提供服務(wù)質(zhì)量保證的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略研究.pdf

1、近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模迅速擴(kuò)大，以IP為基礎(chǔ)的Internet已經(jīng)逐步發(fā)展成為全球性的信息基礎(chǔ)設(shè)施?；ヂ?lián)網(wǎng)的成功主要?dú)w功于分組交換、無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)層和TCP擁塞控制。隨著新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷出現(xiàn)和用戶數(shù)量的迅速增加，使得Internet流量急劇增長(zhǎng)，其中除了傳統(tǒng)的采用WWW、FTP、Telnet等應(yīng)用層協(xié)議的數(shù)據(jù)流外，還出現(xiàn)了大量的實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)流，由于網(wǎng)絡(luò)中的不同數(shù)據(jù)流在路由器處交匯，因而給網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點(diǎn)造成了很大的負(fù)

2、擔(dān)，越來(lái)越嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題出現(xiàn)，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信中，擁塞容易造成時(shí)延和吞吐量等QoS(Quality of Service)性能指標(biāo)下降，是影響帶寬、緩沖等網(wǎng)絡(luò)資源利用率的關(guān)鍵因素，因此有效解決采用TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)性能具有重要意義。
　　在這篇論文中，我們首先研究了TCP短連接時(shí)延模型。這是由于在大多數(shù)提供QoS服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)模型中，時(shí)延是最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)采用TCP協(xié)議的不同擁塞控制方法對(duì)

3、時(shí)延指標(biāo)有重要的影響。我們建立了邊緣路由器采用E2CN(Early Explicit Congestion Notification)擁塞控制機(jī)制時(shí)的TCP連接時(shí)延數(shù)學(xué)模型。這個(gè)數(shù)學(xué)模型是從擁塞控制的協(xié)議設(shè)計(jì)出發(fā)，根據(jù)擁塞控制的滑動(dòng)窗口機(jī)制，通過(guò)RTT(Round Trip Time)和數(shù)據(jù)包的擁塞率兩個(gè)參數(shù)來(lái)分析TCP的連接時(shí)延。根據(jù)我們建立的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)理論分析得到采用新的擁塞機(jī)制比不采用新的擁塞機(jī)制能夠降低連接時(shí)延的原理，同時(shí)也

4、定性的給出不同參數(shù)對(duì)TCP連接時(shí)延的影響。通過(guò)和仿真結(jié)果的比較，我們提出時(shí)延模型相當(dāng)精確。這樣就為設(shè)計(jì)出新的TCP擁塞協(xié)議從而能夠符合時(shí)延指標(biāo)提供理論上依據(jù)。
　　其次，根據(jù)TCP連接時(shí)延模型，擁塞控制策略的不同是導(dǎo)致連接時(shí)延不同的重要原因。我們研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中提高TCP性能最新?lián)砣刂扑惴?。由于TCP協(xié)議基本上采用滑動(dòng)窗口機(jī)制完成擁塞控制和錯(cuò)誤恢復(fù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，不同TCP連接的數(shù)據(jù)包丟失率（擁塞率）和RTT的不同會(huì)導(dǎo)致不同

5、連接擁塞鏈路上帶寬分配的不公平性以及不同連接的時(shí)延不同。論文中，我們對(duì)這些擁塞策略給出了新的分類方法，并且詳細(xì)討論了不同算法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　然后，我們根據(jù)國(guó)內(nèi)外最新的擁塞控制策略，在本文中提出了新的TCP速率調(diào)整算法。由于特定的TCP動(dòng)態(tài)性能導(dǎo)致不同TCP連接的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中產(chǎn)生隊(duì)列的擁塞，造成數(shù)據(jù)包的丟失，降低了路由設(shè)備的吞吐量，同時(shí)造成擁塞鏈路上的帶寬分配的不公平性。新的擁塞控制算法根據(jù)邊緣路由器緩沖區(qū)中的輸入數(shù)據(jù)包和輸出

6、數(shù)據(jù)包的變化，得到新的合理?yè)砣刂拼翱?，直接通過(guò)早期明確擁塞標(biāo)記數(shù)據(jù)包返回到發(fā)送終端，從而快速改變了TCP數(shù)據(jù)包的發(fā)送速率。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，我們提出的新算法可以明顯的控制TCP的業(yè)務(wù)量，限制邊緣路由器的隊(duì)列的擁塞，大大降低數(shù)據(jù)包的丟失率，從而提高TCP的時(shí)延性能和帶寬分配的公平性。
　　最后，根據(jù)前述的時(shí)延數(shù)學(xué)模型，降低RTT同樣可以降低TCP應(yīng)用的時(shí)延。而數(shù)據(jù)包在路由器中的排隊(duì)時(shí)延是RTT的最重要的組成部分。在論文中我們提