自相似網絡流量流體流模型及主動隊列管理算法研究.pdf

1、TCP(TransmissionControlProtocol)的擁塞控制是Internet穩(wěn)定運行的基礎,圍繞著TCP協議的擁塞控制一直是Internet研究的一個熱點,吸引著諸多的學者。隨著網絡通信流量的急劇增加和各類實時業(yè)務流量對QoS要求的大幅提高,僅僅依靠端到端擁塞控制己經難以滿足網絡需求。事實上,在Internet這樣復雜的異構網絡環(huán)境中,希望所有用戶都兼容端系統擁塞控制也是不現實的。必須發(fā)展路由器等中間網絡設備的控制,以增

2、強擁塞控制的效果。路由器位于擁塞的發(fā)生點,所以在路由器上進行擁塞控制是非常有意義的。隊列管理機制就應運而生了。主動隊列管理(ActiveQueueManagement,AQM)機制通過對擁塞的預判和主動丟包,實現對擁塞的控制,成功避免了死鎖、全局同步等現象。IP擁塞控制機制的研究是當前擁塞研究的熱點。本文將路由器參與的顯式擁塞控制也歸為IP擁塞控制機制。
　　網絡業(yè)務流自相似性的發(fā)現和研究推翻了早先網絡流量短相關的基礎假設,由于網

3、絡流量突發(fā)性更為突出,直接導致擁塞發(fā)生更為頻繁和加劇,這使得網絡流量的統計特征提取、排隊性能分析和緩沖空間設置以及擁塞策略的設計均有所變化。自相似模型的引入給原本復雜的擁塞控制帶來新的問題,但它同時也會帶來新的解決方法。
　　往返時延RTT是網絡擁塞控制機制有效運行賴以維系的節(jié)奏,網絡時延不易準確估算也是造成網絡擁塞機制偶爾失效的主要原因。故而需要分別對往返時延RTT建模為常數、常函數、隨機過程等不同的數學形式,利用數學方法分析R

4、TT對網絡擁塞控制機制的影響。進一步提出基于網絡排隊延時的顯式擁塞控制算法QDCN,該算法通過路由器監(jiān)測隊列長度,進而得出排隊延遲,實時更新RTT,以顯式方式通知源端改變擁塞窗口,從而實現擁塞避免。
　　進一步看到在恒速網絡業(yè)務流下,本來性能比較優(yōu)越的SFPID-RED和QDCN算法性能有所下降,并且時延并不是造成算法性能下降的誘因。實際上網絡流量的自相似性(突發(fā)性)才是這些算法失效的根本原因,時延的抖動只是它的一種表現形式。于是

5、提出一種基于自相似流量的隨機早檢測算法——STRED。該算法采用時間槽作為操作單位,以減少計算量,降低網絡參數更新速率;根據時間槽記錄觀測參數進而預估自相似系數(Hurst系數),并依據相關函數調整RED算法丟棄概率,增強RED算法對自相似網絡流量的適應能力,從而實現對自相似流量的擁塞控制。
　　然而學界關于網絡流量是具有泊松特性的短相關還是具有分形自相似的長相關的爭論一直不斷。雖然有大量的網絡測量實驗分析得出網絡自相似的結論,但

6、也有證據表明泊松特性依然存在。網絡流量模型經歷了短相關,長相關,多重分形的發(fā)展演變,現在有回歸短相關的一種可能。實際上網絡流量的長相關和短相關兩種特性同時存在。有鑒于此本文基于網絡自相似性和TCP/AQM流體流模型,提出一種新型Lévy隨機過程,并建立一種TCP/AQM二象性流體流模型,可以同時描述網絡的自相似性和包驅動特性,試圖從理論上對網絡流量的兩種特性進行統一,并進一步研究了二象性模型的有關性質。為以后基于自相似網絡的擁塞控制研究