基于Petri网的AQM算法研究及改进

论文摘要

计算机网络在过去的十几年中经历了爆炸式的增长,随之而来的是越来越严重的拥塞问题.拥塞控制的目标就是要达到链路吞吐量的最大化、分组延时的最小化、各用户之间资源分配的合理化和尽可能少地丢弃数据包。作为TCP端到端拥塞控制的辅助手段,AQM(Active Queue Management,主动队列管理)使得中间节点参与到拥塞控制中,是近年来拥塞控制的热点研究领域。本文主要做了如下的工作:介绍拥塞控制研究的背景和意义,总结了主动队列管理(AQM)的国内外研究现状和面临的问题;阐述AQM算法的工作原理,分析主流的主动队列管理算法。详细总结出随机早期检测(RED)算法的不足,并在此基础上提出了其可改进方案。提出一种主动队列管理算法——NRED算法。针对NRED算法行为建立了基于高级Petri网的模型,对模型进行描述和分析,并抽象出等价的网N1,构造出了网N1的可达图,在可达图的基础上对网N1进行了可达性和活性的论证,利用Petri模型分析证明了NRED算法行为的可行性。最后利用网络模拟器NS2工具对RED算法和NRED算法进行了对比仿真实验,分别对不同类型数据流(TCP流和UDP流)、多个TCP数据流、不同时延下的UDP流,从吞吐量、延迟、振荡、丢包率等多项性能指标进行分析。验证了NRED算法有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.1.1 Petri 网及其在网络研究中的应用概况
• 1.1.2 拥塞控制策略的发展进程
• 1.2 主动队列管理的国内外研究的现状和面临的问题
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 AQM 技术所面临的问题
• 1.3 本文所做的主要工作和组织结构
• 1.3.1 本文的主要内容
• 1.3.2 本文的组织结构
• 第二章 主动队列管理算法分析
• 2.1 拥塞的基本概念
• 2.2 拥塞产生的原因
• 2.3 链路算法中队列管理算法
• 2.3.1 被动式队列管理及缺陷
• 2.3.2 主动式队列管理及优点
• 2.4 主流AQM 算法简述
• 2.5 几种典型的主动队列管理算法的定性比较
• 2.6 RED 算法的不足
• 2.7 本章小结
• 第三章 一种改进的主动队列管理算法
• 3.1 NRED 算法
• 3.1.1 丢包率设置问题的优化
• 3.1.2 数据包不公平性待遇问题的改进
• 3.1.3 不区分业务流问题的处理
• 3.1.4 NRED 算法的描述
• 3.2 NRED 算法的PETRI 网的建模
• 3.2.1 Petri 网的相关基础知识
• 3.2.2 NRED 算法行为的高级Petri 网建模
• 3.2.3 模型描述及分析
• 3.3 NRED 算法PETRI网模型的可达性和活性分析
• 3.3.1 相关概念介绍
• 3.3.2 算法模型的可达图
• 3.3.3 算法模型的可达性和活性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 NS2 下的仿真实验和性能分析
• 4.1 网络模拟器-NS2
• 4.1.1 NS2 简介
• 4.1.2 NS2 仿真的基本流程
• 4.2 NS2 的安装
• 4.3 NRED 算法的仿真实现
• 4.3.1 实现的方法和试验的对象
• 4.3.2 仿真的网络拓扑图
• 4.4 实验的设置和仿真结果分析
• 4.4.1 不同源数据流下的仿真比较
• 4.4.2 多个TCP 数据流下的仿真比较
• 4.4.3 不同时延下的仿真比较
• 4.5 本章的小结
• 第五章 总结与进一步的工作
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读学位期间发表论文目录）