10、公平带宽分配：无流状态下的策略与算法

公平带宽分配：无流状态下的策略与算法

在网络通信中，公平地分配带宽是一个至关重要的问题。本文将介绍一种无需为每个流维护状态的公平带宽分配策略，该策略通过实现公平丢弃策略来确保输出序列的公平性，同时对存储需求进行了深入分析。

1. 公平丢弃策略概述

在传统的路由器中，当数据包到达时，它们会进入队列，然后按照先进先出（FIFO）的顺序通过输出链路传输。若数据包的到达会导致队列溢出，无论该数据包属于哪个流，都会被丢弃。而公平丢弃策略则在路由器中引入了一个预过滤器，该过滤器会检查每个到达的数据包。如果接受该数据包会违反公平性准则，则立即丢弃；否则，将其转发到队列。

预过滤器的实现无需为待处理的数据包提供临时存储，因为每个数据包在到达时都会立即处理，这一特性使其与公平排队方法有所区别。预过滤器基于与数据包所属流相关的非负整数变量“超额量”（excess）来决定是否丢弃数据包，并且不存储其他数据。实际上，大多数超额量为零，无需显式存储。该策略的主要成果是精确确定了同时为正的超额量的数量，这表明维护预过滤器所需的存储和处理能力在现有路由器的能力范围之内。

2. 公平性准则与算法

2.1 公平性定义

考虑一系列大小相等的数据包到达路由器，通过单个输出链路传输。每个数据包都标有其所属流的名称，数据包的标签序列称为到达序列。丢弃策略是在每个数据包到达时决定是否丢弃该数据包的规则。对于给定的丢弃策略和到达序列，未被丢弃的数据包标签组成的子序列称为输出序列。

从非正式的角度来看，如果在任何时间段内没有流显著超过其公平份额，则认为输出序列是公平的。正式定义基于两个常量：一个通常较小的正常数 $\epsilon$，定义了