基于最優(yōu)化流控的擁塞控制算法研究.pdf

1、隨著計算機網絡的迅速發(fā)展，互聯(lián)網用戶不斷激增，網絡的擁塞也變得越來越重。自從Jacobson于1988年提出擁塞控制的概念以來，擁塞控制引起了人們極大的關注，各種擁塞控制理論以及算法也相繼提出。擁塞控制成了當今互聯(lián)網研究的熱點問題。擁塞控制研究由于其巨大的復雜性，現(xiàn)有的擁塞控制算法已不滿足于以往的基于主觀的分析方法，而是借助于嚴格的數學證明、非線性動力學方法、控制與優(yōu)化理論分析復雜多變的網絡系統(tǒng)，來設計新的、更適合網絡的擁塞控制算法。

2、 本文的理論基礎是非線性最優(yōu)化流控，最優(yōu)化流控理論是從微觀經濟學、博弈論和非線性最優(yōu)化理論發(fā)展而來，1998年Kelly給出了關于最優(yōu)化流控框架的基礎性論文，1999年12月Low基于此提出了完整的最優(yōu)化流控理論。它的主要思想是：最優(yōu)化流控的目標是最大化源端在其傳輸速率下的總效用，把網絡鏈路和源端看作是一個分布式計算系統(tǒng)的處理器，Low等使用了異步梯度投影算法求解這個最優(yōu)化問題的對偶問題，一個關鍵的特性就是這個對偶問題可以被分解成

3、一些簡單的子問題，給定對偶問題的最優(yōu)價格，單個的源端就能個別地求解它的最大利益，而不需要與其它源端協(xié)調。在這個系統(tǒng)中，源端選擇能最大化自己利益的傳輸速率，而鏈路調節(jié)帶寬價格來協(xié)調源端的決策。Low等基于最優(yōu)化流控理論，提出了TCP/AQM的對偶模型，論模型的主導思想是：把發(fā)送速率看作原始變量，把擁塞度量看作對偶變量，源端據反饋回業(yè)的擁塞　度量調整其發(fā)送速率，而各源端發(fā)送速率的大小又會返過來影響擁塞度量，從而構成一個閉環(huán)擁控制系統(tǒng)。該模型

4、把現(xiàn)有的TCP擁塞控制和AQM算法盾作是求解具有適當效用函數的最優(yōu)速率分配問題的分布式算法，從而可從理論上分析網絡在平衡狀時的性能，如吞吐量、丟包率、時延和排隊長度等。 在全面分析和討論最優(yōu)化流控理論的基礎上，基于TCP/AQM的對偶模型，把端算法和中間結點算法有效地結合起來，提出了兩個基于最優(yōu)化流控的擁寒控制算法，其主要工作有： 一、全面分析和研究了最優(yōu)化流控理論。這是本文擁塞控制算法的理論基礎。本文的第二章集中研究了

5、這個流控理論。本章首先介紹了最優(yōu)化流控理論框架，給出了最優(yōu)化流控的原對偶問題及其求解對偶問題的梯度投影算法，本章著基于最優(yōu)化流控理論，給出了一個TCP/AQM的對偶模型，仔細研究了TCP/AQM對偶模型的數學建模和主要思想。本章的最后探討了REM算法，分析了REM的特性及其參數設置。 二、提出了基于最優(yōu)化流控的擁塞控制算法：Mreno。針對Reno算法的周期性抖動和效率很底的帶寬利用率，結合最優(yōu)先控制理論，提出了一個新的擁塞控制

6、算法，標注的Reno算法（Mreno）。NS-2仿真實驗證明，Mreno算法比Reno算法有更好的穩(wěn)定性和帶寬利用率，在公平性方面也比較好，這正是我們想看到的。模擬結果也符合最優(yōu)化流控的指導思想。但是Mreno算法與Reno算法一樣，隨著帶寬的增加，它的穩(wěn)定性就會減弱。這也是需要進一步解決的問題。 三、提出了基于最優(yōu)化流控的擁寒控制算法：Pvegas。同Mreno算法一樣，這部分內容安排在第三章。TCP Vegas,作為TCP

7、Reno的替代算法，不像TCP Reno（或者它的改進，如NewReno,Sack）以丟包作為擁塞度理，而是以隊列延遲作為擁塞度量。TCP Vegas是一個優(yōu)點和缺點同樣明顯的算法。它的優(yōu)點是當網絡里只有TCP Vegas連接時，它的吞吐量非常高，并且達到平衡時沒有丟包，此外，TCP Vegas對長延遲的連接不會產生不公平。它的缺點是當TCP Vegas連接與其它非TCP Vegas邊接競爭有限帶寬時，除非路由器緩存非常小，否則TCP