基于时延的端系统拥塞控制机制研究

论文摘要

互联网拥塞控制机制的研究一直是计算机网络研究界关注的热点问题。互联网的应用之所以能快速的发展和稳定的运行,拥塞控制机制的研究成果起着重要的作用。针对目前互联网传输层的主流协议TCP在网络拥塞控制方面存在的周期性丢包、对高速网络和无线网络的带宽资源利用效率不高等问题,学术界提出了许多改进的方案。这些研究成果为实现网络的高吞吐率、低丢包率、短时延做出了重要的贡献。本文在对当前的拥塞控制机制进行回顾和总结的基础上,主要从事了以下几方面工作:(1)本文首先引入了基于时延的端系统拥塞控制机制存在的拥塞预测可靠性不足的问题,对问题的原因进行了分析。PERT作为一种基于时延的拥塞控制协议,通过在发送端模拟路由器端的主动队列管理(AQM)算法,表现出了较同类协议更高的拥塞预测可靠性。(2)然后,本文通过研究PERT协议的算法思想,指出PERT因为基于时廷辅助拥塞控制,在与基于丢包的协议(如TCP)共存网络时会出现带宽共享公平性的问题,提出了基于PERT改进的MPERT。基于对流的稳态吞吐率模型的分析,通过将标准的AIMD窗口调节算法中静态调节因子的动态化,使MPERT可以具有对网络环境的自适应能力。(3)最后,本文进行了大量的NS2仿真实验和数据分析,证明MPERT不仅有效地保证了与TCP共存时的公平性,还保留了PERT在同构网络中链路利用率高、时延短和丢包率低的优点,并且能够在高速网络中快速地占用剩余的带宽资源,在无线网络中提高对信道误码丢包的“鲁棒性”。本文主要解决了基于时延的拥塞控制协议与基于丢包的拥塞控制协议共存时的带宽共享公平性问题,并对高速网络和无线网络中的拥塞控制进行了探索,这对基于时延的拥塞控制协议未来的部署具有重要的意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文的研究内容和意义
• 1.3 本文的结构
• 第2章 拥塞控制机制的研究进展
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 网络拥塞和拥塞控制
• 2.1.2 互联网的网络模型
• 2.1.3 拥塞发生的原因
• 2.1.4 拥塞控制算法设计的难点
• 2.1.5 拥塞控制的性能指标
• 2.2 TCP拥塞控制机制
• 2.2.1 TCP拥塞控制机制的发展历程
• 2.2.2 经典TCP拥塞控制算法
• 2.2.3 TCP拥塞控制的不足
• 2.3 网络拥塞控制机制分类
• 2.3.1 基于路由器和基于端系统的拥塞控制机制
• 2.3.2 高速网络的拥塞控制机制
• 2.4 本章小结
• 第3章 自适应的基于时延的拥塞控制机制
• 3.1 基于时延的端系统拥塞控制机制的不足
• 3.2 PERT
• 3.2.1 PERT的概述
• 3.2.2 PERT拥塞控制机制的不足
• 3.3 MPERT—对PERT的改进
• 3.3.1 吞吐率分析
• 3.3.2 α参数的调节
• 3.3.3 β参数的调节
• 3.3.4 MPERT的速率模式
• 3.3.5 MPERT算法描述
• 3.4 MPERT实现中的几点说明
• 3.4.1 丢包率p和提前响应率p’的计算方法和“过时”更新问题
• max的初始化问题'>3.4.2 最大排队时延q_max的初始化问题
• 3.5 本章小结
• 第4章 实验仿真与分析
• 4.1 异构网络中的性能分析
• 4.1.1 流混合比例的变化
• 4.1.2 在50-50混合比例下，流总数的变化
• 4.1.3 在50-50混合比例下，瓶颈链路缓冲大小的变化
• 4.1.4 与非响应流共存
• 4.2 同构网络中的性能分析
• 4.2.1 短时持续流（web流）的影响
• 4.2.2 长时持续流（ftp流）的影响
• 4.2.3 RTT的变化
• 4.2.4 多瓶颈链路
• 4.2.5 小缓冲区的影响
• 4.2.6 多流汇聚时的收敛性能
• 4.3 在高速网络中与无线网络中的性能分析
• 4.3.1 在高速网络中
• 4.3.2 对无线信道误码的鲁棒性
• 4.4 路由器队列机制的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果