下一代網(wǎng)絡擁塞控制關鍵算法的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，多媒體業(yè)務的多樣化以及多個異構網(wǎng)絡的接入給網(wǎng)絡系統(tǒng)的正常運行帶來了一系列的問題。如果要為用戶提供高效、公平的網(wǎng)絡資源分配，必須要解決網(wǎng)絡的擁塞控制問題。因此關于下一代網(wǎng)絡的擁塞控制仍是研究的熱點。網(wǎng)絡的擁塞控制協(xié)議主要分為三大類:基于源端的擁塞控制協(xié)議，基于鏈路的AQM協(xié)議和顯式擁塞控制機制。本文對后兩類進行研究。
　　主動隊列管理(AQM)作為一種有效的網(wǎng)絡擁塞控制技術已經在過去十幾年得到廣泛的關注。AQM

2、是通過將數(shù)據(jù)包在路由器的丟失與否作為判斷網(wǎng)絡是否擁塞的信號，并反饋給發(fā)送端。發(fā)送端通過標記或者丟棄數(shù)據(jù)包來減少發(fā)送速率，以達到減少鏈路擁塞的目的。但是大多數(shù)AQM算法包括如IEIF推薦使用的著名的隨機早期檢測算法(RED)的性能尤其是系統(tǒng)的穩(wěn)定性與網(wǎng)絡參數(shù)的配置有很大關系，且仍需要進行改進，同時隨著其在無線網(wǎng)絡中的應用，對AQM技術的研究仍得到部分學者的注意，并具有積極意義。
　　顯式控制方案是專門針對TCP在高帶寬時延積網(wǎng)絡下存

3、在不穩(wěn)定問題而提出的另一套解決網(wǎng)絡擁塞控制的新方案。由于其性能如保持系統(tǒng)穩(wěn)定，高公平性而表現(xiàn)出來的優(yōu)越性在近幾年得到廣泛的關注，但是還存在一些問題沒有解決，在下一代網(wǎng)絡中作為代替TCP的協(xié)議進行標準化應用仍面臨挑戰(zhàn)。
　　本文圍繞網(wǎng)絡擁塞控制的兩個主要方面進行研究，主要創(chuàng)新點工作如下:
　　[1].針對具有代表性的AQM算法穩(wěn)定性進行的研究
　　考慮RED算法，通過建立的TCP窗口和路由器瞬時隊列的系統(tǒng)流體模型，推導出

4、TCP/RED路由器的不確定線性時滯系統(tǒng)，對其首次進行2-D Hurwitz-Schur時滯系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，提出了關于TCP/RED系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件，同時給出了關于Pmax使系統(tǒng)穩(wěn)定的上下界。NS2仿真實驗表明提出的條件可以有效的保證TCP/RED系統(tǒng)穩(wěn)定。最后我們從實際應用的角度出發(fā)，提出了一種基于粒子群PSO的判斷時滯系統(tǒng)穩(wěn)定性的算法。實驗表明，相比理論判斷方法，該算法可以簡單有效的判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　[2].提出新的主

5、動隊列算法iDroptail
　　針對大多數(shù)AQM算法性能對路由器參數(shù)配置敏感的問題，我們提出了一種簡化的主動隊列管理方法—改進的Droptail(iDroptail)算法。通過將隨機丟包策略直接引入Droptail算法，直接去掉AQM反饋機制，并將主動隨機丟包率p作為TCP系統(tǒng)的輸入，來控制路由器的瞬時隊列。我們通過對該算法進行模型化，同樣得到線性時滯系統(tǒng)。首次通過采用2-D Routh-Schur穩(wěn)定性檢測方法，證明了該算法可

6、以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。NS2仿真實驗表明，該算法可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，同時考察該算法的其它QOS性能，包括對動態(tài)突發(fā)數(shù)據(jù)流的魯棒性，丟包率等，并與RED，PI算法進行比較。結果表明， iDroptail算法可以達到甚至優(yōu)于大多數(shù)AQM算法如RED，PI的QOS性能，但是可以很大程度簡化參數(shù)設計。
　　[3].提出顯式控制協(xié)議iMLCP
　　針對基于負載設計的顯式控制協(xié)議的研究。我們首次通過實驗分析，指出以MLCP為代表的基于負載設

7、計的顯式控制協(xié)議在多瓶頸拓撲下存在對長數(shù)據(jù)流的不公平性，從而造成部分鏈路帶寬不能充分利用的不足。針對這個問題，我們通過增加少量包頭的開銷來記錄數(shù)據(jù)包通過的最小帶寬鏈路，并對MLCP的路由器進行修改，提出改進的MLCP協(xié)議iMLCP。NS2仿真實驗結果表明該算法可以有效保證鏈路高利用率，同時具有MLCP協(xié)議原有的優(yōu)點。我們首次采用掃頻(Frequency-Sweeping)定理對iMLCP系統(tǒng)進行分析，得到系統(tǒng)穩(wěn)定的條件，證明該算法可以保

8、證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　[4].提出顯式控制協(xié)議eACP
　　針對顯式控制協(xié)議中的ACP(Adaptive Congestion Protocol)協(xié)議的研究。從工業(yè)應用的實際出發(fā)，針對現(xiàn)有的ACP協(xié)議不支持非ACP業(yè)務流的問題，我們提出一種改進的ACP協(xié)議eACP。通過增加隊列，改進估計帶寬的方法，將原有的ACP擴展支持動態(tài)非ACP業(yè)務流，并給出了穩(wěn)定條件。NS2仿真試驗表明該算法可以很好的支持非ACP業(yè)務流，保證鏈路帶寬高