端到端多媒体拥塞控制算法的研究分析

论文摘要

由于多媒体应用的不断出现,本文对现有的多媒体拥塞控制机制进行了详细研究。目前多媒体拥塞控制机制主要分为两种:基于窗口的拥塞控制机制和基于速率的拥塞控制机制。多媒体应用的特殊要求使得多媒体拥塞控制机制多采用UDP协议作为传输层协议,这样就需要多媒体拥塞控制机制具有与TCP协议共存的特点,即TCP-Friendly特性。同时视频传输的另一个特点是传输速率不应有很大的波动,发送速率应具有一定平滑性。所以目前TCP-Friendly多媒体拥塞控制机制已经成为研究的热点。大量研究表明在速率平滑性方面,基于速率的多媒体拥塞控制机制具有较基于窗口的多媒体拥塞控制机制有更加平滑的发送速率。其中TFRC协议在多媒体拥塞控制机制中已经得到了广泛的应用。本文首先详细地介绍了TFRC协议机制,分析了它的动态性能,在此基础上提出了TFRC协议的不足:在动态网络下不能很好的适应网络的变化,会出现短时大量丢包,严重影响视频质量。经分析这一不足很大原因是由于TFRC所采用的TCP吞吐量模型所导致的。因为TCP吞吐量公式是在p趋于0的条件下做了大量近似,而且没有考虑超时后的慢启动过程,从而大大简化了吞吐量公式。在丢包小的情况下,此吞吐量公式是准确的,但当网络动态变化、丢包严重时则不能很好地反映当前网络的可用状况,从而使得TFRC不能根据此吞吐量公式做出正确的决策。所以本文对TFRC的吞吐量公式作了改进,同时为了验证改进效果,本文在ns仿真软件的基础上还加入了其他的一些辅助工具,如VLC media player和rtptools,它们共同组建了一个虚拟网络。最后将经过这个虚拟网络传输的视频文件与原始视频文件相比,很容易看到视频传输的效果。实验表明TFRC协议确实得到了改进,改善了视频传输效果。不足之处在于参数的增多使得计算速度相对下降,对传输速度有所影响,有待于进一步改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章　前言
• 1.1 背景及问题的提出
• 1.1.1 拥塞的定义
• 1.1.2 拥塞控制协议的评价标准
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文研究目的和内容及其章节安排
• 1.3.1 论文研究的目的
• 1.3.2 论文研究的主要内容
• 1.3.3 论文章节安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 计算机网络模拟与仿真
• 2.1 网络仿真 ns-2
• 2.1.1 NS 软件构成
• 2.1.2 NS 现有的仿真元素
• 2.1.3 如何在ns 中添加新协议
• 2.2 Tcl 脚本语言
• 2.2.1 基本命令格式
• 2.2.2 变量
• 2.2.3 替代和组合
• 2.2.4 tcl 运算符
• 2.3 gnuplot
• 2.3.1 gnuplot 格式要求
• 2.3.2 常用命令
• 2.4 本章小结
• 第三章 TCP-Friendly 拥塞控制算法对比分析
• 3.1 基于窗口和基于速率的拥塞控制算法
• 3.1.1 基于速率的拥塞控制策略
• 3.1.2 基于窗口的拥塞控制
• 3.2 几种典型 TCP-Friendly 拥塞控制算法的静态性能对比分析
• 3.3 TCP-Friendly 拥塞控制算法 TFRC 的动态性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 TFRC 协议分析及其改进
• 4.1 TFRC 协议机制及参数确定
• 4.1.1 速率调整反馈策略
• 4.1.2 发送方的任务
• 4.1.3 接收方的任务
• 4.1.4 慢启动
• 4.2 TFRC 现有的改进方法
• 4.3 本文对TFRC 的改进方法
• 4.3.1 TCP 吞吐量模型简介
• 4.3.2 TCP 吞吐量模型的改进
• 4.3.3 改进后TFRC 的仿真分析及代码实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 实际图像的传输
• 5.1 VLC media player
• 5.2 rtptools
• 5.3 仿真框架
• 5.4 仿真代码
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录