基于主动队列管理的分布式拥塞控制研究

论文摘要

随着网络带宽的不断飞升和网络业务类型的剧增,在Internet上高效、高质量地传输各种业务和满足各种QoS需求成为计算机网络中研究与开发的热点问题。如何通过增强的拥塞控制为QoS的实现提供一定的便利,也是拥塞控制研究的目标。传统的拥塞控制机制出现在TCP协议中,由端用户根据丢包、延时等现象来判断网络是否出现拥塞。但是,用户无法确切了解网络的运行状态,使得TCP协议的拥塞控制响应颇有些盲目性。基于路由器主动队列管理(Active Queue Management,AQM)的分布式拥塞控制在网络的传输节点中引入了拥塞控制的机制。针对现有AQM算法无法适应流量瞬息万变的网络环境,本文基于二阶最优控制模型提出了一种负载自适应的AQM算法。通过测量分组丢失率来自适应的调节算法参数,提高了AQM算法的稳定性和响应性。在链路利用率、延时和延时抖动等方面获得了很大的提高。针对现有AQM算法在大延时网络中稳定性差和队列长度严重抖动的问题。本文基于内模控制原理提出了一种时滞补偿的内模PID控制器。仿真实验表明,所设计的内模PID控制器有效地消除了大延时对AQM算法稳定性的消极影响,获得了较高的链路利用率。针对传统TCP协议及其改进协议在多瓶颈路由器网络拓扑环境下的传输效率、稳定性和收敛性特别差的问题,提出了一种显式反馈拥塞控制协议。理论分析和仿真实验表明,协议在多瓶颈路由器和Web流网络环境中具有很强的稳定性,能够在常数时间内收敛到高效率传输和公平共享网络资源的性能状态。本文最后对所做研究工作进行了总结,并阐述了基于路由器主动队列管理的分布式拥塞控制在资源分配方面的进一步研究思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 网络技术发展对拥塞控制技术的新挑战
• 1.3 拥塞控制的研究现状
• 1.3.1 端到端的拥塞控制机制
• 1.3.2 分布式的拥塞控制机制
• 1.4 拥塞控制的研究内容及性能目标
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章 网络负载自适应的主动队列管理算法
• 2.1 概述
• 2.2 拥塞控制系统模型
• 2.3 参数优化的自适应主动队列管理算法
• 2.3.1 二阶最优控制系统
• 2.3.2 比例AQM控制的一般性质
• 2.3.3 AOPC主动队列管理算法
• 2.3.4 AOPC算法实现
• 2.3.5 性能指标分析
• 2.4 仿真实验与性能分析
• 2.4.1 哑铃状单瓶颈链路仿真结果
• 2.4.2 交叉式多瓶颈链路仿真结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 大时滞网络的拥塞控制
• 3.1 概述
• 3.2 大时滞对网络稳定性的影响
• 3.3 基于内模控制的时滞补偿
• 3.3.1 TCP/AQM时滞反馈控制系统
• 3.3.2 内模控制
• 3.4 内模拥塞控制器的设计与实现
• 3.4.1 IMC-PID参数调整方法
• 3.4.2 内模拥塞控制器的设计
• 3.4.3 内模拥塞控制器的实现
• 3.5 仿真实验与性能分析
• 3.5.1 队列稳定性
• 3.5.2 分组丢弃概率
• 3.5.3 链路利用率与目标队列长度、RTT的关系
• 3.6 本章小结
• 第四章 高带宽延时网络的分布式拥塞控制
• 4.1 概述
• 4.2 网络模型
• 4.3 ARROW TCP协议设计
• 4.3.1 发送端算法（Source Algorithm）
• 4.3.2 路由器算法（Router Algorithm）
• 4.4 性能分析
• 4.4.1 稳定性分析
• 4.4.2 瞬态性分析
• 4.4.3 收敛性分析
• 4.4.4 max-min公平性
• 4.5 ARROW TCP协议实现
• 4.5.1 分组头格式和协议工作原理
• 4.5.2 瓶颈流数量的计算
• 4.5.3 消除瞬态丢包
• 4.5.4 瓶颈链路管理
• 4.6 仿真实验与性能评估
• 4.7 本章小结
• 第五章 结束语和进一步的研究工作
• 5.1 研究工作总结与主要创新点
• 5.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要的研究成果