基于建模的TCP拥塞控制机制的进一步研究

论文摘要

在Internet中,主机通过TCP协议中的拥塞控制机制来根据网络拥塞程度调节自身的数据发送速率,防止网络出现严重的拥塞。对该机制的数学建模是为了反映网络中丢包和延迟这两个参数对TCP性能的影响。这一课题对于理解TCP拥塞控制机制,探索改进空间具有指导意义。在前人的基础上,本文在以下两个方面对TCP拥塞控制机制作了进一步的数学建模:1:使用半马尔可夫模型对该机制数学建模:将TCP拥塞控制机制中最关键的控制量(TCP拥塞控制窗口)随时间变化的过程用半马尔可夫随机过程来描述。研究了该随机过程的稳态概率分布,并利用Little’s Law得到了TCP的平均发送速率。网络实测表明该模型与实际有很好的近似。另外,作为模型的一个应用,论文研究了TCP接收端窗口大小对其平均发送速率的影响。2:使用流模型对该机制数学建模:流模型使用相邻丢包事件间的时间间隔来描述网络丢包,用随机点过程来描述这一系列事件的发生。目前的研究主要集中在不同点过程对TCP性能的影响。论文研究了一种新的点过程——丢包事件到达率与TCP窗口大小成正比的Poisson过程。论文通过数学推导得到了该丢包模型下TCP拥塞控制窗口的各阶矩和概率密度函数。分析表明,这种丢包模型和前面半马尔可夫模型所使用的I.I.D丢包模型实际描述了同一种网络丢包过程。这一对应关系的建立有助于理解不同网络丢包模型之间的关系。目前很少在该领域的研究中发现有类似的工作

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第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 本文研究的主要内容

1.3 论文的组织与相关工作

第二章 TCP拥塞控制机制

2.1 TCP拥塞控制机制的基本思想

2.2 TCP拥塞控制机制的发展和完善

2.2.1 丢包的快速恢复

2.2.2 小窗口下的丢包恢复

2.2.3 错误丢包信息的检测和补救

2.2.4 不同网络环境下的改进

第三章 TCP拥塞控制机制的模型

3.1 包模型

3.1.1 模型的计算

3.1.2 TCP平均发送速率与Little's Law

3.1.3 讨论

3.2 流模型

3.2.1 稳态下W的各阶矩

3.2.2 W的概率密度函数

3.3 两种模型的关系

第四章模型的验证

4.1 SMP模型的验证

4.1.1 网络实测

4.1.2 仿真实验

4.2 I.I.D与WRPP和CRPP之间的关系

4.3 接收端窗口对TCP的影响

第五章结论及展望

5.1 结论

5.2 今后的方向

5.2.1 基于TCP的网络测量

5.2.2 论文的主要创新点

附录A 半马尔可夫过程

附录B TCPWIN

B.1 程序的主要数据结构

B.2 程序的基本结构

B.3 程序主要功能的实现

B.4 程序设计中的其它问题

致谢

参考文献

作者简介与攻读学位期间发表的学术论文

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