基于复杂网络理论的Internet拥塞控制策略研究

论文摘要

随着社会对Internet信息需求日益增加,Internet以异乎寻常的速度爆炸式地发展,使得Internet流量急剧增长,拥塞问题已成为Internet使用中最主要的障碍之一。传统的TCP拥塞控制策略是一种基于端到端的控制策略,发送端根据重复ACK的到达或重传超时来发现拥塞,节点在缓冲溢出时采取将数据包丢弃的办法来缓解拥塞,对拥塞的响应缓慢,容易形成重度拥塞。因此,必须研究新的拥塞控制策略来解决这一问题。本文首先阐述了复杂网络的无尺度特性、聚类特性、小世界特性、统计参数及Internet拥塞控制策略。在此基础上,提出了一种基于复杂网络理论的Internet拥塞控制策略(Complex Network Theory Based Strategies for Congestion Control on the Internet, CSCI),CSCI包括拥塞检测、拥塞避免、拥塞缓解和基于公平性的带宽分配4个方面内容。针对传统拥塞控制策略只有发送端和接收端对拥塞进行响应,从而导致拥塞控制滞后的问题,本文采取基于缓存队列的拥塞检测策略与基于RTT的拥塞检测策略相结合的方法,让中间节点也参与到拥塞控制中来,大大缩短了拥塞检测的时间。为了避免Internet中的拥塞,本文提出了权值分别为最短路径、聚类系数、介数及贪婪函数的拥塞避免策略,选择权值最小的节点作为数据传输的下一步节点,以各种方式最大限度地避免了拥塞。根据快速缓解拥塞的原则,本文提出了基于用户反馈和优先传递的拥塞缓解策略,该策略具有更高的拥塞解除效率。针对拥塞产生后小数据流被大数据流“淹没”的问题,本文提出了基于公平性的带宽分配策略,能够提高拥塞产生后带宽分配的公平性。最后,本文在Matlab平台上对CSCI拥塞控制策略进行了仿真,仿真结果表明,CSCI的吞吐量更高而平均延时更低,能够进行实时有效的拥塞控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 复杂网络拓扑特征
• 2.1 复杂网络的基本特征
• 2.1.1 无尺度特征
• 2.1.2 聚类特征
• 2.1.3 小世界特征
• 2.2 复杂网络的统计参量
• 2.2.1 网络度分布
• 2.2.2 平均路径长度
• 2.2.3 聚类系数
• 2.2.4 介数
• 2.3 小结
• 第三章 Internet 拥塞控制
• 3.1 Internet 中的拥塞及产生原因
• 3.2 基于端到端的TCP 拥塞控制
• 3.2.1 TCP 拥塞控制基本思想
• 3.2.2 TCP 的流量控制与Internet 拥塞控制的关系
• 3.3 几种主要的TCP 拥塞控制策略
• 3.3.1 TCP Tahoe
• 3.3.2 TCP Reno 和TCP New Reno
• 3.3.3 TCP SACK
• 3.3.4 TCP Vegas
• 3.3.5 TCP-friendly
• 3.4 小结
• 第四章 基于复杂网络理论的Internet 拥塞控制策略
• 4.1 CSCI 基本思想
• 4.2 拥塞检测
• 4.2.1 基于缓存队列的拥塞检测策略
• 4.2.2 基于RTT 的拥塞检测策略
• 4.2.3 两种拥塞检测策略的负载分析
• 4.3 拥塞避免
• 4.3.1 权值为最短路径的拥塞避免策略
• 4.3.2 权值为聚类系数的拥塞避免策略
• 4.3.3 权值为介数的拥塞避免策略
• 4.3.4 权值为贪婪函数的拥塞避免策略
• 4.4 拥塞缓解
• 4.4.1 基于用户反馈的拥塞缓解策略
• 4.4.2 基于优先传递的拥塞缓解策略
• 4.5 基于公平性的带宽分配
• 4.6 小结
• 第五章 CSCI 仿真与分析
• 5.1 Matlab 简介
• 5.2 拥塞检测仿真与分析
• 5.3 拥塞避免仿真与分析
• 5.4 拥塞缓解仿真与分析
• 5.5 基于公平性的带宽分配仿真与分析
• 5.6 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
• 成果目录
• 致谢