有線-無線網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)測量的擁塞控制研究.pdf

1、無線網(wǎng)絡(luò)(包括蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、移動自組網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等)和移動計(jì)算的發(fā)展成為互聯(lián)網(wǎng)的一個新特點(diǎn)，人們期待在任何時間任何地點(diǎn)以任何方式自由地享用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)帶寬以光纖定理的規(guī)律增長，但仍無法滿足人們對帶寬資源的要求，尤其在有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中，由于無線網(wǎng)絡(luò)具有誤碼率高，終端移動切換，鏈路不穩(wěn)定，高帶寬延遲乘積等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的基于TCP的擁塞控制機(jī)制難以適應(yīng)有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)，本文針對有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，采用基于網(wǎng)絡(luò)測量的方法改進(jìn)

2、現(xiàn)有的擁塞控制機(jī)制，同時，對主動隊(duì)列管理機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。論文的主要工作和貢獻(xiàn)表現(xiàn)在以下幾個方面： 1.為準(zhǔn)確獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，提出了基于端系統(tǒng)的瓶頸鏈路隊(duì)列長度和端到端可用帶寬測量方法 精確獲取各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和準(zhǔn)確判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對于實(shí)施有效的擁塞控制具有至關(guān)重要的作用，本文提出了一種基于往返延遲(RoundTripTime，RTT)的實(shí)時瓶頸鏈路分組隊(duì)列長度測量方法，并設(shè)計(jì)了一種基于TCP協(xié)議的實(shí)時端到端可用帶寬

3、測量方法。兩參數(shù)能正確反映網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)狀態(tài)，為改進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制提供了重要的依據(jù)，該測量方法可以方便地嵌入到TCP源端算法中，無需網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)的改變，易于廣泛配置。 2.區(qū)分無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸多種狀態(tài)，提出基于測量的端到端的擁塞控制機(jī)制該機(jī)制包括一種分階段平滑慢啟動機(jī)制，在連接啟動時和過渡到擁塞避免時發(fā)送速率增加幅度較小，減弱了突發(fā)流量對網(wǎng)絡(luò)性能的損害，引入網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)獲得了往返時間、網(wǎng)絡(luò)帶寬、瓶頸鏈路隊(duì)列長度等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)，

4、區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁塞和無線鏈路比特差錯，自適應(yīng)設(shè)置慢啟動擁塞窗口門限閾值，避免了終端節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不了解產(chǎn)生的盲目行為；在擁塞避免階段采用高低兩種不同斜率改進(jìn)線性速率增加規(guī)律；在快速恢復(fù)階段針對誤碼丟包和擁塞丟包采用不同的速率調(diào)整方案，改進(jìn)了TCP的加性增加乘性減少(AdditiveIncreaseMultiplicativedecrease，AIMD)窗口調(diào)節(jié)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TCPYuelu有效降低了網(wǎng)絡(luò)抖動，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，并保持了良

5、好的公平性和對其他TCP流的友好性。 3.改進(jìn)主動隊(duì)列管理機(jī)制，提出一種動態(tài)自適應(yīng)公平性RED算法基于TCP的擁塞控制機(jī)制存在對短往返延遲短連接偏愛的問題，本文分析了AQM方案中RED算法，提出了一種加權(quán)公平的RED改進(jìn)算法，稱為CRED。CRED獲得一種公平的帶寬分配機(jī)制，不管各連接分組的大小，根據(jù)連接的QoS要求對連接分別處理，只以各連接分組在中間節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)中占有容量的比例作為計(jì)算鏈路丟包概率的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)用戶定義的帶寬分配的

6、公平性；在保證公平性的同時保持網(wǎng)絡(luò)高的吞吐量。同時針對RED算法靜態(tài)參數(shù)設(shè)置以及對參數(shù)設(shè)置敏感的局限性，提出了一種動態(tài)自適應(yīng)RED算法。該算法利用一個高階分組丟棄函數(shù)，在下限閥值附近以較低的概率標(biāo)記丟棄分組，在上限閥值附近迅速提高分組的標(biāo)記/丟棄概率，并實(shí)現(xiàn)了從部分到全部標(biāo)記丟棄分組的平滑化，其參數(shù)Pmax可依據(jù)平均隊(duì)列和瞬時隊(duì)列長度自適應(yīng)調(diào)整，避免了靜態(tài)參數(shù)設(shè)置的約束。 4.區(qū)分擁塞/無線鏈路錯誤丟包，提出一種TCP友好流媒體

7、擁塞控制機(jī)制該機(jī)制通過在接收端區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁塞丟包和鏈路錯誤隨機(jī)丟包，能較準(zhǔn)確判斷網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，結(jié)合接收端緩存區(qū)占用程度，自適應(yīng)實(shí)施多級速率調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了TCP流友好性和流媒體服務(wù)質(zhì)量(QoS)的折中。由于區(qū)分出無線鏈路的誤碼丟包和動態(tài)調(diào)整流媒體QoS要求，該機(jī)制能維持較高的網(wǎng)絡(luò)利用率。大量仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明該機(jī)制對TCP流是友好的，并且能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)調(diào)整流媒體服務(wù)的QoS水平，保持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，在有線/無線混和網(wǎng)絡(luò)中具有很好的性能。