流媒体实时传输拥塞控制算法研究

论文摘要

随着Internet和流媒体技术的飞速发展,流媒体技术彻底改变了以往Internet只能表现文字和图像的缺陷,它可以集语音、视频、图字于一体。然而,实时流媒体传输不同于传统的单一数据传输业务,它具有时延敏感、数据量大、需要服务质量保证等特性,故在实际使用中多采用UDP/IP进行传输。但是UDP/IP对数据的传输无拥塞控制机制,不可避免地会无限侵占Internet中其它数据流的带宽,导致其它数据流的“饥饿”现象发生,甚至引起网络拥塞、崩溃,最终不利于实时数据流本身的传输。论文在分析了拥塞产生的原因、拥塞控制的特点和研究意义的基础上,针对目前流媒体数据传输特点以及拥塞控制算法存在的不足,提出了一种改进的TCP-Friendly拥塞控制算法,该算法通过估计端到端可用带宽来调节发送速率。提出的算法由两个阶段构成:启动阶段和传输阶段。在启动阶段,算法在分析了基于单向延迟模型和基于数据包发散模型之后,提出一种可用带宽估计算法,它根据单向延迟趋势来估计初始可用带宽。与采用慢启动方式的TCP、TFRC类算法相比,该算法收敛更快。此外,该算法采用自顶向下的方式来估计可用带宽,提高了网络资源的利用率。获得初始可用带宽之后,传输阶段的任务包括:通过不断探测使数据流间发送速率公平,就像TCP协议使用网络资源那样。提出的算法使用单向延迟趋势来检测拥塞。与通过丢包和超时方式的TCP、TFRC类算法相比,该算法处理网络拥塞更及时,鲁棒性更好。通过与TCP、TFRC算法的对照仿真,论文提出的算法一方面可使流媒体发送端的发送速率更快收敛到可用带宽,提高了流媒体传输的质量,同时,自顶向下的带宽估计方式提高了网络资源的利用率;另一方面使流媒体的传输在与TCP流共存时具有较好的TCP友好性和较小的侵略性且避免了AIMD机制的RTT不公平,达到了预计的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 流媒体拥塞控制算法研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 2 网络拥塞控制
• 2.1 网络拥塞的定义及产生原因
• 2.2 网络拥塞控制的定义
• 2.3 TCP 拥塞控制机制
• 2.4 典型的TCP 类拥塞控制算法介绍
• 2.5 UDP 拥塞控制概述
• 2.6 本章小结
• 3 流媒体实时传输拥塞控制
• 3.1 流媒体的定义
• 3.2 流媒体的特点
• 3.3 传输层实时流媒体传输协议
• 3.3.1 实时传输协议RTP
• 3.3.2 实时传输控制协议RTCP
• 3.4 流媒体实时传输拥塞控制概述
• 3.4.1 流媒体实时传输引入拥塞控制的原因
• 3.4.2 流媒体实时传输拥塞控制设计方法
• 3.5 TCP-Friendly 拥塞控制概述
• 3.5.1 TCP 友好拥塞控制算法
• 3.5.2 典型TCP-Friendly 拥塞控制算法性能对比分析
• 3.6 本章小结
• 4 改进的TCP-Friendly 拥塞控制算法
• 4.1 算法理论基础
• 4.1.1 带宽估计
• 4.1.2 拥塞控制
• 4.2 算法设计
• 4.2.1 启动阶段
• 4.2.2 传输阶段
• 4.3 本章小结
• 5 算法性能分析
• 5.1 仿真工具NS2 简介
• 5.1.1 NS2 的下载与安装
• 5.1.2 NS2 的软件构成
• 5.1.3 NS2 的功能模块
• 5.1.4 NS2 仿真的一般步骤
• 5.2 带宽估计性能分析
• 5.2.1 探测包长度设置
• 5.2.2 包序列长度设置
• 5.2.3 与二分搜索算法的比较
• 5.3 拥塞控制性能分析
• 5.3.1 可用带宽利用率比较
• 5.3.2 TCP 友好性比较
• 5.3.3 不同RTT 下的公平性分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果