高速网络中FAST TCP拥塞控制的研究

论文摘要

近年来,高速率的网络如1Gbps以上的网络己经从实验室转向实际应用。在数据网格和存储网中,网络主机通常通过吉比特的网络接口直接连接到高速网络上。为了移动数据、备份或同步数据库,通常会传输上GB甚至是TB的数据,在这种情况下进行大量的数据传输,传统的TCP己经不能获得足够的吞吐量,因此需要提高高速网络的吞吐量、公平性和带宽利用率。FAST TCP是针对传统TCP协议在高速网络中低吞吐量问题而提出的,它是一种基于时延反馈的高速网协议,由于其自身还存在对RTT的值估计不够精确的问题,影响了网络的稳定性和公平性,所以有必要对FAST TCP的拥塞控制机制进行改进。本文主要从稳定性和公平性两方面对FAST TCP拥塞控制机制进行研究。在稳定性方面,通过研究协议参数γ的范围来得到稳定性的边界条件,并且更准确地给出了FAST TCP协议参数γ的范围;在公平性方面,提出了基于队列调度的公平性比较方法,并用此方法分析了FAST TCP和TCP Reno;最后使用ARMA模型结合指数加权思想,提出了FAST TCP中RTT估计的新算法。本论文主要工作为:1.对FAST TCP拥塞控制算法的稳定性进行研究,建立了一种链路模型,全面分析了FAST TCP数据流个数为1、2、3及无穷的情况下,在一条瓶颈链路上稳定传输的条件,得出了参数γ满足稳定传输的充分条件,由此给出了FAST TCP拥塞控制参数γ设置的更准确范围;2.提出了基于队列调度算法的公平性分析方法,并且利用此方法对FAST TCP和TCP Reno的公平性进行了比较,为部署FAST TCP,处理其与传统TCP Reno流共同存在下的公平性提供参考;3.针对FAST TCP固有的问题:如果实际的往返时延没有被准确的估计为baseRTT,对于同时传输的某些数据流,会导致分享资源的相对不公平性;同样,在多个数据源同时传输时,FAST TCP中的RTT估计值会呈现出高度的波动性,这种RTT波动会影响排队时延并引起拥塞窗口的波动。由此提出了一种基于ARMA预测模型和指数加权思想的RTT估计算法,并且对NS2进行扩展,实现了优化后的协议。设计了两种网络链路场景,按照排队时延、拥塞窗口、RTT等指标对优化前后的协议进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的组织与安排
• 第二章 TCP 拥塞控制机制研究
• 2.1 TCP 拥塞控制产生的原因
• 2.2 TCP 拥塞控制算法
• 2.2.1 TCP 滑动窗口协议
• 2.2.2 TCP 协议的拥塞控制源算法
• 2.2.3 TCP 协议的拥塞控制链路算法
• 2.2.4 拥塞控制的经典算法
• 2.3 拥塞控制的评价标准
• 2.4 本章小结
• 第三章 FAST TCP 稳定性研究
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型的建立
• 3.2.1 网络流量模型
• 3.2.2 FAST TCP 与网络
• 3.2.3 建立负反馈系统
• 3.3 稳定性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于队列调度的公平性比较
• 4.1 网络模型的建立
• 4.2 数值分析比较
• 4.2.1 Drop-Tail 调度情况
• 4.2.2 RED 调度情况
• 4.3 仿真和性能分析
• 4.3.1 Drop-Tail 调度情况
• 4.3.2 RED 调度情况
• 4.4 本章小结
• 第五章 高速网络中FAST TCP 性能优化
• 5.1 基于时延的思路
• 5.2 FAST TCP 的局限
• 5.3 FAST TCP 的性能优化设计
• 5.3.1 ARMA 模型介绍
• 5.3.2 平滑估计函数的设计
• 5.3.3 优化后的协议架构
• 5.3.4 平滑估计的处理过程
• 5.4 优化后协议在NS2 中的实现与分析
• 5.4.1 NS2 的基本介绍
• 5.4.2 优化后协议的实现
• 5.4.3 NS2 的仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 图目录
• 表目录