基于组播的拥塞控制研究

论文摘要

以TCP/IP协议为基础的Internet自从九十年代以来,其网络规模、用户数量及业务量都呈现爆炸式的增长,新型网络应用也不断涌现,网络参数（如激活连接数、回路往返时间）动态变化,这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量（QoS）性能指标下降,严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此,拥塞控制一直是网络研究领域的热点问题。Internet主要依赖TCP端到端拥塞控制来避免网络拥塞,但它在很多方面已经不能满足复杂网络中各种应用的需求。在路由器中引入适当的队列管理机制,可以有效地对拥塞进行监测和预防,路由器中的拥塞控制策略已经成为一个研究热点。近年来,音频、视频等多媒体应用在Internet上不断涌现,多媒体流的传输大多采用UDP协议,但UDP流不采取拥塞控制机制,从而造成了对TCP流不友好的问题。因此有必要对多媒体流进行拥塞控制,在保证一定QoS的同时,保持对TCP流的友好性。本文从组播基本概念出发,首先深入分析了组播拥塞控制存在的TCP友好性、可扩展性、公平性等问题及其产生原因;其次讨论了组播拥塞控制算法的分类标准,比较分析现有组播拥塞控制算法的优缺点;然后介绍了分层组播与视频流分层编码技术。通过比较DiffServ和IntServ的优缺点,详细阐述了DiffServ体系中各模块的功能及工作原理。分析了DiffServ和组播结合优势及所带来的问题。在此基础上针对IP网络实际应用需求展开了系统深入的研究。本文研究主要内容及创新点如下:（1）针对Internet多媒体业务的快速发展对组播拥塞控制提出的要求,在对现有分层组播算法存在问题进行分析的基础上,提出了一种接收端快速自适应的TCP-Friendly主动分层组播拥塞控制机制ALMCC。它采用主动标记分层,并在接收端根据分组延时,快速的自适应网络带宽。仿真实验表明,ALMCC算法提高了分层组播拥塞控制性能,具有拥塞响应速度快、丢包率低和TCP-Friendly特性。（2） Internet多媒体业务的发展使得网络异构性问题更加突出,它对传统组播拥塞控制提出了新的要求,分层组播是适应网络异构性的一种有效方案。为了克服传统分层组播质量不稳定、控制复杂、组播树变动频繁等问题,提出了一种基于区分服务的分层组播拥塞控制机制LMCC。它在考虑预约带宽公平性的前提下进行分组标记和转发,适应了网络异构性。算法性能分析表明LMCC机制具有较快的拥塞响应速度、较好的稳定性、TCP友好性和较低的丢包率。组播拥塞控制是一个极其复杂的问题,本文仅对其中一些方面做了研究,要想完全解决拥塞问题必须综合多种策略,从网络的各部位、多角度、全方位对拥塞加以控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 拥塞产生的原因
• 1.2 传统网络拥塞控制机制
• 1.2.1 拥塞控制算法分类
• 1.2.2 传统网络拥塞控制机制
• 1.3 拥塞控制算法
• 1.4 拥塞控制算法评价标准
• 1.4.1 资源分配公平性
• 1.4.2 资源分配效率性
• 1.5 本文主要研究工作与论文组织结构
• 1.6 本章小结
• 第2章 组播拥塞控制策略研究
• 2.1 端对端系统中拥塞控制任务概述
• 2.2 组播拥塞控制协议中关键问题
• 2.2.1 公平性
• 2.2.2 可扩展性
• 2.2.3 拓扑结构选择
• 2.3 组播拥塞控制分类标准
• 2.3.1 单速率与多速率拥塞控制协议
• 2.3.2 基于窗口和基于速率的拥塞控制机制
• 2.3.3 端到端拥塞控制与基于路由器支持拥塞控制
• 2.4 组播拥塞控制算法
• 2.4.1 单速率拥塞控制
• 2.4.1.1 TCP Emulation 算法
• 2.4.l.2 TCP Formula-based 算法
• 2.4.2 多速率组播拥塞控制
• 2.4.3 各种算法的分析与比较
• 2.5 分层组播与视频流分层编码
• 2.5.1 分层组播概述
• 2.5.2 分层编码策略
• 2.6 组播拥塞控制发展趋势
• 2.7 本章小结
• 第3章 一种TCP-FRIENDLY 主动分层组播拥塞控制机制
• 3.1 引言
• 3.2 主动分层组播服务模型
• 3.2.1 分组封装格式
• 3.2.2 优先级标记分层传输机制
• 3.3 ALMCC 算法设计
• 3.3.1 拥塞检测
• 3.3.2 链路TCP 友好可用带宽的测量
• 3.3.3 速率控制机制
• 3.4 仿真实验及性能分析
• 3.4.1 仿真环境配置
• 3.4.2 TCP 友好性
• 3.4.3 丢包率
• 3.4.4 吞吐率
• 3.5 本章小结
• 第4章 IP 组播与DIFFSERV 结合的优势与问题
• 4.1 INTSERV
• 4.2 DIFFSERV
• 4.2.1 DiffServ 体系结构
• 4.2.2 DiffServ 的典型服务
• 4.3 IP 组播与DIFFSERV 结合的优势
• 4.4 组播引入DIFFSERV 域产生的问题
• 4.4.1 被忽视的预留子树问题NRS（Neglected Reservation Subtree）
• 4.4.2 异构组播组问题HMG（Heterogeneous Multicast Groups）
• 4.4.3 组状态可扩展性问题SPS（Scalability of Per-group State）
• 4.5 对IP 组播与DIFFSERV 结合所产生问题的已有解决方法
• 4.5.1 基于状态的方法
• 4.5.2 基于边界的方法
• 4.5.3 基于封装的方法
• 4.6 本章小结
• 第5章 一种基于DIFFSERV 的分层组播拥塞控制机制
• 5.1 引言
• 5.2 基于区分服务的分层组播网络模型
• 5.3 基于区分服务的分层组播拥塞控制机制LMCC
• 5.3.1 自适应公平预约算法AFR
• 5.3.2 分层组播分组标记算法LMPM
• 5.3.3 分层组播分组丢弃算法LMPF
• 5.3.4 算法性能分析
• 5.4 仿真实验
• 5.4.1 仿真环境配置
• 5.4.2 仿真结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 研究总结
• 6.2 下一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目