论文部分内容阅读
数据网络(诸如分组交换网络、帧中继网络和ATM网络)以及互联网所面临的一个关键设计问题是拥塞控制。拥塞是一种复杂现象,拥塞控制也是一个复杂课题。近年来,随着网络的发展,带宽在1 Gbps到10 Gbps的高速网络的应用越来越广泛,这样的网络通常具有高带宽.延时积(BDP)的特点,原有标准的TCP协议的拥塞控制方法已经不适应其发展的要求。同时为了更好的控制拥塞,需要在中间链路上配置有效的拥塞探测和反馈机制。另外,随着无线通信和无线网络应用的日益广泛,分层架构在该领域的适用性正被重新审视,针对无线网络的拥塞控制算法也可以通过跨层获得各种参数来优化,这是跨层设计(CLD)一个重点研究课题。
本文从拥塞控制的两个主要研究方向：端到端的拥塞控制和中间结点的拥塞控制着手对高速网络的拥塞控制算法进行了研究。近年来已提出不少关于高速网络的端到端的拥塞控制算法,本文针对现有算法的不足,提出了改进的算法。传统中间结点的拥塞控制通常使用DropTail队列,而很多研究表明,主动队列管理(AQM)策略更适合高速网络中的拥塞控制,本文对这类算法进行了重点研究,提出了一些改进算法。同时本文也把算法的设计思想扩展到无线mesh网络(WMNs)的跨层拥塞控制当中。本文的主要研究工作和贡献在于：
(1)提出了一种针对高速网络的改进的端到端拥塞控制算法。
针对高速网络的捌塞控制方法在接收方确认窗口相对于拥塞窗口较小的情况,仍会限制发送窗口的增加,从而限制TCP连接对高速网络带宽的利用率,提出一种根据接收方缓存中数据的动态变化率和最小往返时间乘积的估值来调整接收方确认窗口中的信用量的算法,从而达到提高TCP性能的目标。
(2)提出了一种改进的显式拥塞指示算法。
针对显式拥塞指示协议建议当网关缓存的平均队列长度超过队列门限上界时丢弃分组而导致过低的网络吞吐量的问题,提出了一种改进算法,该算法在网关缓存平均队列超过队列上限时按一定概率函数随机地丢弃分组以限制队列长度继续增加,从而保证高吞吐量、低平均延迟和连通的鲁棒性。
(3)提出一种基于排队延时的AQM算法。
该算法通过引入采用带宽.延时积技术获得的拥塞探测门限来控制排队延时,解决了Drop Tail队列存在的问题；同时力求算法实现简单,并且算法能根据网络流量来调整门限,解决了一些AOM算法参数设置不能有效适应网络状况的问题。
(4)提出一种基于队列长度的AQM算法。
由于网关是否能有效监控分组的排队延时依赖于系统时钟的精度,而其等效参数队列长度则不需要考虑时钟的精度,因此我们通过将拥塞控制参数由排队延时改为队列长度,提出了一种控制队列长度的AQM算法,文中介绍了修改控制参数后门限的计算公式和具体实现的控制模块。
(5)提出了一种改进的基于排队延时的AQM算法。
为了增强基于排队延时的AQM算法在实际系统中的应用性,进一步改进了该算法,引入了通过权重指数选取样本流来计算拥塞探测门限的方法以及能更灵活地适应网络变化的门限更新机制。
(6)提出了一种无线网络中跨层的AQM算法。
通过结合跨层设计的思想,将改进的基于延时的AQM算法的设计方法应用到无线mesh网络中,这样可以在不修改上层协议的前提下通过跨层获得参数实现算法。
本文通过研究,认为端到端的拥塞控制和中间结点的拥塞控制各有优劣。端到端的拥塞控制算法主要在于正确估计网络的可得资源,并合理的增加或减小发送窗口；而中间结点的拥塞控制在于能合理地分配资源,并将网络中的资源占用维持在一定水平之下,以避免网络性能急剧下降。因此,未来的拥塞控制的研究,应能有效地结合这两种控制方法,二者互相配合,互相补充,使网络资源得到合理分配和有效利用,从而达到网络系统的最优化运行。