一种新型主动队列管理算法AutoRED的建模与仿真实现

论文摘要

Internet 自出现以来得到了蓬勃发展,现有的带宽总难以完全满足用户的要求,产生网络拥塞是在所难免的。最近的研究表明中间节点上的队列管理严重影响着网络性能。1998 年,B. Braden 等提出了主动队列管理的研究动议,期望在减小排队时延的同时保证较高的吞吐量。之后出现了以随机早期检测为代表的多种主动队列管理方案,但随着网络技术的发展,都各自展露出一定局限。本文的主要目的是探索一种新的主动队列管理方案来改善网络性能,并且在仿真环境中进行测试,对其性能指标和适用的范围进行讨论。作者在课题研究期间很好的完成了上述目标。本论文首先对现有的基于随机早期检测算法的网络进行分析和建模。并对该模型运用MATLAB 进行了理论分析和仿真,发现当TCP/IP 协议的流控机制和基于随机早期检测算法的队列管理机制共同作用时,系统形成了带反馈的闭环回路,且不稳定。针对这一问题,在系统中引入了新的环节,得到了一种新的主动队列管理方案AutoRED。通过对新模型的分析,从理论上说明了其可行性和稳定性,并提出了参数设定的方法。然后在著名的网络仿真平台NS2 上实现了这一模型,并设计了两种网络环境进行仿真实验。在实验中,我们把AutoRED 同基于随机早期检测算法的主动队列管理方案进行了对比测试。对实验数据的分析证明,AutoRED 能有效的降低网络中的延迟抖动,在重负载下仍具有较好的健壮性和稳定性。虽然当前已经存在多种多样的主动队列管理机制,但不可能有一种解决方案能适用于所有的网络环境,而且也还有很多拥塞相关的问题没有得到解决。因此,本文提出的主动队列管理方案AutoRED 可以作为互联网拥塞控制机制的有益补充,具有一定的理论和现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目标
• 1.3 论文概要
• 第二章 理论基础
• 2.1 TCP 拥塞控制机制介绍
• 2.2 随机早期检测算法（RED）
• 2.2.1 随机早期检测的设计目标
• 2.2.2 随机早期检测算法
• 2.2.3 RED 的优点和存在的问题
• 2.3 控制理论综述
• 2.4 控制系统的性能指标
• 2.5 数学工具MATLAB 简介
• 2.6 仿真工具NS-2 简介
• 第三章 主动队列管理机制AutoRED 的设计
• 3.1 系统拥塞模型分析
• 3.1.1 窗口尺寸
• 3.1.2 平均队列长度
• 3.1.3 实际队列长度
• 3.1.4 系统拥塞模型
• 3.2 系统模型的传递函数
• 3.3 系统的稳定性分析
• 3.4 系统的MATLAB 仿真和分析
• 3.5 系统的改进
• 3.6 控制器的设计
• 3.7 控制器的参数整定
• 3.7.1 齐格勒-尼柯尔斯调整法则
• 3.7.2 基于MATLAB 的最佳参数集合计算
• 第四章 AutoRED 在N52 中的仿真实现
• 4.1 算法实现
• 4.2 在N52 中的编程实现
• 4.2.1 主要数据结构
• 4.2.2 核心算法
• 4.2.3 C++和Otcl 之间的对象连接
• 4.3 统计数据
• 第五章 AutoRED 性能的仿真分析
• 5.1 仿真实验一
• 5.1.1 RED 的实验数据
• 5.1.1.1 队列长度
• 5.1.1.2 传输延迟
• 5.1.1.3 抖动
• 5.1.2 AutoRED 的试验数据
• 5.1.2.1 队列长度
• 5.1.2.2 传输延迟
• 5.1.2.3 抖动
• 5.2 仿真实验二
• 5.2.1 RED 的实验数据
• 5.2.1.1 队列长度
• 5.2.1.2 传输延迟
• 5.2.1.3 抖动
• 5.2.1.4 丢包数
• 5.2.1.5 吞吐率
• 5.2.2 AutoRED 的实验数据
• 5.2.2.1 队列长度
• 5.2.2.2 传输延迟
• 5.2.2.3 抖动
• 5.2.2.4 丢包数
• 5.2.2.5 吞吐率
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历