，平均可能不利于系统的稳定性。数据包级仿真结果表明，随着系统参数的变化，队列长度确实表现出极限环振荡。然后，我们概述了一个简单的基于阈值的队列策略，可以确保稳定的低延迟操作。我们表明，阈值策略优于RED的排队延迟，流完成时间和数据包丢失。我们强调，基于阈值的政策可以缓解互联网上的延迟增加的问题。
2019-07-15 cs.NI cs.SY eess.SY
Performances Evaluation of Enhanced Basic Time Space Priority combined with an AQM
主动队列管理（AQM）是网络中一种有效的工具，通过在队列满之前警告发送方队列几乎满了来降低发送方的速度，从而避免队列饱和。缓冲区管理计划集中在空间管理，在另一方面调度优先级（集中在时间管理）试图保证可接受的延迟边界的应用程序，这是很重要的延迟是有界的。组合机制（时间和空间管理）是可能的，并且使网络能够改善终端用户处的多媒体业务的感知质量。本文的核心思想是研究一种结合主动队列管理和时空优先级机制的多媒体流传输机制在HSDPA网络中的性能。所研究的队列由实时的和非实时的包共享。我们提出了一个数学模型，使用泊松和MMPP过程来模拟系统中的数据包的到达。分析推导了组合EB-TSP的性能参数，并与简单EB-TSP的情况进行了比较。得到的数值结果显示了积极的影响，AQM添加到EB-TSP的NRT数据包的性能参数相比，简单的EB-TSP。
2013-04-11 cs.NI
Age of Information in an Overtake-Free Network of Quasi-Reversible Queues
我们展示了如何计算准可逆队列的无超车网络中的信息时代，在所有节点上具有指数外生的多个类别的更新数据包和指数服务时间的到达时间。结果提供了任何数量的M/M/1先来先服务（FCFS）队列串联，并为网络与两个类的更新数据包，通过网络中的不同队列进入，并通过相同的队列退出。主要的收获是，在具有不同类别的更新数据包的网络中，各个类别大致保持了它们在网络中单独存在时所达到的年龄，除非共享队列变得饱和，在这种情况下，年龄会大大增加。
2021-04-15 cs.NI cs.PF
Maximizing Service Reward for Queues with Deadlines
本文研究了一个带有奖励和截止期的实时的排队系统。我们假设数据包到达时的处理时间是已知的，就像通信网络中的情况一样。这个假设使我们能够证明，众所周知的最早期限优先的政策性能可以提高。然后，我们提出了一个调度策略，提供了良好的结果与奖励和最后期限的数据包。我们证明了在确定服务时间和二项报酬分布下，该策略是最优的。在更一般的情况下，我们证明了该政策处理的最大数量的数据包，同时收集奖励高于预期的奖励。我们目前的仿真结果表明，它的高性能在更一般的情况下相比，最常用的调度策略。
2018-08-23 cs.NI cs.PF
Packet Skipping and Network Coding for Delay-Sensitive Network Communication
我们提供了一个分析研究的影响，数据包跳过和机会网络编码的消息通过一个单一的网络元素的及时通信。在第一步中，我们考虑了一个单服务器排队系统的泊松到达，指数的服务时间，和一个单一的缓冲区的位置。到达网络节点的数据包有一个固定的截止日期，在此之前它们应该到达目的地。为了保持服务器的容量，我们引入了一个阈值策略，根据剩余的时间，直到最后期限到期，以决定是否提供一个数据包或跳过它的服务。所获得的有效吞吐量的改善系统的推导，以及阈值可以提高性能的操作条件。随后，我们将重点分析支持网络编码而不是阈值的系统。我们的特点的影响，在路由器节点上的网络编码与最后期限相关的数据包的交付。我们建模的路由器节点作为一个包到达两个独立的泊松流和机会主义的编码操作的嵌入式系统。我们得到了系统有效吞吐量的精确表达式，并研究了可实现的增益。最后，我们提供了一个分析模型，同时考虑网络编码和数据包跳过，捕捉他们的联合性能。对上述方法进行了比较分析。
2013-01-20 cs.NI
Technical Report: Efficient Buffering and Scheduling for a Single-Chip Crosspoint-Queued Switch
单芯片交叉点排队（CQ）交换机是一种紧凑的交换结构，它的所有缓冲器都放置在输入和输出线的交叉点上。调度也在交换核心内部执行，并且不依赖于与输入或输出线路卡的延迟受限通信。与传统的交换结构相比，CQ交换机具有吞吐量高、时延小、调度复杂度低、无加速要求等优点。然而，交叉点缓冲区是小的和隔离的，因此如何有效地使用缓冲区和避免数据包丢失仍然是一个需要解决的主要问题。在本文中，我们考虑负载均衡，偏转路由，和缓冲池有效的缓冲区共享的CQ交换机。我们还设计了调度算法，以保持正确的数据包顺序，即使在采用多路径交换和解决多路复用引起的竞争。所有这些技术都需要适度的硬件修改和交换核心中的存储器加速，但可以大大提高缓冲区利用率高达10倍，并将丢包率降低一到三个数量级。大量的模拟和分析已经完成，以证明所提出的缓冲和调度技术在各个方面的优势。通过将片上存储器推到当前ASIC技术的极限，我们表明，在对应于0.9负载的真实互联网流量迹线下，可以实现10 e-8的信元丢弃率，这对于实际应用来说足够低。
2014-03-09 cs.NI
Optimal Cooperative Cognitive Relaying and Spectrum Access for an Energy Harvesting Cognitive Radio: Reinforcement Learning Approach
Qatar University（卡塔尔大学）；Nile University（尼罗河大学）
在本文中，我们考虑了认知环境下的合作通信的背景下，认知无线电（CR）用户被假定为网络的自组织中继。假设CR用户和PU是能量采集器。CR用户协作地中继主用户（PU）的一些未递送的分组。具体地，CR用户将未递送的主分组的一部分存储在中继队列（缓冲器）中。它使用时隙上的适当动作来管理未递送的主分组到其中继队列的流。此外，它具有在空闲时隙（PU的队列为空的时隙）选择用于信道接入的所用队列的决定。假设一个数据包传输消耗一个能量包。最优策略根据主用户和CR用户到达数据和能量队列的速率以及信道的连通性而变化。CR用户通过承担中继未递送的主分组的责任来为PU节省能量。随着时间的推移，它最佳地组织自己的能量包以最大化其收益。
2014-07-08 cs.IT cs.LG cs.NI
Memory-Efficient Performance Monitoring on Programmable Switches with Lean Algorithms
众所周知，网络性能问题很难诊断。先前的剖析系统通过保持关于每个网络流的信息来收集性能统计，但是维护每个流的状态在资源受限的NIC和交换机硬件上是不可缩放的。相反，我们提出了基于草图的性能监控使用的内存是次线性的流量。现有的草图基于流大小来估计流监视度量。相比之下，性能监控通常需要组合分组对之间的信息，例如将数据分组与其确认进行匹配以计算往返时间。我们定义了一类新的\emph{lean}算法，使用内存次线性的输入数据的大小和流的数量。然后，我们引入精益算法的一组重要的统计数据，如识别流的高延迟，丢失，无序，或重传的数据包。我们实现我们的精益算法的原型商品可编程开关使用P4语言。我们的实验表明，精益算法检测$\sim$ 82%的前100个有问题的流在现实世界中的数据包跟踪使用只有40 KB的内存。
2019-11-16 cs.DS cs.NI
Delay Modelling for a Single-hop Wireless Mesh Network under Light Aggregate Traffic
在本文中，我们考虑的平均延迟建模的问题，在IEEE 802.11 DCF无线网状网络与一个单一的根结点下轻流量。当数据包的产生是速率为λ的齐次泊松过程时，推导了同位无线Mesh网络的平均时延表达式.我们还展示了如何我们的分析可以扩展到非均匀泊松包生成。我们通过将排队系统解耦为独立的M/M/1排队系统来模拟平均时延。大量的模拟进行验证的分析结果。
2010-09-03 cs.NI
DeviceRadar: Online IoT Device Fingerprinting in ISPs using Programmable Switches
DeviceRadar利用可编程交换机，通过关键数据包和空间关系提取特征，在ISP网络中实现高吞吐、低延迟的在线物联网设备指纹识别，准确率领先且处理时间大幅缩短。
2024-04-19 cs.CR cs.NI
Performance Modelling and Analysis of Connection Admission Control in OFDMA based WiMAX System with MMPP Queuing
提出了宽带无线网络中正交频分多址接入（OFDMA）的排队论性能建模与分析问题。我们考虑一个单小区WiMAX环境中，基站分配子信道的用户站在其覆盖范围内。分配给用户站的子信道由该用户站处的多个连接共享。为了确保服务质量（QoS）性能，在用户站处考虑两种连接接纳控制（CAC）方案，即，基于阈值的CAC方案和感知拥塞的CAC方案。这些准入控制方案的排队分析框架，考虑基于OFDMA的传输在物理层。然后，在排队模型的基础上，研究了连接级和分组级的性能，并与无CAC情况下的类似性能进行了比较。连接到达由泊松过程建模，并且连接的分组到达由马尔可夫调制泊松过程（MMPP）建模。我们确定分析和数值不同的性能参数，如连接阻塞概率，正在进行的连接的平均数量，平均队列长度，数据包丢弃概率，队列吞吐量和平均数据包延迟。
2013-04-07 cs.NI
Comparative Analysis of Congestion Control Algorithms Using ns-2
为了减少网络流量指数级增长所导致的不断上升的丢包率，主动队列管理技术，如随机早期检测（RED）已经出现。流随机早期丢弃（FRED）基于给定流的瞬时队列占用来保持状态。FRED通过确定性地接受来自低带宽连接的流来保护脆弱流，并通过计算数据包到达和离开期间的队列长度来修复RED的几个缺点。随机公平分配（SFQ）确保公平访问网络资源，并防止突发流消耗超过其公平份额。在（随机指数标记）REM的情况下，关键思想是将拥塞度量与性能度量（丢失、队列长度或延迟）解耦。稳定的RED（SRED）是另一种检测无响应流的方法。本文对RED、SFQ和REM三种拥塞控制算法的吞吐量、时延和队列长度进行了比较分析。并对这些算法在不同带宽下的丢包率进行了比较分析。
2012-03-16 cs.NI
