基于参数研究的RED拥塞控制改进算法的设计与实现

论文摘要

随着通信技术的发展和各种网络应用服务的不断增加,接入网络的用户数量急剧增长,Internet已经成为人们进行交流的全球性信息基础设施。同时,大量的数据涌入网络,使得网络流量急剧增长,加剧了网络拥塞,降低了网络资源的利用率和服务质量。网络拥塞控制已成为制约网络发展的一个关键问题。近年来,基于中间节点的主动队列管理成为拥塞控制的一个新方向,其中随机早期检测RED算法是主动队列管理的唯一候选算法。RED算法通过检测网络拥塞水平,提前发送拥塞信号来控制拥塞,从而避免严重拥塞的发生。虽然RED算法简单、容易实现,可以得到高的吞吐量和低的排队延迟,但是研究表明该算法对控制参数的设置和网络变化很敏感。这种敏感性严重影响了RED算法在实际中的应用,因此提高RED算法的鲁棒性,进而提高网络服务质量已经成为网络拥塞研究中的一个热点,这也是本文的主要研究内容。本文基于一个离散的TCP-RED反馈网络模型,分析论述了RED算法的非线性特点和对参数的敏感性。在此基础上,研究了最大丢弃概率与网络参数的关系,并根据线性稳定条件确定了权值的上界,提出了一个改进算法。本文的主要工作如下：1、引入了一个离散的TCP-RED反馈网络模型,并详细分析了最大丢弃概率对队列和平均队列的影响。基于该模型,讨论了当队列长度稳定在期望的目标值时,最大丢弃概率的取值与其他网络参数的关系,以及最大丢弃概率的特点。2、在该模型的基础上,分析了权值对平均队列的影响。根据线性稳定条件,详细阐述了当平均队列稳定在目标值时权值的上界。3、基于理论分析,提出了一个自适应的改进算法。该算法根据网络参数和期望的目标队列值设置权值,同时根据平均队列长度的历史信息估计网络常量K,并结合其他网络参数自适应地调节最大丢弃概率,从而稳定平均队列长度在期望值附近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 拥塞控制的研究现状
• 1.3 论文的主要内容和组织结构
• 第二章 拥塞控制策略
• 2.1 队列管理策略
• 2.1.1 被动队列管理
• 2.1.2 主动队列管理
• 2.2 RED算法及改进算法
• 2.2.1 随机早期检测RED算法
• 2.2.2 Gentle RED算法
• 2.2.3 ARED（Adative RED）算法
• 2.2.4 随机指数标记算法（Random Exponential Marking）
• 2.2.5 基于丢包率的RED算法-Loss Ratio-based RED
• 2.2.6 Stabilized RED算法
• 2.2.7 BLUE算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于离散模型的RED参数研究及改进算法设计
• 3.1 离散的TCP-RED反馈网络模型
• 3.2 改进RED算法参数研究
• 3.2.1 最大丢弃概率
• 3.2.2 最大丢弃概率的特点
• 3.2.3 指数平均滑动权值
• 3.2.4 动态调整参数的RED算法设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 改进RED算法的仿真分析
• 4.1 模拟环境及其评价指标
• 4.2 权值对稳定性的影响
• 4.3 同质流的稳定性
• 4.3.1 连接数固定时
• 4.3.2 连接数变化时
• 4.4 加入异质流的稳定性和性能
• 4.4.1 加入TCP短期流
• 4.4.2 加入UDP数据流
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢