因特网拥塞控制机制若干问题研究

论文摘要

近些年来,有相当多的研究都试图扩展因特网的体系结构,为即将大量出现的实时多媒体应用提供服务质量保障。例如因特网的标准化组织IETF先后提出了综合服务模型和区分服务模型。但是无论最终采用哪种体系结构,其技术的核心都需要在恰当的层次和颗粒度上对流量进行必要的管理,包括接纳控制、业务整形、队列管理、调度和拥塞控制等诸多方面,其中最基本和最重要的应该是拥塞控制,因为很难想象一个时常有可能出现严重拥塞且无法及时加以恢复的网络能够实现良好的QoS保障。本文针对当前拥塞控制存在的问题,提出新的拥塞控制机制和改进算法。主要研究成果如下:1.针对TCP Vegas在反向通路拥塞以及重选路方面存在的TCP连接吞吐量劣化的问题,对TCP Vegas算法进行改进,提出两种改进算法。分别为:Vegas+和Vegas-AS。Vegas+利用新的前向通路时延测量方法来估计前向通路的可用带宽,有效的改善了传统Vegas连接的吞吐量,并且实现简单,大大降低了算法执行的复杂度。Vegas-AS采用“主动激励（Active Spurring）”机制,可以有效的解决Vegas重选路问题,改善了Vegas的吞吐量,并可作为一个独立模块内嵌到Vegas或其增强算法中。2.分别从不同角度对主动队列管理机制（AQM）进行了深入研究,提出了一些新算法或新思想。（1）针对RED算法中传统的EWMA估计算法存在的不能同时提供良好的时效性和平稳性的缺陷,提出了一种改进的平均队长估计策略—dEWMA。该技术通过两个EWMA估计器之间的相互配合,采用一套简单的判决算法,能够更好的实现时效性和平稳性的统一。通过在RED中应用dEWMA技术,进一步验证了dEWMA技术的有效性。（2）基于等效激活流（EAF）预测技术,提出一种抑制非响应流,提高公平性的AQM机制——近似公平丢弃（AFD）机制。和其它现有的主动队列管理机制不同,AFD并不丢弃低于最大允许速率门限的流的包,因此保护了行为良好的流免受行为不端流的影响,进而改善了这类流的吞吐量,降低了排队时延。特别的当UDP的流量很大时,AFD更能有效的保护“小”流（例如WEB业务）不被“饿”死,表明AFD机制更适合目前的因特网。此外,AFD具有较低的算法实现复杂度,可以在因特网中容易得部署。3.针对传统拥塞检测指标（例如平均队长）在无线自组织网络环境中不能有效检测网络拥塞的问题,分析研究了IEEE 802.11协议MAC帧服务时延

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 拥塞的定义和拥塞控制
• 1.3 拥塞控制机制和发展现状
• 1.3.1 端到端拥塞控制机制
• 1.3.2 主动队列管理机制
• 1.4 本文研究的主要内容和成果
• 第2章 TCP-Vegas 算法的改进
• 2.1 TCP-Vegas 算法概述
• 2.2 Vegas+：一种解决非对称通路问题的Vegas 改进算法
• 2.2.1 现有解决方案的主要问题
• 2.2.2 Vegas+
• 2.2.3 性能仿真和讨论
• 2.3 Vegas-AS：一种解决Vegas 重选路问题的Vegas 改进算法
• 2.3.1 Vegas 重选路问题
• 2.3.2 主动激励（Active Spurring）机制
• 2.3.3 性能仿真和讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 主动队列管理机制的进一步研究
• 3.1 前言
• 3.2 dEWMA——一种新颖的数据估计技术
• 3.2.1 dEWMA（double EWMA）
• 3.2.2 dEWMA 在RED 中的应用
• 3.2.3 性能仿真与分析
• 3.2.4 讨论
• 3.3 近似公平丢弃（Approximate Fairness Dropping）机制
• 3.3.1 等效激活流
• 3.3.2 基于等效激活流预测技术的主动队列管理机制
• 3.3.3 计算机仿真和性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Ad Hoc 网络的拥塞检测
• 4.1 传统拥塞控制机制在Ad hoc 网络中的局限性
• 4.2 IEEE 802.11 MAC 协议
• 4.3 IEEE 802.11 帧服务时延分析
• 4.3.1 IEEE 802.11 帧服务时延
• 4.3.2 FSD 数值分析
• 4.4 FSD 在拥塞控制中的应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 TFRC 协议在多跳 Ad hoc 网络中的性能分析和改进
• 5.1 TFRC 协议介绍
• 5.1.1 TCP 吞吐量建模公式
• 5.1.2 TFRC 的关键技术
• 5.1.3 TFRC 协议发送端行为
• 5.1.4 TFRC 协议接收端行为
• 5.2 TFRC 在Ad hoc 网络环境下存在的问题
• 5.3 TFRC-VLPN
• 5.3.1 采用FSD 检测网络拥塞
• 5.3.2 采用VLPN 作为拥塞提前告警标志
• 5.3.3 避免拥塞信息积聚
• 5.3.4 速率调整机制
• 5.3.5 丢失事件率的反馈机制
• 5.4 仿真和性能分析
• 5.4.1 仿真说明
• 5.4.2 静态拓扑结构
• 5.4.3 动态拓扑结构
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读博士学位期间的研究成果