FAST TCP高速網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略與穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及,信息傳輸規(guī)模不斷增大、傳輸質(zhì)量要求不斷提高,盡管網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理速度不斷加快,網(wǎng)絡(luò)帶寬持續(xù)增長,但這些措施仍然無法避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,無法保證信息流高效平穩(wěn)傳輸。究其根本因?yàn)槭莻鹘y(tǒng)傳輸控制協(xié)議采用的加性增長、乘性減小擁塞控制算法,在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中適應(yīng)性不強(qiáng),效率低。因此研究適應(yīng)于高速網(wǎng)絡(luò)的TCP協(xié)議成了網(wǎng)絡(luò)研究的新熱點(diǎn)。
　　 FAST TCP協(xié)議是由加州理工學(xué)院網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室Steven H.Low等人針對下一代高速網(wǎng)絡(luò)

2、提出的一種新型傳輸控制協(xié)議。在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,和基于分組丟失作為擁塞反饋信號的改進(jìn)TCP協(xié)議相比,FAST TCP采用排隊(duì)延時(shí)信息估計(jì)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài),確定窗口調(diào)整策略,取得了更好的穩(wěn)定性和更充分的鏈路使用效率。但其存在難以選擇確保系統(tǒng)穩(wěn)定的協(xié)議參數(shù)和準(zhǔn)確估計(jì)傳播延時(shí)等公開問題,這些公開問題將會阻擾其在高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和推廣。
　　 本文在綜述了國內(nèi)外FAST TCP穩(wěn)定性等公開問題研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,展開了以下研究:
　　 1、考

3、慮源端窗口更新周期取不同固定值的更一般情況,建立了包含窗口更新周期參數(shù)和指數(shù)濾波環(huán)節(jié)的FAST TCP網(wǎng)絡(luò)擁塞控制時(shí)滯模型。通過分析其超越方程特征根分布在左半平面條件,獲得了比現(xiàn)有結(jié)論更不保守局部穩(wěn)定性條件。
　　 2、研究了具有非線性、時(shí)滯時(shí)變的FAST TCP模型的全局穩(wěn)定性問題。通過分析該模型非線性函數(shù)及其時(shí)滯項(xiàng)的性質(zhì),給出了其時(shí)滯時(shí)變的取值范圍與時(shí)滯項(xiàng)的界。首先,存較保守的情況下,估計(jì)出該模型解軌跡界及其變化規(guī)律,獲得了

4、和現(xiàn)有結(jié)論一樣的全局穩(wěn)定性條件。其次,改進(jìn)上述求軌跡界的方法,采用分區(qū)間方法計(jì)算出具有更低保守性的解軌跡界,獲得了比現(xiàn)有結(jié)論更不保守的全局穩(wěn)定性條件。
　　 3、建立了包含TCP連接數(shù)流模型的FAST TCP網(wǎng)絡(luò)擁塞控制模型。證明了在有限的時(shí)間內(nèi),該模型的解可到達(dá)一個(gè)不變流形；當(dāng)處于不變流形時(shí),各路徑活躍TCP連接平均逗留時(shí)間最短。根據(jù)該不變流形TCP連接數(shù)和協(xié)議參數(shù)的關(guān)系,提出了一種大時(shí)間尺度調(diào)整協(xié)議參數(shù)的改進(jìn)算法。該算法在系

5、統(tǒng)穩(wěn)定的協(xié)議參數(shù)選擇范圍內(nèi),動態(tài)調(diào)整協(xié)議參數(shù),均衡各路徑活躍的TCP連接數(shù)。
　　 4、通過理論分析和NS-2仿真討論了FAST TCP慢啟動判定條件、控制律增益參數(shù)與FAST TCP系統(tǒng)收斂速度之間的關(guān)系。在確保FAST TCP系統(tǒng)穩(wěn)定,選擇盡可能小的協(xié)議參數(shù)α的情況下,提出一種提高FAST TCP系統(tǒng)收斂速度的改進(jìn)方法。該方法將各連接留在緩沖區(qū)的個(gè)數(shù)作為慢啟動判定條件,根據(jù)各連接局部信息調(diào)整控制律增益參數(shù),保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定和

6、小的排隊(duì)延時(shí)的同時(shí),提高FAST TCP系統(tǒng)收斂到平衡點(diǎn)的速度。
　　 5、當(dāng)源端采用FAST TCP協(xié)議、鏈路端采用RED主動隊(duì)列管理算法時(shí),若參數(shù)選擇不當(dāng),系統(tǒng)會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。定量分析了FAST TCP/RED系統(tǒng)在平衡態(tài)時(shí)鏈路隊(duì)列長度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與RED控制器參數(shù)關(guān)系。提出了一種充分利用源端能夠獲得的排隊(duì)延時(shí)和分組丟失頻率的歷史變化信息,估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況,根據(jù)擁塞狀況改進(jìn)FAST TCP協(xié)議源端窗口的調(diào)整策略。該改進(jìn)策