基于速率的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制協(xié)議若干技術(shù)研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人們生活不可缺少的一部分。雖然隨著網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增大，但是網(wǎng)絡(luò)資源總是有限的，由于網(wǎng)絡(luò)中資源和流量的分布不均勻，網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生就成了互聯(lián)網(wǎng)的固有屬性。為了增加互聯(lián)網(wǎng)的帶寬利用率、提高互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性，需要執(zhí)行擁塞控制。根據(jù)擁塞控制算法運(yùn)行的位置，可以分成源算法和鏈路算法。源算法只涉及網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備獲取的信息調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送速率，如 TCP中的擁塞控制機(jī)制就是利用網(wǎng)絡(luò)端主機(jī)獲

2、取的信息來預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生；鏈路算法則是通過數(shù)據(jù)包頭收集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的擁塞信息，將此信息寫入數(shù)據(jù)包，并將擁塞信息反饋給端主機(jī)來檢測(cè)擁塞的發(fā)生，如顯式擁塞控制算法。
　　傳統(tǒng)的擁塞控制機(jī)制往往是通過TCP及 TCP改進(jìn)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，此機(jī)制暴露了許多局限性。本文分析目前TCP擁塞控制機(jī)制的基本原理，包括慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速回復(fù)和快速重傳機(jī)制，以及一些 TCP擁塞控制改進(jìn)協(xié)議，如 TCP Westwood、TCP V

3、egas、HSTCP等，發(fā)現(xiàn) TCP的窗口減小方式在高速網(wǎng)絡(luò)上的性能嚴(yán)重下降，且無線網(wǎng)絡(luò)中因信道誤碼率無法充分利用帶寬。針對(duì)這些問題，通過對(duì)顯式擁塞控制機(jī)制分析，本文進(jìn)行了基于RCP(Rate Control Protocol)的精確速率反饋擁塞控制算法研究，并針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)提出一種基于帶寬估計(jì)的速率反饋擁塞控制方案，最后提出一種基于速率的MPTCP擁塞控制方案。本文的具體的研究?jī)?nèi)容如下。
　　(1)深入分析了RCP協(xié)議的擁塞控制方

4、式，其使用鏈路容量除以前一時(shí)刻的速率來估計(jì)當(dāng)前流數(shù)量，在短數(shù)據(jù)流較多且數(shù)據(jù)流數(shù)量變化較大的場(chǎng)景下這種估計(jì)方法有一定限制，此時(shí) RCP協(xié)議會(huì)由于其計(jì)算通過路由器的數(shù)據(jù)流數(shù)量偏差較大，造成反饋速率計(jì)算不準(zhǔn)確。針對(duì)這個(gè)問題，提出了一種基于RCP協(xié)議的精確速率反饋擁塞控制算法，該算法略去了估計(jì)通過路由器的流數(shù)量，就能精確計(jì)算出反饋速率，并在 NS2仿真平臺(tái)上進(jìn)行了各種數(shù)據(jù)流環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該算法和RCP一樣具有較高的網(wǎng)絡(luò)利用率，并且擁

5、有較低的隊(duì)列長(zhǎng)度和較短的平均流完成時(shí)間。因此該算法能夠在較快的速度下反饋精確速率并具有較短的平均流完成時(shí)間，能提升網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用性能。
　　(2)分析了無線網(wǎng)絡(luò)中TCP擁塞控制的現(xiàn)狀和限制，在具有高錯(cuò)誤率的無線環(huán)境下，AMID擁塞控制方案的吞吐量會(huì)急劇下降。發(fā)現(xiàn)其主要原因是傳統(tǒng)的TCP擁塞控制機(jī)制不能夠區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包丟失的原因，即是由無線信道造成的還是有網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的丟包，因此在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)并沒有發(fā)生擁塞，但是由于無線信道錯(cuò)誤造成無碼丟包的情

6、況下，T C P依舊降低其發(fā)送速率?，F(xiàn)有的基于端到端的帶寬估計(jì)擁塞控制方案，都有TCP擁塞控制協(xié)議遺留下來的缺點(diǎn)，比如在無線鏈路下性能較低、產(chǎn)生丟包時(shí)吞吐量抖動(dòng)過大、帶寬利用率不高等。本文提出一種基于帶寬估計(jì)的速率反饋擁塞控制方案，并設(shè)計(jì)一種帶寬估計(jì)方法，將基于RCP協(xié)議的精確速率反饋擁塞控制算法應(yīng)用到無線網(wǎng)絡(luò)中，最后根據(jù) NS2仿真實(shí)驗(yàn)分析，可以獲得較高的吞吐量和穩(wěn)定性。
　　(3)對(duì)多路徑傳輸控制協(xié)議進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)保證多條路