TCP-RED擁塞控制系統(tǒng)的建模和仿真研究.pdf

1、Internet之所以能夠在短短的二十年內(nèi)從大學(xué)實驗室和科研機構(gòu)走向千家萬戶,并迅速膨脹成為全球性的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò),在技術(shù)上應(yīng)該歸功于其以IP為中心的通用互聯(lián)能力;而TCP/IP協(xié)議簇在大型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上強大的伸縮性、穩(wěn)定性和魯棒性,則主要來源于TCP的具有自適應(yīng)能力的擁塞控制機制.近年來,隨著Internet上的業(yè)務(wù)類型的增加,人們發(fā)現(xiàn)僅僅依靠TCP來進行擁塞控制已經(jīng)遠遠不夠了.首先,越來越多的視頻和音頻應(yīng)用采用了其它的傳輸協(xié)議(如UDP等),

2、所以如何保證這些大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用在擁塞出現(xiàn)時和基于TCP的應(yīng)用公平地共享網(wǎng)絡(luò)帶寬成了一個迫切需要解決的問題.其次,當(dāng)前Internet出現(xiàn)擁塞的一個主要原因是路由器的隊列管理算法(丟尾算法)并不處理擁塞問題.由于擁塞總是發(fā)生在路由器入口處,所以路由器本身最有資格判斷擁塞的出現(xiàn)與否及其嚴重程度,并應(yīng)該采取更積極的措施來避免和控制擁塞.最后,TCP的擁塞控制機制也存在著諸多不夠完善的地方,比如其基本假定之一的"網(wǎng)絡(luò)擁塞是分組丟失的唯一原因"等

3、,在無線和衛(wèi)星信道中已經(jīng)失去意義.該文主要著眼于后兩個問題,試圖從下面幾個方面對Internet的擁塞控制問題進行深入的探討:1.TCP擁塞控制算法的控制系統(tǒng)模型.該文從經(jīng)典控制理論的角度建立了TCP擁塞控制算法的Smith-Dahlin模型.該模型指出,具有良好控制效果的TCP擁塞控制算法可以類比為一個帶Smith預(yù)估的控制器,它所產(chǎn)生的TCP輸出速率包括三個部分:對偏差的放大,對偏差的積分,以及對上一個RTT以來所產(chǎn)生的輸出的積分的

4、負數(shù),其中最后一項就是在Jacobson算法中已經(jīng)被考慮到了的FlightSize,而前兩項恰好構(gòu)成了一個PI控制器.從這個模型出發(fā)可以得到TCP Vegas的改進算法-TCP VSD.仿真結(jié)果表明,TCP VSD在多種場景下都比TCP Vegas更能減小路由器的丟包率,更能避免全局同步現(xiàn)象,并取得更高的端到端有效吞吐量.2.統(tǒng)計平衡狀態(tài)下的TCP/RED模型.該文利用隨機過程中的均值分析方法導(dǎo)出了統(tǒng)計平衡狀態(tài)下RED的EWMA值的解析

5、方程.當(dāng)鏈路參數(shù)和RED參數(shù)變化時,該方程始終能夠準確地預(yù)測出利用ns-2進行分組級仿真所得到的統(tǒng)計平衡狀態(tài)下的EWMA值.在此基礎(chǔ)上,提出了一種新穎的通過解析步驟來自動設(shè)置RED的幾個重要參數(shù)的方法.這種方法不依賴于TCP對路由器瓶頸鏈路的帶寬時延乘積的估計,能夠適應(yīng)多種類型的TCP流量.更重要的是,它可以實現(xiàn)RED參數(shù)的動態(tài)調(diào)整,使RED自動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量狀況的變化.3.TCP/RED的排隊系統(tǒng)模型及其在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)仿真中的應(yīng)用.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)

6、規(guī)模變大時,傳統(tǒng)的分組級仿真器(如ns-2等)的仿真耗時會急劇變大,這非常不利于仿真參數(shù)的快速調(diào)整.該文從排隊論的基本概念出發(fā)推導(dǎo)出了TCP/RED的ODE模型.它用一組常微分方程組來描述TCP的擁塞窗口、RED的瞬時隊長及EWMA值的動態(tài)特性,這樣通過求解方程組就可以得到這些量的時間曲線.和ns-2的對比仿真結(jié)果表明,該模型不但很好地描述了TCP/RED擁塞控制系統(tǒng)各個主要參量的動態(tài)特性,而且與ns-2相比較具有非常短的仿真時間,因此