QOS配置参数对HFSC算法的影响

1. 分析

由于HFSC算法的资料很少，无法对算法做很深入的了解，无法获知HFSC参数rt ls ul具体的作用。由以下的分析过程，可以大概看出配置值对rt ls ul 各个参数值的影响，最终分析了解限速带宽及延时的作用机理。进而为修改成绝对优先级提供参考。因资料少，可能会有偏差，如发现问题，请指正。

 

如下QOS中，默认对4种优先级设置的参数值

#最高优先级

config class 'Priority'

       option packetsize '400'

       option maxsize '400'

       option avgrate '10'

       option priority '20'

 

#最高优先级下行

config class 'Priority_down'

       option packetsize '1000'

       option avgrate '10'

 

#高优先级

config class 'Express'

       option packetsize '1000'

       option maxsize '800'

       option avgrate '50'

       option priority '10'

 

#普通优先级

config class 'Normal'

       option packetsize '1500'

       option packetdelay '100'

       option avgrate '10'

       option priority '5'

 

#普通优先级下行

config class 'Normal_down'

       option avgrate '20'

 

#低优先级

config class 'Bulk'

       option avgrate '1'

       option packetdelay '200'

       #由于低优先级无权值，默认设置为option priority '1'

 

以下解析带宽分类方案中各个值生成过程：

HSFC算法参数解析

rt : 为实时服务曲线

ls : 为链接分享服务曲线

sc : rt+ls服务曲线（由rt与ls共同服务）

ul : 为上限服务曲线

至少一个rt,ls或sc必须被指定，ul只能在ls或sc下使用

 

XX := [ [ m1 BPS ] d SEC ] m2 BPS

m1 : 第一段的斜率

d  :x轴为时间，单位us

m2 : 第二段的斜率

 

初始如下（其中rate为限速值）

rate <= 0 ,rate = 128

avgrate = avgrate * rate / 100

maxrate = maxrate * rate / 100

pktsize <= 0 ,pktsize = 1500

prio <=0 , prio = 1

dmax = 100

 

例子：

设置下行限速带宽为20Mb/s，即20480 Kbit/s时，生成的分类方案如下。

class hfsc 1: root

A: class hfsc 1:1  parent 1: sc m1 0bit d 0us m2 20480Kbit ul m10bit d 0us m2 20480Kbit

B：class hfsc 1:10 parent1:1 leaf 100: rt m1 4642Kbit d 95us m2 2048Kbit ls m1 4642Kbit d 95us m211377Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

C：class hfsc 1:20parent 1:1 leaf 200: rt m1 10672Kbit d 95us m2 10240Kbit ls m1 10672Kbit d 95usm2 5688Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

D: class hfsc 1:30 parent 1:1 leaf 300: lsm1 0bit d 100.0ms m2 2844Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

E: class hfsc 1:40 parent 1:1 leaf 400: lsm1 0bit d 200.0ms m2 568000bit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

 

A行 中只设置最大的服务带宽等为20480kbit/s，对分类的带宽值无影响。

 

1.1 B行（最高优先级）

############## 【rt参数】######################################################

   注：在m1值大于0的情况下才会设置rt参数，因而D，E行无rt参数，且ls m1都为0 bit

  --------------m2---------------------------------------------------------------------

   由初始化时avgrate = avgrate * rate / 100知

   m2 = avgrate = 10 * 20480  / 100 = 2048 Kbit

 

  --------------d----------------------------------------------------------------------

   设置packetdelay的情况下，d = packetdelay

   没有的情况下，d = 2 * pktsize * 1000 / (rate * 1024)

   另外最高优先级在下行时使用Priority_down的packetsize值1000，上行时为400，d单位为ms

   此时

   d =  2* 1000 * 1000 / (20480 * 1024) = 0.0953674 ms，在使用时由于d为整数，故d = d * 1000 = 95 us

 

  -------------m1----------------------------------------------------------------------

   m1值的解析比较复杂，请反方向往上看推算过程，在packetdelay没有设置时才进行m1计算，否则m1 = 0

   m1 = m2 + ds / packetdelay

      = 2048 + 247.396 / 0.0953674 = (int)4642.135 Kbit = 4642 Kbit

 

   ds = ds_avail * prio / sum_rtprio = 371.094* 20 / 30 = 247.396

 

   prio = 20

 

   packetdelay = 0.0953674 ms

 

   sum_rtprio是所有满足avgrate > 0并且 delay <= 0的类别prio的和

   sum_rtprio = 10（最高） +  20（高） = 30

 

   ds_avail = dmax * (rate - allocated)

   ds_avail = 0.0953674 * (20480 - 16588.8) =371.094

   下一个类别的ds_avail为ds_avail = ds_avail - ds

 

   allocated为所有avgrate的和，此时avgrate = avgrate *rate / 100

   allocated = 10 * 20480 / 100（最高） + 50 * 20480 / 100（高） + 20 * 20480 / 100（普通下行） + 1 * 20480 / 100（低）

             = 2048 + 10240 + 4096 + 204.8

             = 16588.8

 

   dmax为最大延迟值，是没有设置packetdelay的这些类中，d在计算过程中的最大值。

   即此时只在计算Priority，Express中d的过程中获取这个值。如果packetdelay都设置了，则使用初始化时的100

   故此时

   dmax = 2 * 1000 * 1000 / (20480 * 1024) = 0.0953674 ms

 

##########【ls参数】###########################################################

  -------------m1----------------------------------------------------------------------

   ls中的m1重用了rt中m1的值，故

   m1 = 4642 Kbit，另rt中m1值为0的情况下，ls中m1会继续设置，因此普通，低优先级中缺失rt参数，同时ls中m1 = 0 Kbit。

 

  --------------d----------------------------------------------------------------------

   ls中重用了rt中d的值，故

   d = 0.0953674 ms，在使用时由于d为整数，故d = d * 1000 = 95 us

 

  --------------m2---------------------------------------------------------------------

   m2 = rate * prio / sum_prio

   sum_prio为所有设置的priority的和，此时sum_prio = 10（最高）+ 20（高）+ 5（普通）+ 1（低优先级没有设置时，初始化为1） = 36

   故，m2 = 20480 * 20 / 36 = (int)11377.777 =  11377 Kbit

 

  ###########【ul参数】########################################################

   ul参数中各个分类中结果一样为，ul m1 0bit d 0us m2 20480 Kbit，不做分析

 

 

以下用B行的分析过程验证C行，D行，E行的结果。

1.2 C行（高优先级）

  ###########【rt参数】########################################################

-------------m1----------------------------------------------------------------------

   dmax =  2 * 1000 * 1000 / (20480 *1024) = 0.0953674 ms

   allocated = 10 * 20480 / 100（最高） + 50 * 20480 /100（高） + 20 * 20480 / 100（普通下行） + 1 * 20480 / 100（低）

           = 2048 + 10240 + 4096 + 204.8

           = 16588.8

    经过B行后的，没有设置packetdelay的情况下ds_avail= ds_avail - ds = 371.094（B行结果） - 247.396（B行结果） =  123.698

   sum_rtprio = 10（最高） +  20（高） = 30

   prio = 10

   packetdelay = 0.0953674 ms

   ds = ds_avail * prio / sum_rtprio = 123.698 * 10 / 30 = 41.2327

   m1 = m2 + ds / packetdelay = 10240 + 41.2327 / 0.0953674 = (int)10672.3564 Kbit = 10672 Kbit

 

   --------------m2---------------------------------------------------------------------

   avgrate = avgrate * rate / 100 = 50 * 20480 / 100 = 10240 Kbit/s

 

   --------------d----------------------------------------------------------------------

    d= 2 * pktsize * 1000 / (rate * 1024) = 2 * 1000 * 1000 （20480 * 1024） = 0.0953674ms

    在使用时由于d为整数，故d = d *1000 = 95 us

 

  ###########【ls参数】#########################################################

   --------------m2---------------------------------------------------------------------

   m2 =  rate * prio / sum_prio =20480 * 10 / 36 = (int)5688.8889 Kbit = 5688 Kbit

 

   --------------d----------------------------------------------------------------------

    d= 0.0953674 ms = 95 us，ls中重用了rt中d的值

 

   -------------m1----------------------------------------------------------------------

   m1重用rt m1值 10672 Kbit

 

  ###########【ul参数】#########################################################

   ul参数中各个分类中结果一样为，ul m1 0bit d 0us m2 20480 Kbit，不做分析

  

    验证后结果符合。

1.3 D行（普通优先级）

  ###########【rt参数】########################################################

   -------------m1----------------------------------------------------------------------

    此处packetdelay有设置，故m1 = 0Kbit

    因此rt参数都不设置

  

  ###########【ls参数】#########################################################

   --------------m2---------------------------------------------------------------------

   m2 =  rate * prio / sum_prio =20480 * 5 / 36 = (int) 2844.4444 Kbit = 2844 Kbit

   --------------d----------------------------------------------------------------------

    d= 100 ms (packetdelay已设置)

   -------------m1----------------------------------------------------------------------

   m1重用rt m1值 0 Kbit

 

  ###########【ul参数】########################################################

   ul参数中各个分类中结果一样为，ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit，不做分析

 

   验证后结果符合。

1.4 E行（低优先级）

  ###########【rt参数】#########################################################

  -------------m1----------------------------------------------------------------------

    此处packetdelay有设置，故m1 = 0Kbit

    因此rt参数都不设置

  

  ###########【ls参数】#########################################################

   --------------m2---------------------------------------------------------------------

   m2 =  rate * prio / sum_prio =20480 * 1 / 36 = (int) 568.8889 Kbit = 568 Kbit

   --------------d----------------------------------------------------------------------

    d= 200 ms (packetdelay已设置)

   -------------m1----------------------------------------------------------------------

   m1重用rt m1值 0 Kbit

 

  ###########【ul参数】#########################################################

   ul参数中各个分类中结果一样为，ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit，不做分析

 

   验证后结果符合。

2. 结论

参数中packetsize，maxsize是两个很少变动的值或者不应该变动的值，因此对于avgrate，packetdelay，priority的分析是核心。

从以上分析过程可以看出：

 

【avgrate】

---------------rt参数中------------------------------------------------------------------

avgrate对于本类别rt参数中的m1，m2的值是正线性关系，对于其他类别m1是负向关系，对于其他类别m2没有影响。

 

---------------ls参数中------------------------------------------------------------------

由于重用，对于ls参数中的m1是正线性关系，对m2值没有影响。

 

【packetdelay】

由于B，C行配置没有设置packetdelay，故按packetsize生成的packetdelay是固定不变的。

对于D，E行配置设置了packetdelay，直接作用于HFSC算法，并且只作用于ls参数，具体在算法中的作用不是很明晰。

即packetdelay对设置了packetdelay的类别有影响，由于加大延时减缓带宽，故是消极影响。

 

【priority】

---------------在rt参数中----------------------------------------------------------------

ds = ds_avail * prio / sum_rtprio，

m1 = m2 + ds / packetdelay，

m2 = avgrate * rate / 100

知，对于增大prio值的类别rt参数中的m1值增大，是正向关系，对m2值没有影响。对于其他类别中的m1是负向关系。

 

---------------在ls参数中----------------------------------------------------------------

ls参数中m1重用rt参数m1，故priority对于m1值是正向关系。

m2 = rate * prio / sum_prio，故对于增大prio值的类别m2是正向关系，对其他类别中的m2是负向关系。

 

3. 验证结论

以下通过测试验证以上的结论：

 

默认配置生成的结果：

class hfsc 1: root

A: class hfsc 1:1  parent 1: sc m1 0bit d 0us m2 20480Kbit ul m10bit d 0us m2 20480Kbit

B：class hfsc 1:10parent 1:1 leaf 100: rt m1 4642Kbit d 95us m2 2048Kbit ls m1 4642Kbit d 95us m211377Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

C：class hfsc 1:20parent 1:1 leaf 200: rt m1 10672Kbit d 95us m2 10240Kbit ls m1 10672Kbit d 95usm2 5688Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

D: class hfsc 1:30 parent 1:1 leaf 300: lsm1 0bit d 100.0ms m2 2844Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

E: class hfsc 1:40 parent 1:1 leaf 400: lsm1 0bit d 200.0ms m2 568000bit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

 

3.1 验证avgrate结论

修改Priority_down中avgrate = 20（原来为10），结果为：

class hfsc 1: root

class hfsc 1:1 parent 1: sc m1 0bit d 0usm2 20480Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:10 parent 1:1 leaf 100: rt m15324Kbit d 95us m2 4096Kbit ls m1 5324Kbit d 95us m2 11377Kbit ul m1 0bit d 0usm2 20480Kbit

class hfsc 1:20 parent 1:1 leaf 200: rt m110444Kbit d 95us m2 10240Kbit ls m1 10444Kbit d 95us m2 5688Kbit ul m1 0bit d0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:30 parent 1:1 leaf 300: ls m10bit d 100.0ms m2 2844Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:40 parent 1:1 leaf 400: ls m10bit d 200.0ms m2 568000bit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

可以看出满足结论。

 

3.2 验证packetdelay结论

修改Normal的packetdelay = 300 （原来为100），结果为：

class hfsc 1: root

class hfsc 1:1 parent 1: sc m1 0bit d 0usm2 20480Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:10 parent 1:1 leaf 100: rt m14642Kbit d 95us m2 2048Kbit ls m1 4642Kbit d 95us m2 11377Kbit ul m1 0bit d 0usm2 20480Kbit

class hfsc 1:20 parent 1:1 leaf 200: rt m110672Kbit d 95us m2 10240Kbit ls m1 10672Kbit d 95us m2 5688Kbit ul m1 0bit d0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:30 parent 1:1 leaf 300: ls m10bit d 300.0ms m2 2844Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:40 parent 1:1 leaf 400: ls m10bit d 200.0ms m2 568000bit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

可以看出设置的300直接作用于1:30 ls参数中d值。满足结论。

 

3.3 验证priority结论

修改Express的priority = 30（原来为10），结果为：

class hfsc 1: root

class hfsc 1:1 parent 1: sc m1 0bit d 0usm2 20480Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:10 parent 1:1 leaf 100: rt m13604Kbit d 95us m2 2048Kbit ls m1 3604Kbit d 95us m2 7314Kbit ul m1 0bit d 0usm2 20480Kbit

class hfsc 1:20 parent 1:1 leaf 200: rt m111640Kbit d 95us m2 10240Kbit ls m1 11640Kbit d 95us m2 10971Kbit ul m1 0bit d0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:30 parent 1:1 leaf 300: ls m10bit d 100.0ms m2 1828Kbit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

class hfsc 1:40 parent 1:1 leaf 400: ls m10bit d 200.0ms m2 365000bit ul m1 0bit d 0us m2 20480Kbit

可以看出满足结论。