高速网络拥塞控制算法研究

论文摘要

随着网络技术如光通信技术的发展,出现了带宽大于1 Gbps,甚至10 Gbps的高速网络,而且带宽还有不断增加的趋势。一些应用如科学协作、远程诊断和实时检测可以利用高速网络从远程探测器如卫星、雷达传输高带宽实时数据、图像和录像。此外,海量数据网格程序（data intensive grid application）中和SAN网络（Storage Area Network）也都可以借助高速网络传输大量数据。高速网络在将来会有更广泛的应用。在高速网络中,当前广为使用的标准TCP的拥塞控制算法已经不能满足高速网络中数据传输的需要。因此研究改善高速网络数据传输性能的拥塞控制算法就有重要意义。本文综述了当前高速网络拥塞控制算法的研究进展,并作了如下的创新工作:（1）使用理论和模型分析了HSTCP的RTT不公平性。S.Floyd提出的HSTCP是IETF所推荐的一种高速TCP协议。本文从RTT的影响、HSTCP的AIMD机制和队列管理算法的影响几个方面分析了造成HSTCP的RTT不公平性的原因,指出使用DT（Drop Tail）队列管理算法时,HSTCP存在严重的RIT不公平性,并发现根本原因在于严重的同步丢失以及HSTCP本身的扩展性。（2）提出了CW-HSTCP,用于改善HSTCP的公平性。CW-HSTCP的主要思想是根据RIT值添加公平因子。为衡量协议性能,提出了相对公平性评价标准。理论分析和模拟实验表明CW-HSTCP在保留HSTCP原有优点的基础上,改善了公平性。（3）分析了高速TCP的包丢失现象,提出了减少包丢失率的ACWAP算法。通过实验发现使用DT队列管理算法时HSTCP的包丢失数目和窗口增加因子a（w）有密切关系,而且存在严重的同步丢失现象,此外每个流每次拥塞时丢失的多个数据包不是连续的。本文分析认为造成这种现象的原因是HSTCP的扩展性和短时刻内的突发。在此基础上,提出了ACWAP算法用于减少包丢失率并降低同步丢失性。ACWAP算法采用了pacing算法降低突发,另外通过RTT信息来预测网络拥塞,并在拥塞前将拥塞窗口增加因子改变为1。理论分析和模拟实验表明

论文目录

• 摘要
• ABSTACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 主要工作
• 1.3 技术路线和研究思路
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 高速网络拥塞控制算法研究综述
• 2.1 拥塞控制的基础知识
• 2.1.1 Internet网络模型
• 2.1.2 拥塞和拥塞控制
• 2.1.3 拥塞控制的类型
• 2.2 选择拥塞控制算法的标准
• 2.2.1 效率
• 2.2.2 公平性
• 2.2.3 效率和公平性
• 2.2.4 分布性
• 2.2.5 收敛性
• 2.3 源端的拥塞控制—TCP的拥塞控制算法
• 2.3.1 TCP的拥塞控制算法
• 2.3.2 不同版本的TCP
• 2.3.3 TCP的改进和优化
• 2.4 路由器端的拥塞控制—链路算法
• 2.4.1 RED
• 2.4.2 BLUE
• 2.4.3 CHOKe
• 2.4.4 GREEN
• 2.4.5 FRED
• 2.4.6 Adaptive RED
• 2.5 标准TCP在高速网络中的缺陷
• 2.6 高速网络拥塞控制算法研究进展
• 2.6.1 协议扩展和参数的调整
• 2.6.2 并行发送和缓冲优化
• 2.6.3 对拥塞控制算法的改进
• 2.6.4 借助路由器实现和其它的协议方案
• 2.7 本章小结
• 第三章 HSTCP的RTT不公平性分析
• 3.1 引言
• 3.1.1 公平性的含义
• 3.1.2 公平性的衡量
• 3.1.3 TCP的公平性
• 3.2 HSTCP的RTT不公平性
• 3.2.1 模拟设置
• 3.2.2 RTT不公平现象
• 3.3 RTT不公平性分析
• 3.3.1 分析模型
• 3.3.2 标准TCP的RTT不公平性
• 3.4 不同队列管理算法的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 CW-HSTCP：公平高速TCP
• 4.1 引言
• 4.2 CW-HSTCP
• 4.3 理论分析
• 4.3.1 CW-HSTCP的公平性
• 4.3.2 CW-HSTCP的收敛性
• 4.4 CR算法分析
• 4.5 实现的考虑
• 4.6 相对公平性标准
• 4.7 模拟评估
• 4.7.1 CW和CR算法的对比
• 4.7.2 公平性分析
• 4.7.3 参数c的选取和TCP友好性
• 4.8 本章小结
• 第五章 ACWAP算法
• 5.1 引言
• 5.2 滑动窗口机制
• 5.3 高速网络中的包丢失现象及分析
• 5.3.1 单个HSTCP流的包丢失分析
• 5.3.2 复杂情况下的包丢失及分析
• 5.3.3 高速TCP包丢失总结
• 5.4 ACWAP算法和ACWAP-HSTCP
• 5.5 负载分析
• 5.6 算法的评估
• 5.6.1 单个流的情况
• 5.6.2 多个不同RTT流的复杂情况
• 5.6.3 兼容性和β参数值的设置
• 5.7 本章小结
• 第六章 HRED：高速网络主动队列管理算法
• 6.1 引言
• 6.1.1 TCP的拥塞控制算法的局限性
• 6.1.2 主动队列管理算法
• 6.1.3 队列调度算法
• 6.1.4 高速网络主动队列管理算法研究进展
• 6.2 HRED的设计思想
• 6.2.1 网络数据流种类和特点
• 6.2.2 高速网络对队列管理算法的要求
• 6.2.3 RED算法
• 6.2.4 HRED的思想和流程
• 6.3 HRED算法
• 6.3.1 高带宽流的检测
• 6.3.2 前置过滤器包丢弃概率的调整
• 6.3.3 前置过滤器的丢包算法
• 6.3.4 算法的实现
• 6.4 性能分析和评价
• 6.4.1 对标准TCP流的保护
• 6.4.2 RTT公平性
• 6.4.3 对非适应流的处理
• 6.4.4 链路利用率
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 附录 ns2简介
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表和完成的论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢