高速网络显式拥塞控制关键技术分析.docx

摘 要
拥塞控制为整个互联网的稳定运行提供了必不可少的保证。拥塞控制机制一直是计算机领域的研究热点。随着下一代互联网络带宽的不断提高以及各种新型网络应用对数据传输需求的日益增加,路由器支持的显式拥塞控制机制引起了广泛的关注。
在显式拥塞控制机制的研究中,目前需要重点解决的问题包括:如何自适应地配置控制参数;如何设计快速收敛的算法;如何提高大延时环境下拥塞控制机制的鲁棒性;如何保证控制机制的稳定性和公平性等。本文围绕上述关键问题展开了深入的研究,并提出了有效的解决方案。
本文研究了基于数据包丢失率的显式拥塞控制机制,指出影响算法收敛性能的一个关键问题是控制参数的设置。将控制参数设置为常数是已有算法线性收敛到公平的主要原因。为了改善算法收敛性能,本文提出了一种基于反馈的自适应参数调整机制 NMKC,从理论上证明了 NMKC 在任意时延条件下的稳定性,并证明了 NMKC 收敛到公平的指标明显优于已有算法。大量仿真实验表明 NMKC 在有效性、稳定性、公平性、可扩展性等方面都具有优良的性能。
及时准确地判断网络拥塞程度及未来的拥塞趋势是拥塞控制机制能够快速收敛到系统平衡状态的一个关键问题。本文研究发现源端基于本地的历史信息能够准确判断地网络拥塞的发展趋势,而目前的大多数拥塞控制算法往往忽略了这一重要信息。本文提出了一种基于历史信息的显式拥塞控制机制 FMKC。FMKC 能够有效利用本地的历史信息检测并预测拥塞,提早作出响应,极大地改善了收敛性能。此外,FMKC 具有实现简单,计算量小等特点。本文还从理论上分析了 FMKC 的稳定性能和收敛性能。仿真结果表明,FMKC 在收敛性能等方面明显优于 EMKC 协议。
反馈信息的粒度对显式拥塞控制机制的性能尤其是收敛性能影响很大。为此, 本文提出了一种新的拥塞控制机制 ATCP。ATCP 协议的拥塞包头除了携带数据包丢失率等信息外,还增加了估计的公平带宽信息域。路由器根据数据包丢失率的变化情况启发式地探测公平带宽,并通过拥塞包头的信息域通告给源端。ATCP 协议的实现不需要收集每条数据流的状态信息,也不需要路由器估计流数,算法计算量小。仿真结果表明,ATCP 的收敛时间与带宽和 RTT 无关,可扩展性好,在提高效率的同时保证了良好的公平性。
保证大延时网络环境中拥塞控制机制的鲁棒性是显式拥塞控制机制研究的难点问题之一,主要原因是网络延时高度异构,系统行为非常复杂。为进一步优化高速网络拥塞控制算法的收敛性和稳定性,本文提出了一种适合于大时延网络环
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境的 XCP-SVC 协议,分别在源端和路由器的控制器中增加校正机制以克服大时延
带来的不利影响。仿真结果表明,XCP-SVC 算法改善了 XCP 算法在大时延网络环境中的性能,增强了系统的鲁棒性。
综上所述,本文针对显式拥塞控制机制的稳定性、公平性和收敛性等问题, 重点研究了基于数据包丢失率反馈的参数自适应调整算法、快速公平收敛算法、大延时环境中的鲁棒机制,提高了显式拥塞控制机制的收敛性、公平性和鲁棒性, 对于推进高速网络高效传输的研究和实用化具有一定的理论意义和应用价值。
关键词:互联网;高速网络;拥塞控制;稳定性;公平性;鲁棒性;收敛; 反馈
Abstract
Congestion control which is a critical issue works is one of the key techniques for the stability of . With the rapid growth of the backbone bandwidth of next generation and the demands of data transmission of various work applications, explicite congestion control mechanism assisted by routers attracts great attention.
There are still some open problems in the research area of explicit congestion control, such as devising algorithms with fast convergence, setting systematic parameter, adaptively, designing robust algorithms in large works, fair bandwidth allocation, and performance evaluation, etc. We propose a series of new