自相似網(wǎng)絡(luò)流量流體流模型及主動(dòng)隊(duì)列管理算法研究.pdf

1、TCP(TransmissionControlProtocol)的擁塞控制是Internet穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),圍繞著TCP協(xié)議的擁塞控制一直是Internet研究的一個(gè)熱點(diǎn),吸引著諸多的學(xué)者。隨著網(wǎng)絡(luò)通信流量的急劇增加和各類實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流量對(duì)QoS要求的大幅提高,僅僅依靠端到端擁塞控制己經(jīng)難以滿足網(wǎng)絡(luò)需求。事實(shí)上,在Internet這樣復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,希望所有用戶都兼容端系統(tǒng)擁塞控制也是不現(xiàn)實(shí)的。必須發(fā)展路由器等中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制,以增

2、強(qiáng)擁塞控制的效果。路由器位于擁塞的發(fā)生點(diǎn),所以在路由器上進(jìn)行擁塞控制是非常有意義的。隊(duì)列管理機(jī)制就應(yīng)運(yùn)而生了。主動(dòng)隊(duì)列管理(ActiveQueueManagement,AQM)機(jī)制通過(guò)對(duì)擁塞的預(yù)判和主動(dòng)丟包,實(shí)現(xiàn)對(duì)擁塞的控制,成功避免了死鎖、全局同步等現(xiàn)象。IP擁塞控制機(jī)制的研究是當(dāng)前擁塞研究的熱點(diǎn)。本文將路由器參與的顯式擁塞控制也歸為IP擁塞控制機(jī)制。
　　網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流自相似性的發(fā)現(xiàn)和研究推翻了早先網(wǎng)絡(luò)流量短相關(guān)的基礎(chǔ)假設(shè),由于網(wǎng)

3、絡(luò)流量突發(fā)性更為突出,直接導(dǎo)致?lián)砣l(fā)生更為頻繁和加劇,這使得網(wǎng)絡(luò)流量的統(tǒng)計(jì)特征提取、排隊(duì)性能分析和緩沖空間設(shè)置以及擁塞策略的設(shè)計(jì)均有所變化。自相似模型的引入給原本復(fù)雜的擁塞控制帶來(lái)新的問(wèn)題,但它同時(shí)也會(huì)帶來(lái)新的解決方法。
　　往返時(shí)延RTT是網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制有效運(yùn)行賴以維系的節(jié)奏,網(wǎng)絡(luò)時(shí)延不易準(zhǔn)確估算也是造成網(wǎng)絡(luò)擁塞機(jī)制偶爾失效的主要原因。故而需要分別對(duì)往返時(shí)延RTT建模為常數(shù)、常函數(shù)、隨機(jī)過(guò)程等不同的數(shù)學(xué)形式,利用數(shù)學(xué)方法分析R

4、TT對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制的影響。進(jìn)一步提出基于網(wǎng)絡(luò)排隊(duì)延時(shí)的顯式擁塞控制算法QDCN,該算法通過(guò)路由器監(jiān)測(cè)隊(duì)列長(zhǎng)度,進(jìn)而得出排隊(duì)延遲,實(shí)時(shí)更新RTT,以顯式方式通知源端改變擁塞窗口,從而實(shí)現(xiàn)擁塞避免。
　　進(jìn)一步看到在恒速網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流下,本來(lái)性能比較優(yōu)越的SFPID-RED和QDCN算法性能有所下降,并且時(shí)延并不是造成算法性能下降的誘因。實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性(突發(fā)性)才是這些算法失效的根本原因,時(shí)延的抖動(dòng)只是它的一種表現(xiàn)形式。于是

5、提出一種基于自相似流量的隨機(jī)早檢測(cè)算法——STRED。該算法采用時(shí)間槽作為操作單位,以減少計(jì)算量,降低網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更新速率;根據(jù)時(shí)間槽記錄觀測(cè)參數(shù)進(jìn)而預(yù)估自相似系數(shù)(Hurst系數(shù)),并依據(jù)相關(guān)函數(shù)調(diào)整RED算法丟棄概率,增強(qiáng)RED算法對(duì)自相似網(wǎng)絡(luò)流量的適應(yīng)能力,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自相似流量的擁塞控制。
　　然而學(xué)界關(guān)于網(wǎng)絡(luò)流量是具有泊松特性的短相關(guān)還是具有分形自相似的長(zhǎng)相關(guān)的爭(zhēng)論一直不斷。雖然有大量的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量實(shí)驗(yàn)分析得出網(wǎng)絡(luò)自相似的結(jié)論,但

6、也有證據(jù)表明泊松特性依然存在。網(wǎng)絡(luò)流量模型經(jīng)歷了短相關(guān),長(zhǎng)相關(guān),多重分形的發(fā)展演變,現(xiàn)在有回歸短相關(guān)的一種可能。實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)流量的長(zhǎng)相關(guān)和短相關(guān)兩種特性同時(shí)存在。有鑒于此本文基于網(wǎng)絡(luò)自相似性和TCP/AQM流體流模型,提出一種新型Lévy隨機(jī)過(guò)程,并建立一種TCP/AQM二象性流體流模型,可以同時(shí)描述網(wǎng)絡(luò)的自相似性和包驅(qū)動(dòng)特性,試圖從理論上對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的兩種特性進(jìn)行統(tǒng)一,并進(jìn)一步研究了二象性模型的有關(guān)性質(zhì)。為以后基于自相似網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制研究