混合网络环境下基于RTT的拥塞控制机制研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:papalong2009
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随着当今社会信息爆炸式的增长,Internet作为信息传播的重要媒介,在过去几十年也迅速发展起来,随之而来的拥塞问题也是越来越严重。网络拥塞所付出的直接代价是网络系统整体的性能下降,其中包括分组丢失率的增加、端到端延迟的增大、网络吞吐量的下降、严重者甚至会使整个系统发生拥塞崩溃,研究出行之有效的拥塞控制技术已经是势在必行。经前人的总结可知,网络产生拥塞的根源是由于资源子网提供给网络的负载超过了通信子网的容量和处理能力。当网络濒临拥塞崩溃时,很小的负载增量对网络系统来说都将是致命的,因为这将使网络的有效吞吐量骤降。拥塞控制技术自1988年Van Jacobson在其论文中首次提出至今,已走过了22年的发展历程。从最初的RFC1122到现在应用最广泛的TCP Reno,每次改进都带来网络性能的较大提高。拥塞控制是网络服务质量QoS中最基本和核心的部分,实施拥塞控制是网络保证基本服务质量的前提。因此,有效地解决拥塞问题对提高网络性能具有重要意义。由于TCP Reno是当今应用最广泛的传输层协议,所以本文将重点研究TCP的拥塞控制算法。TCP Vegas是继TCP Reno之后提出的且很有希望取而代之的源端拥塞控制机制,但是TCP Vegas在混合网络环境中的性能表现不佳使得它现在仍未能广泛地应用。本文在不改变Vegas原有优点的前提下对其进行了改进,之后对其建立了数学模型。分析的结果表明改进的慢启动算法能够给后一阶段的拥塞避免阶段提供更大的初始值,从而提高拥塞避免阶段的吞吐率,而且在慢启动阶段的吞吐率也有所提高。本文首先介绍了当前宽带网络拥塞的研究状况,之后在归纳总结TCP拥塞控制机制现状的基础上介绍了TCP Vegas的改进算法,并重点介绍作者的研究成果。主要研究成果如下:1,分析了TCP Vegas出现慢启动过早结束、拥塞窗口过小导致带宽利用率下降的情况,及其在与Reno等基于丢包来判断拥塞的算法竞争带宽时,带宽的公平性等问题。针对Vegas-A算法存在的不足,提出了改进算法Vegas-O。当处于慢启动阶段时,用介于指数和直线增长方式之间的速率来增加拥塞窗口大小,使之能够快速地达到可用带宽值并减少冲突的发生;其拥塞避免策略是基于Vegas-A改进的。另外对每个RTT内拥塞窗口大小的增量值也做了适当的修改,它能够比较好的解决其在慢启动阶段存在的问题。较之Vegas-A算法更能积极的增加窗口,而且在改进的同时保留了原算法稳定性等优点,使得本算法比原算法更能适应网络情况的变化。当与Reno共存时,本算法比Vegas-A算法性能好,特别是在高带宽时延乘积网络中。2,针对在无线网络环境中,TCP Vegas应用时会受到无线信道干扰和噪声的影响,对RTT难以进行准确的估计,导致其性能大幅度降低。结合了TCP New Vegas和TCP VegasA+等算法提出了一种改进算法Vegas-P。本算法就慢启动过早结束和拥塞避免阶段拥塞出现在反向链路上导致吞吐量下降的问题,以及在和NewReno共存时公平性恶化的问题进行了综合的改进。改进的目标是使算法更加均衡,具有更大的自适应性。仿真结果表明,改进之后的算法更平稳。
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