IP網(wǎng)絡(luò)中基于隊(duì)列的擁塞控制研究.pdf

1、IP網(wǎng)絡(luò)是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的核心網(wǎng)，IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)提供的Best-effort服務(wù)已經(jīng)不能滿足不同用戶、不同業(yè)務(wù)對QoS的不同要求。IP網(wǎng)絡(luò)的QoS問題已經(jīng)成為當(dāng)前國際網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域最重要、最富有魅力的核心研究領(lǐng)域之一。網(wǎng)絡(luò)的QoS對未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展具有舉足輕重的意義，也是NGN的關(guān)鍵技術(shù)之一。 影響網(wǎng)絡(luò)QoS的因素很多，但最基本、最核心的是擁塞控制

2、。擁塞控制作為避免和控制網(wǎng)絡(luò)擁塞的重要手段，不僅對提高網(wǎng)絡(luò)的性能和效率有重大影響，也是提高網(wǎng)絡(luò)QoS水平的前提和基礎(chǔ)。雖然學(xué)術(shù)界在網(wǎng)絡(luò)擁塞控制領(lǐng)域已經(jīng)作了大量的研究工作，但是到目前為止，擁塞控制問題一直沒有得到很好的解決。 本文主要研究增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)QoS保證技術(shù)中最基本、最核心的擁塞控制，目的是研究更為穩(wěn)定、高效的擁塞控制策略使之能輔助IP網(wǎng)絡(luò)提供更好的QoS保證。 本文的主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下： (1)針對BL

3、UE算法在參數(shù)設(shè)置方面存在的不足，提出了一種基于參數(shù)自適應(yīng)的主動隊(duì)列管理算法-Self-adaptingBLUE。論文基于TCP友好公式得到丟包率和連接數(shù)量之間的關(guān)系，采用自適應(yīng)機(jī)制對BLUE算法進(jìn)行了改進(jìn)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文算法能有效屏蔽由突發(fā)流量產(chǎn)生的抖動，減少隊(duì)列溢出或空閑現(xiàn)象的發(fā)生，在提高鏈路利用率的同時(shí)可以降低丟包率。 (2)針對BLUE算法缺乏早期擁塞檢測機(jī)制的不足，提出了一種基于動態(tài)閾值DT的主動隊(duì)列管理算法-DT

4、-BLUE。算法通過對緩存空間進(jìn)行動態(tài)管理，能提前預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的早期擁塞，及時(shí)對流量的變化做出反應(yīng)。根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)及緩沖區(qū)占用量動態(tài)地調(diào)整丟包率，DT-BLUE算法彌補(bǔ)了BLUE算法缺乏早期擁塞檢測的不足，增強(qiáng)了BLUE算法對動態(tài)環(huán)境的適應(yīng)能力，提高了BLUE算法的魯棒性。仿真實(shí)驗(yàn)表明，DT-BLUE算法能有效保持隊(duì)列長度的穩(wěn)定，使之更能適應(yīng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)流量的變化，獲得穩(wěn)定的性能和較高的吞吐率。 (3)針對TCP擁塞控制機(jī)制存在的公平性問

5、題，提出了一種基于公平策略的核心無狀態(tài)公平隊(duì)列算法-FCSFQ。算法采用動態(tài)閾值緩存管理機(jī)制，丟包概率考慮了流的到達(dá)速率，又考慮了緩沖區(qū)的占用情況。根據(jù)非響應(yīng)流UDP數(shù)據(jù)包的空間分布特點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)借鑒CHOKe機(jī)制，加大對非響應(yīng)流的懲罰力度，解決了響應(yīng)流和非響應(yīng)流之間的不公平問題。FCSFQ算法在一定程度上保證了所有流的公平共享帶寬，同時(shí)通過基于DT的緩存管理中預(yù)留的緩沖資源去除了對間歇性流與突發(fā)性流的歧視。仿真實(shí)驗(yàn)表明，基于公平策

6、略的FCSFQ算法在動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能顯著提高緩沖資源的利用率。 (4)針對模糊控制系統(tǒng)對模型的不確定性有很好的適應(yīng)能力，算法引入模糊理論，探索研究了模糊理論在擁塞控制領(lǐng)域的應(yīng)用，提出了一種基于模糊邏輯的主動隊(duì)列管理算法。算法利用模糊理論對緩沖區(qū)占用率及隊(duì)列長度等模糊問題進(jìn)行描述，利用模糊理論處理不確定性問題的優(yōu)越性，建立了模糊擁塞控制模型，實(shí)現(xiàn)了對擁塞的模糊控制。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，基于模糊邏輯的主動隊(duì)列管理算法取得了比傳

7、統(tǒng)算法更好的效果，該算法能有效保持隊(duì)列長度的穩(wěn)定，提高路由器的擁塞控制性能。 (5)針對常見的主動隊(duì)列管理算法普遍存在公平性問題，提出了一種基于速率的公平隊(duì)列管理算法-RFED。RFED算法對非響應(yīng)流實(shí)施有效的懲罰，保證了不同數(shù)據(jù)流之間的公平，并根據(jù)分組的到達(dá)速率調(diào)節(jié)丟包率，將隊(duì)列的到達(dá)速率控制在鏈路的服務(wù)速率之下。仿真實(shí)驗(yàn)表明，RFED算法在公平性、穩(wěn)定性等方面效果良好，是一個(gè)完全無狀態(tài)的算法，無需進(jìn)行復(fù)雜的參數(shù)配置，因此很容