下一代網(wǎng)絡(luò)擁塞控制關(guān)鍵算法的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，多媒體業(yè)務(wù)的多樣化以及多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。如果要為用戶提供高效、公平的網(wǎng)絡(luò)資源分配，必須要解決網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制問(wèn)題。因此關(guān)于下一代網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制仍是研究的熱點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制協(xié)議主要分為三大類:基于源端的擁塞控制協(xié)議，基于鏈路的AQM協(xié)議和顯式擁塞控制機(jī)制。本文對(duì)后兩類進(jìn)行研究。
　　主動(dòng)隊(duì)列管理(AQM)作為一種有效的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制技術(shù)已經(jīng)在過(guò)去十幾年得到廣泛的關(guān)注。AQM

2、是通過(guò)將數(shù)據(jù)包在路由器的丟失與否作為判斷網(wǎng)絡(luò)是否擁塞的信號(hào)，并反饋給發(fā)送端。發(fā)送端通過(guò)標(biāo)記或者丟棄數(shù)據(jù)包來(lái)減少發(fā)送速率，以達(dá)到減少鏈路擁塞的目的。但是大多數(shù)AQM算法包括如IEIF推薦使用的著名的隨機(jī)早期檢測(cè)算法(RED)的性能尤其是系統(tǒng)的穩(wěn)定性與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置有很大關(guān)系，且仍需要進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)隨著其在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，對(duì)AQM技術(shù)的研究仍得到部分學(xué)者的注意，并具有積極意義。
　　顯式控制方案是專門針對(duì)TCP在高帶寬時(shí)延積網(wǎng)絡(luò)下存

3、在不穩(wěn)定問(wèn)題而提出的另一套解決網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的新方案。由于其性能如保持系統(tǒng)穩(wěn)定，高公平性而表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)越性在近幾年得到廣泛的關(guān)注，但是還存在一些問(wèn)題沒(méi)有解決，在下一代網(wǎng)絡(luò)中作為代替TCP的協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。
　　本文圍繞網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的兩個(gè)主要方面進(jìn)行研究，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)工作如下:
　　[1].針對(duì)具有代表性的AQM算法穩(wěn)定性進(jìn)行的研究
　　考慮RED算法，通過(guò)建立的TCP窗口和路由器瞬時(shí)隊(duì)列的系統(tǒng)流體模型，推導(dǎo)出

4、TCP/RED路由器的不確定線性時(shí)滯系統(tǒng)，對(duì)其首次進(jìn)行2-D Hurwitz-Schur時(shí)滯系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，提出了關(guān)于TCP/RED系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件，同時(shí)給出了關(guān)于Pmax使系統(tǒng)穩(wěn)定的上下界。NS2仿真實(shí)驗(yàn)表明提出的條件可以有效的保證TCP/RED系統(tǒng)穩(wěn)定。最后我們從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，提出了一種基于粒子群PSO的判斷時(shí)滯系統(tǒng)穩(wěn)定性的算法。實(shí)驗(yàn)表明，相比理論判斷方法，該算法可以簡(jiǎn)單有效的判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　[2].提出新的主

5、動(dòng)隊(duì)列算法iDroptail
　　針對(duì)大多數(shù)AQM算法性能對(duì)路由器參數(shù)配置敏感的問(wèn)題，我們提出了一種簡(jiǎn)化的主動(dòng)隊(duì)列管理方法—改進(jìn)的Droptail(iDroptail)算法。通過(guò)將隨機(jī)丟包策略直接引入Droptail算法，直接去掉AQM反饋機(jī)制，并將主動(dòng)隨機(jī)丟包率p作為TCP系統(tǒng)的輸入，來(lái)控制路由器的瞬時(shí)隊(duì)列。我們通過(guò)對(duì)該算法進(jìn)行模型化，同樣得到線性時(shí)滯系統(tǒng)。首次通過(guò)采用2-D Routh-Schur穩(wěn)定性檢測(cè)方法，證明了該算法可

6、以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。NS2仿真實(shí)驗(yàn)表明，該算法可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)考察該算法的其它QOS性能，包括對(duì)動(dòng)態(tài)突發(fā)數(shù)據(jù)流的魯棒性，丟包率等，并與RED，PI算法進(jìn)行比較。結(jié)果表明， iDroptail算法可以達(dá)到甚至優(yōu)于大多數(shù)AQM算法如RED，PI的QOS性能，但是可以很大程度簡(jiǎn)化參數(shù)設(shè)計(jì)。
　　[3].提出顯式控制協(xié)議iMLCP
　　針對(duì)基于負(fù)載設(shè)計(jì)的顯式控制協(xié)議的研究。我們首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，指出以MLCP為代表的基于負(fù)載設(shè)

7、計(jì)的顯式控制協(xié)議在多瓶頸拓?fù)湎麓嬖趯?duì)長(zhǎng)數(shù)據(jù)流的不公平性，從而造成部分鏈路帶寬不能充分利用的不足。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們通過(guò)增加少量包頭的開銷來(lái)記錄數(shù)據(jù)包通過(guò)的最小帶寬鏈路，并對(duì)MLCP的路由器進(jìn)行修改，提出改進(jìn)的MLCP協(xié)議iMLCP。NS2仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法可以有效保證鏈路高利用率，同時(shí)具有MLCP協(xié)議原有的優(yōu)點(diǎn)。我們首次采用掃頻(Frequency-Sweeping)定理對(duì)iMLCP系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到系統(tǒng)穩(wěn)定的條件，證明該算法可以保

8、證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　[4].提出顯式控制協(xié)議eACP
　　針對(duì)顯式控制協(xié)議中的ACP(Adaptive Congestion Protocol)協(xié)議的研究。從工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際出發(fā)，針對(duì)現(xiàn)有的ACP協(xié)議不支持非ACP業(yè)務(wù)流的問(wèn)題，我們提出一種改進(jìn)的ACP協(xié)議eACP。通過(guò)增加隊(duì)列，改進(jìn)估計(jì)帶寬的方法，將原有的ACP擴(kuò)展支持動(dòng)態(tài)非ACP業(yè)務(wù)流，并給出了穩(wěn)定條件。NS2仿真試驗(yàn)表明該算法可以很好的支持非ACP業(yè)務(wù)流，保證鏈路帶寬高