網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的有關(guān)理論與方法研究.pdf

1、隨著各種Internet應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng),用戶(hù)數(shù)量不斷攀升,盡管Internet帶寬在不斷增加,但仍滿(mǎn)足不了日益增長(zhǎng)的應(yīng)用需求。由此導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題已逐漸成為制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。特別是隨著云計(jì)算的逐步應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,越來(lái)越多的應(yīng)用要借助于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題將更加突出。
　　 擁塞控制的目的不是完全避免擁塞,而是在網(wǎng)絡(luò)資源有限的情況下,通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)流量的約束和調(diào)配,來(lái)保持合適的擁塞程度,減少數(shù)據(jù)丟失,提高網(wǎng)絡(luò)吞吐

2、量,充分利用網(wǎng)絡(luò)的資源。本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制中的源端擁塞控制機(jī)制、中間節(jié)點(diǎn)擁塞控制算法及由擁塞控制引發(fā)的傳輸公平性和動(dòng)力學(xué)行為等問(wèn)題展開(kāi)研究,所取得的主要研究成果如下:
　　 (1)提出了從TCP發(fā)送端解除死鎖的方法,給出了死鎖產(chǎn)生的必要條件及死鎖與混沌的關(guān)系。通過(guò)分析logistic映射的初始值對(duì)其狀態(tài)的影響,驗(yàn)證了不同的初始值會(huì)改變混沌系統(tǒng)的狀態(tài)。并把該結(jié)果用于分析TCP擁塞控制,指出了對(duì)于確定參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),不同的初始值會(huì)

3、導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)處于周期變化、混沌或不穩(wěn)定狀態(tài),而死鎖就是不穩(wěn)定狀態(tài)。因此,TCP發(fā)送端可以采用改變初始值的方法來(lái)避免死鎖。仿真表明,該方法能有效地解除死鎖,使網(wǎng)絡(luò)回到混沌,提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓叫浴?br>　　 (2)提出了一種新的RTT公平性分析模型。通過(guò)平面圖形和新的模型對(duì)RTT公平性進(jìn)行了分析。對(duì)于瓶頸鏈路,如果采用主動(dòng)隊(duì)列管理,兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的TCP數(shù)據(jù)流流量比值近似為RTT比的倒數(shù),存在RTT不公平性;如果采用棄尾隊(duì)列管理,只有在不發(fā)生數(shù)據(jù)

4、包超時(shí)的情況下,才出現(xiàn)明顯的RTT不公平性,如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)包發(fā)送超時(shí),則情況較為復(fù)雜,頻繁出現(xiàn)RTT大的TCP數(shù)據(jù)流多占用網(wǎng)絡(luò)帶寬的現(xiàn)象,因此很難得到一般性的結(jié)論。最后通過(guò)NS2仿真來(lái)驗(yàn)證所建模型和分析方法的正確性。
　　 (3)提出了隨機(jī)回退的TCP擁塞控制算法—TCP Njust。該算法在現(xiàn)有的TCP擁塞控制策略中疊加隨機(jī)變量,增加了TCP擁塞窗口增加和減少的隨機(jī)性。該算法能有效減緩TCP全局同步,提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。其性能優(yōu)于

5、TCP Newreno,在網(wǎng)絡(luò)突發(fā)數(shù)據(jù)流較多時(shí),其性能優(yōu)于Vegas。TCP Njust算法簡(jiǎn)單,具有TCP友好性,適合在Internet上使用。
　　 (4)提出了多次隨機(jī)丟包、隨機(jī)和棄頭相結(jié)合及N次棄頭的三種多次丟包被動(dòng)隊(duì)列管理改進(jìn)算法。提出了速度公平性的概念,給出了速度公平性指數(shù)計(jì)算公式。指出了尾部丟棄數(shù)據(jù)包的隊(duì)列管理機(jī)制,存在速度不公平性,如棄尾隊(duì)列管理和RED。這三種算法在隊(duì)列滿(mǎn)時(shí),采用多次丟棄隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包的方式,對(duì)

6、占據(jù)隊(duì)列較多的TCP鏈接有更好的懲罰作用,改善RTT公平性和速度公平性;能有效提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率,避免死鎖和全局同步;計(jì)算量小,適合在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)上使用。
　　 (5)提出了一種網(wǎng)絡(luò)擁塞控制線性化模型的修正方法。該方法減少了總擁塞窗口的估計(jì)值,避免傳統(tǒng)的線性化模型在網(wǎng)絡(luò)傳輸非同步化時(shí),不能精確刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的不足。如果采用傳統(tǒng)的線性化方程設(shè)計(jì)的PID控制器,在延時(shí)較大或較小時(shí)不能保持穩(wěn)定,但根據(jù)修正后的方程設(shè)計(jì)的PID控制器能實(shí)現(xiàn)較大