面向物联网网络拥塞控制的改进RED算法研究

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随着网络技术的日新月异以及社会发展的需要,物联网作为一个新兴的模式在这几年里迅速兴起,并很快得到了高速的发展,虽然其概念才刚刚兴起,但在未来几年它将在很大程度上改变大众的生产生活方式。同时也应该注意到,人们将会对网络服务的质量提出更高的要求,包括更高的网络传输速度以及更好的网络的传输性能。因此,物联网给大众带来便捷的同时,也给人们提出了一个新的研究课题——物联网网络拥塞控制。本文针对物联网模式复杂的网络环境,首先,在随机早期检测RED算法原理的基础上,提出了一种基于上限阈值的RED改进算法——MARED。MARED算法通过改进RED算法丢包率函数,并根据不同的队列长度设置不同的丢包概率,以适应不同网络环境下的拥塞控制。相比原算法主要做了以下两个方面的改进:1.通过对平均队列长度的分析可知,路由器内队列长度的分布是非线性的,并且按指数递减,因此本文通过把RED算法的丢包率与队列长度的关系由直线改成曲线,以更加符合实际情况,实现了丢包率的平滑变换,以保证在任何情况下都能对拥塞做出快速准确的反应。2.由于RED算法在队列长度达到最大门限值maxth时丢包率直接变为1,丢弃所有新到达的数据包的情况,本文设置了一个新的参数——上限阈值Uth,队列长度在maxth到Uth之间时,MARED算法的丢包率将从maxp逐渐上升为1,这样就提高了链路带宽的利用率,能够提供更大的数据吞吐量以及更小的丢包率。其次,对改进算法进行了稳定性分析。利用TCP系统流体模型,采用2-D Hurwitz-Schur稳定性判定原理,结合本文改进的MARED算法丢包策略对其进行了分析,并提出了算法稳定运行的参数区域。最后,对本文MARED算法的各项性能进行仿真。通过在虚拟机上安装网络仿真工具NS2,在物联网混合网络环境的仿真模型中得出的仿真数据表明,本文的改进算法MARED在平均队列长度、数据吞吐量和丢包率等方面表现优于原RED算法。说明MARED算法更能适应物联网复杂的网络环境,更能满足实际应用的需要。
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