混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于RTT的擁塞控制機(jī)制研究.pdf

1、隨著當(dāng)今社會信息爆炸式的增長,Internet作為信息傳播的重要媒介,在過去幾十年也迅速發(fā)展起來,隨之而來的擁塞問題也是越來越嚴(yán)重。網(wǎng)絡(luò)擁塞所付出的直接代價是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體的性能下降,其中包括分組丟失率的增加、端到端延遲的增大、網(wǎng)絡(luò)吞吐量的下降、嚴(yán)重者甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)發(fā)生擁塞崩潰,研究出行之有效的擁塞控制技術(shù)已經(jīng)是勢在必行。經(jīng)前人的總結(jié)可知,網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞的根源是由于資源子網(wǎng)提供給網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載超過了通信子網(wǎng)的容量和處理能力。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)瀕臨擁塞崩潰

2、時,很小的負(fù)載增量對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說都將是致命的,因為這將使網(wǎng)絡(luò)的有效吞吐量驟降。擁塞控制技術(shù)自1988年Van Jacobson在其論文中首次提出至今,已走過了22年的發(fā)展歷程。從最初的RFC1122到現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的TCP Reno,每次改進(jìn)都帶來網(wǎng)絡(luò)性能的較大提高。擁塞控制是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS中最基本和核心的部分,實施擁塞控制是網(wǎng)絡(luò)保證基本服務(wù)質(zhì)量的前提。因此,有效地解決擁塞問題對提高網(wǎng)絡(luò)性能具有重要意義。由于TCP Reno是當(dāng)今應(yīng)

3、用最廣泛的傳輸層協(xié)議,所以本文將重點研究TCP的擁塞控制算法。TCP Vegas是繼TCP Reno之后提出的且很有希望取而代之的源端擁塞控制機(jī)制,但是TCP Vegas在混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的性能表現(xiàn)不佳使得它現(xiàn)在仍未能廣泛地應(yīng)用。
　　本文在不改變Vegas原有優(yōu)點的前提下對其進(jìn)行了改進(jìn),之后對其建立了數(shù)學(xué)模型。分析的結(jié)果表明改進(jìn)的慢啟動算法能夠給后一階段的擁塞避免階段提供更大的初始值,從而提高擁塞避免階段的吞吐率,而且在慢啟動階段

4、的吞吐率也有所提高。
　　本文首先介紹了當(dāng)前寬帶網(wǎng)絡(luò)擁塞的研究狀況,之后在歸納總結(jié)TCP擁塞控制機(jī)制現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上介紹了TCP Vegas的改進(jìn)算法,并重點介紹作者的研究成果。主要研究成果如下:1,分析了TCP Vegas出現(xiàn)慢啟動過早結(jié)束、擁塞窗口過小導(dǎo)致帶寬利用率下降的情況,及其在與Reno等基于丟包來判斷擁塞的算法競爭帶寬時,帶寬的公平性等問題。針對Vegas-A算法存在的不足,提出了改進(jìn)算法Vegas-O。當(dāng)處于慢啟動階段時

5、,用介于指數(shù)和直線增長方式之間的速率來增加擁塞窗口大小,使之能夠快速地達(dá)到可用帶寬值并減少沖突的發(fā)生;其擁塞避免策略是基于Vegas-A改進(jìn)的。另外對每個RTT內(nèi)擁塞窗口大小的增量值也做了適當(dāng)?shù)男薷?它能夠比較好的解決其在慢啟動階段存在的問題。較之Vegas-A算法更能積極的增加窗口,而且在改進(jìn)的同時保留了原算法穩(wěn)定性等優(yōu)點,使得本算法比原算法更能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)情況的變化。當(dāng)與Reno共存時,本算法比Vegas-A算法性能好,特別是在高帶寬時

6、延乘積網(wǎng)絡(luò)中。2,針對在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,TCP Vegas應(yīng)用時會受到無線信道干擾和噪聲的影響,對RTT難以進(jìn)行準(zhǔn)確的估計,導(dǎo)致其性能大幅度降低。結(jié)合了TCP New Vegas和TCP VegasA+等算法提出了一種改進(jìn)算法Vegas-P。
　　本算法就慢啟動過早結(jié)束和擁塞避免階段擁塞出現(xiàn)在反向鏈路上導(dǎo)致吞吐量下降的問題,以及在和NewReno共存時公平性惡化的問題進(jìn)行了綜合的改進(jìn)。改進(jìn)的目標(biāo)是使算法更加均衡,具有更大的自適應(yīng)性