论文摘要
“三网融合”是当前各国信息基础设施发展的共同趋势。流媒体业务作为一种迅速兴起的网络应用,被认为是实现“三网融合”的切入点。网络融合和新兴业务的发展,迫切要求改善网络的性能与服务质量。因此,针对网络融合和流媒体业务发展中存在的问题开展研究,具有重要的理论和实际意义。本文以网络融合和流媒体业务发展为背景,研究流媒体业务的宽带接入和拥塞控制技术。完成了以下主要工作:（1）以推进有线电视网的双向改造和宽带接入为目标,提出了一种新的利用有线电视网带外信道的多业务宽带接入解决方案-HiNOC（High performance Network Over Coax）技术。HiNOC技术在最后100米的有线电视分配网络上,利用860MHz以上同轴电缆带外信道,可在单信道16MHz带宽内向用户提供超过40Mbps的MAC层接入速率,并支持包括流媒体在内的多种业务。在分析信道特性和用户需求的基础上,本文阐述了HiNOC技术的研究目标、组网方案,并对网络拓扑、双工方式、多址接入方式等HiNOC MAC（HMAC）的主要机制进行了研究。HMAC协议采用中心结点控制的星型拓扑结构,采用TDD灵活分配上下行带宽,利用全协调的基于预约/许可的TDM/TDMA多址方式实现无冲突的信道接入和信道资源的动态分配。HiNOC技术将为三网融合提供一种新的可行的技术手段。（2）设计了HMAC协议并进行了具体和深入的研究。首先,设计了HiNOC的协议分层模型并讨论了各层协议的主要功能。其次,详细设计了HMAC层中公共部分子层（CPS）和汇聚子层（CS）协议,并对其设计原理和实现机制进行了深入研究。CPS子层提供HMAC层的核心功能,包括结点接纳、信道预约与分配、链路维护、基于优先级的QoS保证等。CS子层实现高层功能与HMAC层核心功能的适配,包括高层协议数据单元（PDU）的打包/拆包（packing/unpacking）、地址学习和帧转发功能。再次,详细分析了HMAC协议参数对系统性能的影响。最后,利用开发的HMAC协议验证测试子系统,对HMAC协议的性能进行了验证测试。试验表明HMAC协议可以提供较高的传输效率和吞吐量以及较平稳的传送时延。（3）研究了适于流媒体业务的单速率组播拥塞控制机制,分别提出了一种单播拥塞控制算法和一种单速率组播拥塞控制算法。首先,设计了一种基于接收端二项式算法的单播拥塞控制算法-BAR。该算法的接收端根据网络的拥塞状况按照TCP友好的二项式算法调整拥塞窗口,将其转化为期望速率并利用反馈分组通知发送端调整发送速率。仿真结果表明,BAR具有良好的TCP友好性和速率平滑性,适于流媒体业务。在BAR协议的基础上,提出了一种适于流媒体业务的单速率组播拥塞控制协议-BARM。为增强可扩展性,BARM协议的主要拥塞控制工作在组播接收端进行。每个组播接收端各自独立的维护一个拥塞窗口,根据二项式算法对其进行调整,并将拥塞窗口值转换为期望发送速率。为防止潜在的大量接收端引起的反馈内爆,协议采用了代表选择机制和反馈抑制策略。仿真表明BARM具有良好的TCP友好性、速率平滑性、可扩展性和较好的响应性。（4）提出了一种基于窗口的分层组播拥塞控制算法-WLMCC。WLMCC算法在发送端利用多个组播组（称为层）发送数据,各层的发送速率根据接收端的反馈进行自适应的调整。各接收端通过独立地选择加入一层或多层,可以获得不同的吞吐量。为检测拥塞状况,协议采用了在接收端实现的窗口机制。各接收端独立维护一个拥塞窗口,利用GAIMD算法完成窗口调整,并按照当前窗口值计算期望速率。根据期望速率,各接收端累计预订数目不同的层。为防止反馈内爆和由LPM引起的归零问题,每层采用了基于代表的反馈抑制策略。仿真表明,算法可以向经历不同网络条件的组播接收端提供不同的分组发送速率,增强了组播拥塞控制的可扩展性,并具有良好的TCP友好性、速率平滑性和响应性。