编码网络中的拥塞控制和QoS

论文摘要

网络编码在理论上被证明能够实现多播容量。其在P2P网络中的成功应用也体现了它在增加网络吞吐率方面的优势。网络编码将不同数据包的信息混合在一起,这样每个数据包对于接收节点而言都是同等重要的。也就是说,编码数据包对丢包较不敏感,因而有助于提升传输的可靠性。尽管网络编码存在上述优点,但其在现实网络中并未得到大规模的应用,主要原因之一是缺乏相应的拥塞控制和QoS机制,而这正是本文的研究目标。设计拥塞控制算法的经典理论工具是基于网络效用最大化问题的动态反馈控制系统,因此本文首先描述了一类多编码组播情形下的网络效用最大化问题。随后,基于问题的原始和原始-对偶形式,文章分别提出了两种网络编码拥塞控制模型,并通过李雅普诺夫判据证明了模型的全局渐近稳定。虽然也有不少研究关注网络编码应用中的优化问题,但都侧重于求解最小代价多播子图问题。本文直接将优化问题与拥塞控制相联系,推导出的算法只要求端到端的信息交换,能应对网络的动态变化,且具有类TCP拥塞控制的形式。真实网络中的延时往往无法忽略,因此文章进一步推导了含延时拥塞控制模型局部渐近稳定的充分条件,从而为编码数据流拥塞控制算法的参数设置提供了建议。完备的拥塞控制策略还应当包含中间节点的动态队列管理机制。于是,我们从最优控制的角度出发,建立了一套用于设计编码数据包动态队列管理机制的数学框架。为了在编码网络中支持QoS,文章给出了一种运行在路由器端的能够保证QoS的编码包调度及缓冲区管理算法。新算法放松了以往研究中关于编码包缓冲区大小无限的假设,通过求解优化问题得到链路的发包和丢包速率,因而也可以看作一种编码网络中的动态队列管理机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 网络编码概述
• 1.1 网络编码的基本概念
• 1.2 网络编码与拥塞控制
• 1.3 网络编码与QoS
• 第二章 编码网络中的拥塞控制
• 2.1 编码网络中的NUM问题
• 2.2 编码网络拥塞控制的原始-对偶算法
• 2.3 编码网络拥塞控制的原始算法
• 2.4 算法实现
• 2.5 带延时拥塞控制模型的稳定性
• 2.6 基于最优控制的动态队列管理机制
• 第三章 编码网络中的QoS
• 3.1 编码网络QoS算法概述
• 3.2 中间节点缓冲区模型
• 3.3 QoS限制条件
• 3.4 调度和缓冲区管理算法
• 第四章 结论
• 参考文献
• 硕士研究生科研和发表论文