有線-無線網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)測量的擁塞控制研究.pdf

1、無線網(wǎng)絡(luò)(包括蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、移動自組網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等)和移動計算的發(fā)展成為互聯(lián)網(wǎng)的一個新特點，人們期待在任何時間任何地點以任何方式自由地享用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)帶寬以光纖定理的規(guī)律增長，但仍無法滿足人們對帶寬資源的要求，尤其在有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中，由于無線網(wǎng)絡(luò)具有誤碼率高，終端移動切換，鏈路不穩(wěn)定，高帶寬延遲乘積等特點，傳統(tǒng)的基于TCP的擁塞控制機制難以適應(yīng)有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)，本文針對有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)的特點，采用基于網(wǎng)絡(luò)測量的方法改進

2、現(xiàn)有的擁塞控制機制，同時，對主動隊列管理機制進行改進，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。論文的主要工作和貢獻表現(xiàn)在以下幾個方面： 1.為準確獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，提出了基于端系統(tǒng)的瓶頸鏈路隊列長度和端到端可用帶寬測量方法 精確獲取各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和準確判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對于實施有效的擁塞控制具有至關(guān)重要的作用，本文提出了一種基于往返延遲(RoundTripTime，RTT)的實時瓶頸鏈路分組隊列長度測量方法，并設(shè)計了一種基于TCP協(xié)議的實時端到端可用帶寬

3、測量方法。兩參數(shù)能正確反映網(wǎng)絡(luò)的真實狀態(tài)，為改進無線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機制提供了重要的依據(jù)，該測量方法可以方便地嵌入到TCP源端算法中，無需網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點的改變，易于廣泛配置。 2.區(qū)分無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸多種狀態(tài)，提出基于測量的端到端的擁塞控制機制該機制包括一種分階段平滑慢啟動機制，在連接啟動時和過渡到擁塞避免時發(fā)送速率增加幅度較小，減弱了突發(fā)流量對網(wǎng)絡(luò)性能的損害，引入網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)獲得了往返時間、網(wǎng)絡(luò)帶寬、瓶頸鏈路隊列長度等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)，

4、區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁塞和無線鏈路比特差錯，自適應(yīng)設(shè)置慢啟動擁塞窗口門限閾值，避免了終端節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不了解產(chǎn)生的盲目行為；在擁塞避免階段采用高低兩種不同斜率改進線性速率增加規(guī)律；在快速恢復(fù)階段針對誤碼丟包和擁塞丟包采用不同的速率調(diào)整方案，改進了TCP的加性增加乘性減少(AdditiveIncreaseMultiplicativedecrease，AIMD)窗口調(diào)節(jié)機制。實驗結(jié)果表明TCPYuelu有效降低了網(wǎng)絡(luò)抖動，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，并保持了良

5、好的公平性和對其他TCP流的友好性。 3.改進主動隊列管理機制，提出一種動態(tài)自適應(yīng)公平性RED算法基于TCP的擁塞控制機制存在對短往返延遲短連接偏愛的問題，本文分析了AQM方案中RED算法，提出了一種加權(quán)公平的RED改進算法，稱為CRED。CRED獲得一種公平的帶寬分配機制，不管各連接分組的大小，根據(jù)連接的QoS要求對連接分別處理，只以各連接分組在中間節(jié)點緩存區(qū)中占有容量的比例作為計算鏈路丟包概率的依據(jù)，實現(xiàn)用戶定義的帶寬分配的

6、公平性；在保證公平性的同時保持網(wǎng)絡(luò)高的吞吐量。同時針對RED算法靜態(tài)參數(shù)設(shè)置以及對參數(shù)設(shè)置敏感的局限性，提出了一種動態(tài)自適應(yīng)RED算法。該算法利用一個高階分組丟棄函數(shù)，在下限閥值附近以較低的概率標記丟棄分組，在上限閥值附近迅速提高分組的標記/丟棄概率，并實現(xiàn)了從部分到全部標記丟棄分組的平滑化，其參數(shù)Pmax可依據(jù)平均隊列和瞬時隊列長度自適應(yīng)調(diào)整，避免了靜態(tài)參數(shù)設(shè)置的約束。 4.區(qū)分擁塞/無線鏈路錯誤丟包，提出一種TCP友好流媒體

7、擁塞控制機制該機制通過在接收端區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁塞丟包和鏈路錯誤隨機丟包，能較準確判斷網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，結(jié)合接收端緩存區(qū)占用程度，自適應(yīng)實施多級速率調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了TCP流友好性和流媒體服務(wù)質(zhì)量(QoS)的折中。由于區(qū)分出無線鏈路的誤碼丟包和動態(tài)調(diào)整流媒體QoS要求，該機制能維持較高的網(wǎng)絡(luò)利用率。大量仿真實驗的結(jié)果表明該機制對TCP流是友好的，并且能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)調(diào)整流媒體服務(wù)的QoS水平，保持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，在有線/無線混和網(wǎng)絡(luò)中具有很好的性能。