畢業(yè)論文---淺談通信網(wǎng)絡(luò)流量控制與擁塞控制技術(shù)

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目：淺談通信網(wǎng)絡(luò)流量控制與擁塞控制技術(shù) </p><p><b>　　班 級(jí)： </b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　時(shí)間：2011 年4月 12日</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　通信網(wǎng)絡(luò)流量控制和擁塞控制技術(shù)探討</p><p><b>　　作者：xxx</b><

3、/p><p>　　摘要：近年來(lái)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)增加了對(duì)多媒體的支持，加大了對(duì)系統(tǒng)帶寬的要求，對(duì)系統(tǒng)資源的設(shè)計(jì)、配置增加了不小的壓力。隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了一系列的問(wèn)題,其中最突出的是由網(wǎng)絡(luò)流量過(guò)大引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)擁塞。與此同時(shí),互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)日益多樣化和復(fù)雜化,作為承載服務(wù)的基礎(chǔ),對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行智能化的控制顯得日益重要。網(wǎng)絡(luò)流量特性可以充分體現(xiàn)承載網(wǎng)絡(luò)的性能特性。而互聯(lián)網(wǎng)中的業(yè)務(wù)的流量

4、迅速增長(zhǎng)，與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)相比，互聯(lián)網(wǎng)中的P2P業(yè)務(wù)的流量已經(jīng)占據(jù)了統(tǒng)治地位，也被引入到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，并越來(lái)越被廣泛接受。然而在給用戶(hù)帶來(lái)便利的同時(shí)，也產(chǎn)生了諸如網(wǎng)絡(luò)擁塞等問(wèn)題，對(duì)P2P業(yè)務(wù)的控制勢(shì)在必行，而P2P業(yè)務(wù)的有效識(shí)別正是對(duì)該業(yè)務(wù)進(jìn)行控制的必要基礎(chǔ)。與此同時(shí)，隨著3GPP對(duì)IMS規(guī)范制定的不斷深入，IMS已經(jīng)成為國(guó)際廣泛認(rèn)可的規(guī)范，它能夠?qū)τ脩?hù)進(jìn)行有效的管理與計(jì)費(fèi)。因此，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配，提高服務(wù)質(zhì)量（Qos），我們需要了解

5、3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的流量特性、流量測(cè)量、流量控制和擁塞控制。通信網(wǎng)絡(luò)采用多種技術(shù)來(lái)處理與擁塞相關(guān)的問(wèn)題，例如擁塞控制、流量控制等。</p><p>　　本文首先以介紹通信網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象以及流量的概念等相關(guān)知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，然后分析移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中存在擁塞的原因和需要進(jìn)行流量控制的原因，以及介紹現(xiàn)有擁塞控制技術(shù)和現(xiàn)有流量控制技術(shù)；最后針對(duì)UMTS的通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制技術(shù)和流量控制技術(shù)作原理論述、分析。</p>&

6、lt;p>　　關(guān)鍵詞：擁塞控制 流量測(cè)量 流量控制 流量模型 探討</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 通信網(wǎng)絡(luò)流量的概述1</p><p>　　1.1通信網(wǎng)絡(luò)流量的概念1</p><p>　　1.2通信網(wǎng)絡(luò)管理1</p><p>　　第二

7、章 通信網(wǎng)絡(luò)流量控制1</p><p>　　2.1通信網(wǎng)絡(luò)流量控制概念1</p><p>　　2.2兩種流量控制的方式2</p><p>　　2.3通信流量的監(jiān)測(cè)目的2</p><p><b>　　2.4流量監(jiān)管3</b></p><p><b>　　2.5流量整形3<

8、/b></p><p>　　第三章 擁塞控制4</p><p><b>　　3.1擁塞現(xiàn)象5</b></p><p>　　3.2擁塞控制的一般原理6</p><p>　　3.3造成擁塞的原因6</p><p>　　3.4擁塞控制的技術(shù)6</p><p>　　

9、3.5防止擁塞的途徑6</p><p>　　3.6擁塞控制方法7</p><p>　　3.7 擁塞的后果8</p><p>　　第四章 擁塞控制與流量控制的關(guān)系10</p><p>　　4.1擁塞控制與流量控制的關(guān)系10</p><p>　　第五章 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)流量10</p><p&g

10、t;　　5.1 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量10</p><p>　　5.2 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型12</p><p>　　5.2.1 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)12</p><p>　　5.2.2 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型12</p><p>　　第六章 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制13</p>&

11、lt;p>　　6.1擁塞控制的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)13</p><p>　　6.2流量控制與滑動(dòng)窗口機(jī)制14</p><p>　　6.2.1慢啟動(dòng)15</p><p>　　6.3完成擁塞控制時(shí)，確定擁塞窗口大小的過(guò)程15</p><p>　　6.4目前擁塞控制的研究熱點(diǎn)15</p><p><b>　　結(jié)

12、束語(yǔ)16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p>　　第一章 通信網(wǎng)絡(luò)流量的概述</p><p>　　1.1通信網(wǎng)絡(luò)流量的概念</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)流量是指單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的通信量，是衡量網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行負(fù)荷和狀態(tài)的重要參數(shù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)可以了解當(dāng)前狀態(tài)是否正常，是否存在

13、瓶頸和潛在的危機(jī)。通過(guò)控制可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)或者配置，提高性能、保證服務(wù)、保證網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行、合理分配網(wǎng)絡(luò)資源、避免網(wǎng)絡(luò)堵塞和擁塞。因此必要的網(wǎng)絡(luò)管理是非常重要的。</p><p><b>　　1.2通信網(wǎng)絡(luò)管理</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)管理的目標(biāo)是最大限度地增加網(wǎng)絡(luò)的可用時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率、網(wǎng)絡(luò)性能、服務(wù)質(zhì)量和安全性，簡(jiǎn)化多廠(chǎng)商混合網(wǎng)絡(luò)壞境下通

14、過(guò)提供單一的網(wǎng)絡(luò)操作控制環(huán)境來(lái)管理所有的子網(wǎng)和設(shè)備，以集中、統(tǒng)一的方式控制網(wǎng)絡(luò)，排除故障和配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。因此，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)于保持網(wǎng)絡(luò)良好的運(yùn)行狀態(tài)顯得越來(lái)越重要。</p><p>　　第二章 通信網(wǎng)絡(luò)流量控制</p><p>　　2.1通信網(wǎng)絡(luò)流量控制概念</p><p>　　流量控制用于防止在端口阻塞的情況下丟幀，這種方法是當(dāng)發(fā)送或接收緩沖區(qū)開(kāi)始溢出時(shí)通過(guò)

15、將阻塞信號(hào)發(fā)送回源地址實(shí)現(xiàn)的。流量控制可以有效地防止由于網(wǎng)絡(luò)中瞬間的大量數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的沖擊，保證用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)高效而穩(wěn)定的運(yùn)行。</p><p>　　2.2兩種流量控制的方式</p><p>　　在通信網(wǎng)絡(luò)中有兩種流量控制方式，它們分別是半雙工方式和全雙工方式。</p><p>　　在半雙工方式下，流量控制是通過(guò)反向壓力，即我們通常說(shuō)的背壓計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的，這種計(jì)數(shù)是通過(guò)向發(fā)

16、送源發(fā)送jamming信號(hào)使得信息源降低發(fā)送速度。</p><p>　　在全雙工方式下，流量控制一般遵循IEEE.802.3X標(biāo)準(zhǔn)，是由交換機(jī)向信息源發(fā)送“pause”幀令其暫停發(fā)送。</p><p>　　有的交換機(jī)的流量控制會(huì)阻塞整個(gè)lan的輸入，這樣大大的降低網(wǎng)絡(luò)性能。而高性能的交換機(jī)僅僅阻塞向交換機(jī)擁塞端口輸入幀的端口。采用流量控制，使傳送和接受節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)流量得到控制，可以防止數(shù)據(jù)包

17、丟失。</p><p>　　2.3通信流量的監(jiān)測(cè)目的</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的直接目的是獲取與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行有關(guān)的流量數(shù)據(jù)，而這些流量數(shù)據(jù)最終將服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)工程的各個(gè)方面。從總體上說(shuō)，可以包括流量描述、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和流量控制三個(gè)方面。</p><p>　　流量描述的任務(wù)之一是識(shí)別流量的模式，尤其是峰值流量的模式，以及這些模式的變化。同時(shí)，對(duì)流量模式的分析應(yīng)該具有多個(gè)時(shí)間尺

18、度。其次，分析網(wǎng)絡(luò)流量在網(wǎng)絡(luò)上的分布也很重要。流量分布可以使基于一些對(duì)象的：流、網(wǎng)絡(luò)接口、鏈路、節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)對(duì)、路徑或者目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。第三，流量描述還應(yīng)該根據(jù)不同的路由器和網(wǎng)絡(luò)上不同服務(wù)類(lèi)型數(shù)據(jù)的表現(xiàn)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的流量負(fù)載。第四，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)流量模式的研究可以預(yù)測(cè)流量的變化趨勢(shì)，從而對(duì)未來(lái)協(xié)議的設(shè)計(jì)等工作提供指導(dǎo)。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)是網(wǎng)絡(luò)測(cè)量領(lǐng)域很重要的一部分。對(duì)某些對(duì)可靠性要求很高的網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控本身

19、就是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)不可分割的一部分。首先，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)可以自監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)目前的運(yùn)行狀態(tài)，找出錯(cuò)誤的或者可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的設(shè)備或者操作。一般用戶(hù)在使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，都知道用ping或者traceroute等命令來(lái)監(jiān)測(cè)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，其實(shí)這本身就是一種網(wǎng)絡(luò)測(cè)量行為。其次，由于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的多樣化，服務(wù)質(zhì)量的控制越來(lái)越重要了。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)可以監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和連續(xù)性，可以保證服務(wù)質(zhì)量或服務(wù)等級(jí)得到了有效地執(zhí)行，可以對(duì)某個(gè)特定的服務(wù)提供性能上的監(jiān)控。第三，隨著MPLS等具

20、有網(wǎng)絡(luò)流量工程功能的路由協(xié)議的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控可以用來(lái)監(jiān)測(cè)流量工程策略的有效性，同時(shí)可以在網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)達(dá)到閥值的時(shí)候激活相應(yīng)的策略。第四，ISP為用戶(hù)提供Internet服務(wù)都不是獨(dú)立的，不同的ISP之間需要按照某種協(xié)議互相協(xié)作，以便為用戶(hù)提供最好的服務(wù)。因此網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控還擔(dān)負(fù)起了在邊界路由器監(jiān)控不同服務(wù)提供商之間的流量的任務(wù)。這一任務(wù)包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和網(wǎng)絡(luò)之間流量的交換進(jìn)行估計(jì)，以及服務(wù)提供商之間各式各樣的流量交換提供服務(wù)。</p&g

21、t;<p><b>　　2.4流量監(jiān)管</b></p><p>　　流量監(jiān)管TP(Traffic Policing)的典型應(yīng)用是監(jiān)督進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的某一流量的規(guī)格，把它限制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，或者對(duì)超出的部分流量進(jìn)行“懲罰”，以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)資源和運(yùn)營(yíng)商的利益。通常的做法是使用承諾訪(fǎng)問(wèn)速率CRA（Committed Access Rate）來(lái)限制某類(lèi)報(bào)文的流量，例如可以限制HTTP報(bào)文不

22、能占用超過(guò)50%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果發(fā)現(xiàn)某種類(lèi)型流量超標(biāo)，流量監(jiān)管可以選擇丟棄報(bào)文，或者重新設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)。</p><p>　　CAR的主要功能是實(shí)現(xiàn)流量的速率限制功能，而要實(shí)現(xiàn)此功能就必須對(duì)通過(guò)設(shè)備的流量進(jìn)行度量。令牌桶是目前最常采用的一種測(cè)量方法，在CAR及流量整形技術(shù)中都使用該方法進(jìn)行流量速率的控制。需要注意的是令牌桶只是一種流量測(cè)量方法，并不能對(duì)通信進(jìn)行過(guò)濾或者采取某種措施，比如說(shuō)丟棄數(shù)據(jù)包的操作等都由其

23、他功能完成。</p><p><b>　　2.5流量整形</b></p><p>　　流量整形TS（Traffic Shaping）的典型作用是限制流出某一網(wǎng)絡(luò)的某一連接的流量，使這一流量的報(bào)文以比較均勻的速度向外發(fā)送，是一種主動(dòng)調(diào)整流量輸出速率的措施。流量整形通常使用緩沖區(qū)和令牌桶來(lái)完成，如果對(duì)需要丟棄的報(bào)文進(jìn)行緩沖，將可以減少報(bào)文的丟棄，同時(shí)瞞足報(bào)文的流量特性。這

24、就是通用流量整形（以后簡(jiǎn)稱(chēng)GTS）。當(dāng)報(bào)文的發(fā)送速度過(guò)快時(shí)，首先在緩沖區(qū)進(jìn)行緩存，在令牌桶的控制下，再均勻的發(fā)送這些被緩存的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　第三章 擁塞控制</b></p><p>　　隨著Internet本身規(guī)模的迅速擴(kuò)大、Internet用戶(hù)數(shù)的劇增、以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類(lèi)型的快速增加，網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷越來(lái)越多的包丟失和其他的性能惡化問(wèn)題，其中一個(gè)比較嚴(yán)重的

25、現(xiàn)象就是網(wǎng)絡(luò)擁塞。 網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致的直接后果是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能下降：包括分組丟失率增加、端到端延遲增大、網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降、甚至有可能使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生擁塞崩潰。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于擁塞崩潰狀態(tài)時(shí)，微小的負(fù)載增量都將使網(wǎng)絡(luò)的有效吞吐量急劇下降。 造成網(wǎng)絡(luò)擁塞的原因很多，主要有：存儲(chǔ)空間不足、帶寬容量不足、處理器處理能力弱、TCP／IP協(xié)議擁塞控制機(jī)制中的缺陷、用戶(hù)的惡意攻擊造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞、以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的混沌、分叉等現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊的崩潰。 在目前的Int

26、ernet中，既然網(wǎng)絡(luò)擁塞是無(wú)法避免的，就必須采取積極主動(dòng)的策略控制和避免擁塞，把擁塞發(fā)生的可能性降到最低，即使在發(fā)生擁塞后也能及時(shí)地恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)擁塞控制也必須保證網(wǎng)絡(luò)效率。因此，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)改善性能、提高服務(wù)質(zhì)量的主要手段，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制問(wèn)題的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。</p><p><b>　　3.1擁塞現(xiàn)象</b></p><p>

27、　　擁塞現(xiàn)象是指到達(dá)通信子網(wǎng)中某一部分的分組數(shù)量過(guò)多，使得該部分網(wǎng)絡(luò)來(lái)不及處理，以致引起這部分乃至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能下降的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)陷入停頓，即出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。</p><p>　　死鎖現(xiàn)象跟公路網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常所見(jiàn)的交通擁擠一樣，當(dāng)假日公路網(wǎng)中車(chē)輛大量增加時(shí)，各種走向的車(chē)流相互干擾，使每輛車(chē)到達(dá)目的地的時(shí)間都相對(duì)增加，即延遲增加。甚至有時(shí)在某段公路上車(chē)輛因堵塞而無(wú)法開(kāi)動(dòng)，即發(fā)生局部死鎖。</p&

28、gt;<p>　　圖1-1 擁塞示意圖</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)的吞吐量與通信子網(wǎng)負(fù)荷，即通信子網(wǎng)中正在傳輸?shù)姆纸M數(shù)，有著密切的關(guān)系。當(dāng)通信子網(wǎng)負(fù)荷比較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量（分組數(shù)/秒）隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷（每個(gè)節(jié)點(diǎn)中分組的平均數(shù)）的增加而線(xiàn)性增加。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加到某一值后，弱網(wǎng)絡(luò)吞吐量反而下降，則表征網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了擁塞現(xiàn)象。</p><p>　　在一個(gè)出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象的網(wǎng)絡(luò)中，達(dá)到某個(gè)節(jié)點(diǎn)的

29、分組將會(huì)遇到無(wú)緩沖區(qū)可用的情況，從而使這些分組不得不由前一個(gè)節(jié)點(diǎn)重傳，或者需要由源節(jié)點(diǎn)或源端系統(tǒng)重傳。當(dāng)擁塞比較嚴(yán)重時(shí)，通信子網(wǎng)中相當(dāng)多的傳輸能力和節(jié)點(diǎn)緩沖器都用于這種無(wú)謂的重傳，從而使通信子網(wǎng)的有效吞吐量下降。由此引起惡性循環(huán)，使通信子網(wǎng)的局部甚至全部處于死鎖狀態(tài)，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量接近為零。</p><p>　　3.2擁塞控制的一般原理</p><p>　　擁塞控制是很難設(shè)計(jì)的，因

30、為它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的（而不是靜態(tài)的）問(wèn)題。</p><p>　　當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)正朝著高速化的方向發(fā)展，這很容易出現(xiàn)緩存不夠大而造成分組的丟失。但是分組的丟失是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的征兆而不是原因。</p><p>　　在許多情況下，甚至正是擁塞控制本身成為引起網(wǎng)絡(luò)性能惡化甚至發(fā)生死鎖的原因。這點(diǎn)應(yīng)特別引起重視。</p><p>　　3.3造成擁塞的原因</p><

31、p>　　多條流入線(xiàn)路有分組達(dá)到，并需要同一輸出線(xiàn)路，此時(shí)，如果路由器沒(méi)有足夠的內(nèi)存來(lái)存放所有這些分組，那么有的分組就會(huì)丟失。</p><p>　　路由器的慢帶處理器的緣故，以至于難以完成必要的處理工作，如緩沖區(qū)排隊(duì)、更新路由表等。</p><p>　　3.4擁塞控制的技術(shù)</p><p>　　丟棄策略。當(dāng)擁塞足夠嚴(yán)重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就要被迫將幀丟棄。</p>

32、;<p>　　擁塞避免。當(dāng)剛一出現(xiàn)輕微的擁塞跡象時(shí)用一些信令機(jī)制及時(shí)使擁塞避免過(guò)程開(kāi)始工作。</p><p>　　擁塞回復(fù)。在已出現(xiàn)擁塞時(shí)，擁塞恢復(fù)過(guò)程可阻止網(wǎng)絡(luò)徹底崩潰。</p><p>　　3.5防止擁塞的途徑</p><p>　　在傳輸層可以采用：重傳策略、亂序緩沖策略、亂序緩存策略、確認(rèn)策略和確定超時(shí)策略。</p><p&g

33、t;　　在網(wǎng)絡(luò)層可以采用：子網(wǎng)內(nèi)部的虛電路與數(shù)據(jù)報(bào)策略、分組排隊(duì)和服務(wù)策略、分組丟棄策略、路由算法和分組生存管理。</p><p>　　數(shù)據(jù)鏈路層可采用：重傳策略、亂序緩存策略、確認(rèn)策略和流量控制策略。</p><p><b>　　3.6擁塞控制方法</b></p><p>　　緩沖區(qū)預(yù)分配法。該法用于虛電路分組交換網(wǎng)中。</p>

34、<p>　　在建立虛電路時(shí)，讓呼叫請(qǐng)求分組途經(jīng)的節(jié)點(diǎn)為虛電路預(yù)先分配一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。若某個(gè)節(jié)點(diǎn)緩沖器已被占滿(mǎn)，則呼叫請(qǐng)求分組另?yè)衤酚?，或者返回一個(gè)"忙"信號(hào)給呼叫者。這樣，通過(guò)途經(jīng)的各節(jié)點(diǎn)為每條虛電路開(kāi)設(shè)的永久性緩沖區(qū)(直到虛電路拆除)，就總能有空間來(lái)接納并轉(zhuǎn)送經(jīng)過(guò)的分組。此時(shí)的分組交換跟電路交換很相似。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)分組并將它轉(zhuǎn)發(fā)出去之后，該節(jié)點(diǎn)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)返回一個(gè)確認(rèn)信息。該確認(rèn)一方面表示接收節(jié)點(diǎn)

35、已正確收到分組，另一方面告訴發(fā)送節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)已空出緩沖區(qū)以備接收下一個(gè)分組。上面是"停一等"協(xié)議下的情況，若節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)議允許多個(gè)未處理的分組存在，則為了完全消除擁塞的可能性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)要為每條虛電路保留等價(jià)于窗口大小數(shù)量的緩沖區(qū)。這種方法不管有沒(méi)有通信量，都有可觀(guān)的資源(線(xiàn)路容量或存儲(chǔ)空間)被某個(gè)連接占有，因此網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用率不高。這種控制方法主要用于要求高帶寬和低延遲的場(chǎng)合，例如傳送數(shù)字化語(yǔ)音信息的虛電路。&l

36、t;/p><p>　　分組丟棄法。該法不必預(yù)先保留緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)占滿(mǎn)時(shí)，將到來(lái)的分組丟棄。若通信子網(wǎng)提供的是數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，則用分組丟棄法來(lái)防止擁塞發(fā)生不會(huì)引起大的影響。但若通信子網(wǎng)提供的是虛電路服務(wù)，則必須在某處保存被丟棄分組的備份，以便擁塞解決后能重新傳送。</p><p>　　因此有兩種解決被丟棄分組重發(fā)的方法，一種是讓發(fā)送被丟棄分組的節(jié)點(diǎn)超時(shí)，并重新發(fā)送分組直至分組被收到;另一種是讓發(fā)送

37、被丟棄分組的節(jié)點(diǎn)在嘗試一定次數(shù)后放棄發(fā)送，并迫使數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)超時(shí)而重新開(kāi)始發(fā)送。但是不加分辨地隨意丟棄分組也不妥，因?yàn)橐粋€(gè)包含確認(rèn)信息的分組可以釋放節(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)，若因節(jié)點(diǎn)元空余緩沖區(qū)來(lái)接收含確認(rèn)信息的分組，這便使節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)失去了一次釋放的機(jī)會(huì)。解決這個(gè)問(wèn)題的方法可以為每條輸入鏈路永久地保留一塊緩沖區(qū)，以用于接納并檢測(cè)所有進(jìn)入的分組，對(duì)于捎帶確認(rèn)信息的分組，在利用了所捎帶的確認(rèn)釋放緩沖區(qū)后，再將該分組丟棄或?qū)⒃撋訋Ш孟⒌姆纸M保存在剛空出的

38、緩沖區(qū)中。</p><p>　　定額控制法。這種方法在通信子網(wǎng)中設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的稱(chēng)做"許可證"的特殊信息，一部分許可證在通信子網(wǎng)開(kāi)始工作前預(yù)先以某種策略分配給各個(gè)源節(jié)點(diǎn)，另一部分則在子網(wǎng)開(kāi)始工作后在網(wǎng)中四處環(huán)游。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要發(fā)送來(lái)自源端系統(tǒng)的分組時(shí)，它必須首先擁有許可證，并且每發(fā)送一個(gè)分組注銷(xiāo)一張?jiān)S可證。目的節(jié)點(diǎn)方則每收到一個(gè)分組并將其遞交給目的端系統(tǒng)后，便生成一張?jiān)S可證。這樣便可確保子網(wǎng)中分組數(shù)

39、不會(huì)超過(guò)許可證的數(shù)量，從而防止了擁塞的發(fā)生。</p><p><b>　　3.7 擁塞的后果</b></p><p>　　擁塞的極端后果是死鎖。</p><p>　　死鎖是網(wǎng)絡(luò)中最容易發(fā)生的故障之一，即使在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不很重時(shí)也會(huì)發(fā)生。死鎖是由于控制技術(shù)方面的某些缺陷所引起的，起因通常難以捉摸、難以發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)現(xiàn)，也常常不能立即修復(fù)。死鎖發(fā)生時(shí)，一

40、組節(jié)點(diǎn)由于沒(méi)有空閑緩沖區(qū)而無(wú)法接收和轉(zhuǎn)發(fā)分組，節(jié)點(diǎn)之間相互等待，既不能接收分組也不能轉(zhuǎn)發(fā)分組，并一直保持這一僵局，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。此時(shí)，只能靠人工干預(yù)來(lái)重新啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，解除死鎖。但重新啟動(dòng)后并未消除引起死鎖的隱患，所以可能再次發(fā)生死鎖。因此，在各層協(xié)議中都必須考慮如何避免死鎖的問(wèn)題。</p><p>　　存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)死鎖及其防止。最常見(jiàn)的死鎖是發(fā)生在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的直接存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)死鎖。例如，A節(jié)點(diǎn)的所有緩沖區(qū)

41、裝滿(mǎn)了等待輸出到B節(jié)點(diǎn)的分組，而B(niǎo)節(jié)點(diǎn)的所有緩沖區(qū)也全部裝滿(mǎn)了等待輸出到A節(jié)點(diǎn)的分組;此時(shí)，A節(jié)點(diǎn)不能從B節(jié)點(diǎn)接收分組，B節(jié)點(diǎn)也不能從A節(jié)點(diǎn)接收分組，從而造成兩節(jié)點(diǎn)間的死鎖。</p><p>　　兩節(jié)點(diǎn)間的死鎖這種情況也可能發(fā)生在一組節(jié)點(diǎn)之間，例如，A節(jié)點(diǎn)企圖向B節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組、B節(jié)點(diǎn)企圖向C節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組、而C節(jié)點(diǎn)又企圖向A節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組，但此時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都無(wú)空閑緩沖區(qū)用于接收分組，這種情形稱(chēng)做間接存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)死鎖。當(dāng)一個(gè)

42、節(jié)點(diǎn)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，所有與之相連的鏈路將被完全擁塞。而防止存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)死鎖的方法有兩種。</p><p>　　一種防止存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)死鎖的方法是，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置M+1個(gè)緩沖區(qū)，并以0到M編號(hào)。M為通信子網(wǎng)的直徑，即從任一源節(jié)點(diǎn)到任一目的節(jié)點(diǎn)間的最大鏈路段數(shù)。每個(gè)源節(jié)點(diǎn)僅當(dāng)其0號(hào)緩沖區(qū)空時(shí)才能接收源端系統(tǒng)來(lái)的分組，而此分組僅能轉(zhuǎn)發(fā)給1號(hào)緩沖區(qū)空閑的相鄰節(jié)點(diǎn)，再由該節(jié)點(diǎn)將分組轉(zhuǎn)發(fā)給它的2號(hào)緩沖區(qū)空閑的相鄰節(jié)點(diǎn)……最后，該分組或者

43、順利到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)并被遞交給目的端系統(tǒng)，或者到了某個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)為M的緩沖區(qū)中再也轉(zhuǎn)發(fā)不下去，此時(shí)一定發(fā)生了循環(huán)，應(yīng)該將該分組丟棄。由于每個(gè)分組都是按照編號(hào)遞增規(guī)則分配緩沖區(qū)，所以節(jié)點(diǎn)之間不會(huì)相互等待空閑緩沖區(qū)而發(fā)生死鎖現(xiàn)象。這種方法的不足之處在于，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)雖然有空閑緩沖區(qū)，但正巧沒(méi)有所需要的特定編號(hào)的緩沖區(qū)時(shí)，分組仍要等待，從而造成了緩沖區(qū)和鏈路的浪費(fèi)。</p><p>　　另一種防止存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)死鎖的方法是，使每個(gè)分組

44、上都攜帶一個(gè)全局性的惟一的"時(shí)間戳"，每個(gè)節(jié)點(diǎn)要為每條輸入鏈路保留一個(gè)特殊的接收緩沖區(qū)，而其它緩沖區(qū)均可用于存放中轉(zhuǎn)分組。在每條輸出鏈路的隊(duì)列上分組按時(shí)間戳順序排隊(duì)。例如，節(jié)點(diǎn)A要將分組送到節(jié)點(diǎn)B，若B節(jié)點(diǎn)沒(méi)有空閑緩沖區(qū)，但正巧有要送到A節(jié)點(diǎn)的分組，此時(shí)A、B節(jié)點(diǎn)可通過(guò)特殊的接收緩沖區(qū)交換分組;若B節(jié)點(diǎn)既沒(méi)有空閑緩沖區(qū)，也沒(méi)有要送往A節(jié)點(diǎn)的分組，B節(jié)點(diǎn)只好強(qiáng)行將一個(gè)出路方向大致與A節(jié)點(diǎn)方向相同的分組與A節(jié)點(diǎn)互相交換分

45、組，但此時(shí)A節(jié)點(diǎn)中的分組必須比B節(jié)點(diǎn)中的分組具有更早的時(shí)間戳，這樣才能保證子網(wǎng)中某個(gè)最早的分組不受阻擋地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。由此可見(jiàn)，每個(gè)分組最終總會(huì)成為最早的分組，并總能被一步一步地發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)，從而避免了死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。</p><p>　　重裝死鎖及其防止。死鎖中比較嚴(yán)重的情況是重裝死鎖。假設(shè)發(fā)給一個(gè)端系統(tǒng)的報(bào)文很長(zhǎng)，被源節(jié)點(diǎn)拆成若干個(gè)分組發(fā)送，目的節(jié)點(diǎn)要將所有具有相同編號(hào)的分組重新裝配成報(bào)文遞交給目的端系統(tǒng)，

46、若目的節(jié)點(diǎn)用于重裝報(bào)文的緩沖區(qū)空間有限，而且它無(wú)法知道正在接收的報(bào)文究竟被拆成多少個(gè)分組，此時(shí)，就可能發(fā)生嚴(yán)重的問(wèn)題:為了接收更多的分組，該目的節(jié)點(diǎn)用完了它的緩沖空間，但它又不能將尚未拼裝完整的報(bào)文遞送給目的端系統(tǒng)，而鄰節(jié)點(diǎn)仍在不斷地向它傳送分組，但它卻無(wú)法接收。這樣，經(jīng)過(guò)多次嘗試后，鄰節(jié)點(diǎn)就會(huì)繞道從其它途徑再向該目的節(jié)點(diǎn)傳送分組，但該目的節(jié)點(diǎn)已被死鎖，其周邊區(qū)域也由此發(fā)生了擁塞。下面幾種方法可用以避免重裝死鎖的發(fā)生:</p>

47、;<p>　?、僭试S目的節(jié)點(diǎn)將不完整的報(bào)文遞交給目的端系統(tǒng);</p><p>　?、谝粋€(gè)不能完整重裝的報(bào)文能被檢測(cè)出來(lái)，并要求發(fā)送該報(bào)文的源端系統(tǒng)重新傳送;</p><p>　?、蹫槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)配備一個(gè)后備緩沖空間，用以暫存不完整的報(bào)文。</p><p>　　前面的兩種方法不能很滿(mǎn)意地解決重裝死鎖，因?yàn)樗鼈兪苟讼到y(tǒng)中的協(xié)議復(fù)雜化了。一般的設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該

48、對(duì)端系統(tǒng)透明，也即端系統(tǒng)不該考慮諸如報(bào)文拆、裝之類(lèi)的事。第三種方法雖然不涉及端系統(tǒng)，但使每個(gè)節(jié)點(diǎn)增加了開(kāi)銷(xiāo)。</p><p>　　第四章 擁塞控制與流量控制的關(guān)系</p><p>　　4.1擁塞控制與流量控制的關(guān)系</p><p>　　擁塞控制所要做的都有一個(gè)前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。</p><p>　　擁塞控制是一個(gè)全局性的過(guò)程

49、，涉及到所有的主機(jī)、所有的路由器，以及與降 低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。</p><p>　　流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信量的控制。</p><p>　　流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便接收端來(lái)得及接收。</p><p>　　第五章 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)流量</p><p>　　移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)增

50、加了對(duì)多媒體的支持，加大了對(duì)系統(tǒng)帶寬的要求，對(duì)系統(tǒng)資源的設(shè)計(jì)、配置增加了不小的壓力。為設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配，提高服務(wù)質(zhì)量（QoS），人們需要了解3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的流量特性和流量模型。經(jīng)過(guò)分析，本文以WCDMA為例，分析了3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量特性。</p><p>　　5.1 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量</p><p>　　WCDMA R6將為核心網(wǎng)提供全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，這

51、樣，就形成了一個(gè)支持音頻和視頻服務(wù)的IP多媒體網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)能夠保障所提供的音頻和視頻服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），另外還支持音頻和視頻通信的無(wú)縫集成。這樣，就對(duì)WCDMA的流量分析造成了以下兩方面的影響。</p><p>　　語(yǔ)音通話(huà)行為用交替的活躍時(shí)段和安靜時(shí)段表示，一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的CD74ACT14M96G4 狀態(tài)模型被用來(lái)刻畫(huà)這兩種隨機(jī)時(shí)段。實(shí)際上，活躍時(shí)段和安靜時(shí)段均符合負(fù)指數(shù)分布。Tactive表示通話(huà)處于活

52、躍時(shí)段，并且在上行鏈路上進(jìn)行發(fā)送的平均時(shí)間，Tsilent表示通話(huà)處于安靜時(shí)段，并且在下行鏈路上進(jìn)行接收的平均時(shí)間。并且，兩者的均值滿(mǎn)足：Tsilent+Tactive=3s。這使得一條通話(huà)信道的活躍期大約為50%～60%。這里需要注意，所有移動(dòng)用戶(hù)的通話(huà)行為彼此無(wú)關(guān)，一次語(yǔ)音通話(huà)服務(wù)的會(huì)話(huà)持續(xù)時(shí)間的均值為tD，Speech=120，該會(huì)話(huà)持續(xù)時(shí)間符合負(fù)指數(shù)分布。而且在這一時(shí)段，建立該會(huì)話(huà)的連接將獨(dú)占系統(tǒng)的相關(guān)資源。</p>

53、<p>　　由于WCDMA R6增加了可用帶寬，這幾種新業(yè)務(wù)都能夠?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備同時(shí)提供多媒體服務(wù)，并且支持以下多種媒介類(lèi)型：音頻業(yè)務(wù)流（包括語(yǔ)音），視頻業(yè)務(wù)流，靜態(tài)圖片，2D和3D圖形及動(dòng)畫(huà)，文本（包括簡(jiǎn)單文本類(lèi)型和復(fù)雜文本類(lèi)型，如可描述字體、顏色、大?。?，合成的音頻流，元數(shù)據(jù)（Metadata）。這樣，我們就可以將這幾種新業(yè)務(wù)的流量分為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流（包括以上媒介類(lèi)型的后5種，因?yàn)樗鼈兌际且詳?shù)據(jù)流的形式來(lái)傳輸?shù)模?、視頻業(yè)務(wù)流和

54、音頻業(yè)務(wù)流服務(wù)這3類(lèi)。當(dāng)然，就流量來(lái)說(shuō)，前兩者占了絕大多數(shù)。</p><p>　　首先，與傳統(tǒng)的請(qǐng)求/應(yīng)答的HTTP流量相比，多媒體流通常有更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。一般情況下，多媒體流采用UDP協(xié)議作為下層的傳輸協(xié)議，這樣就對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞反應(yīng)較慢。所以，多媒體流的流量特性與Web流量的差異很大。隨著多媒體流流量的增加，網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)受到重要影響。所以，WCDMA R6新業(yè)務(wù)對(duì)多媒體的支持極大地加大了對(duì)系統(tǒng)帶寬的要求，對(duì)系統(tǒng)資源的

55、設(shè)計(jì)、配置增加了不小的壓力。為設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配，人們需要了解WCDMA新業(yè)務(wù)的流量特性和流量模型。</p><p>　　其次，這些新業(yè)務(wù)極大地豐富了客戶(hù)的選項(xiàng)和需求。為了更加有效地使用系統(tǒng)資源、滿(mǎn)足不同客戶(hù)的各種要求，QoS對(duì)WCDMA R6的重要性相應(yīng)地上升到前所未有的高度。為了在WCDMA R6的網(wǎng)絡(luò)中有效地提高QoS，人們也需要了解WCDMA新業(yè)務(wù)的流量特性和流量模型。</p>

56、;<p>　　從以上兩方面出發(fā)，WCDMA R6的運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備供應(yīng)商都迫切需要了解WCDMA新業(yè)務(wù)的流量特性和流量模型，這也是本文所關(guān)注的重點(diǎn)。3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型。</p><p>　　5.2 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型</p><p>　　5.2.1 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)</p><p>　　WCDMA R6的新業(yè)務(wù)有

57、WSS，PSS，IMS，MMS。其中，PSS是包交換業(yè)務(wù)流服務(wù)，IMS是實(shí)時(shí)IP多媒體服務(wù)，MMS是非實(shí)時(shí)多媒體消息服務(wù)。</p><p>　　在這3類(lèi)新業(yè)務(wù)中，WSS為音頻業(yè)務(wù)流，其余均為多媒體流，本文分別予以討論。</p><p>　　5.2.2 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型</p><p>　　WSS為音頻業(yè)務(wù)流，包括用戶(hù)的語(yǔ)音通話(huà)。盡管在WCDMA

58、R6中，可用帶寬增加了，但這對(duì)用戶(hù)的語(yǔ)音通話(huà)的行為方式?jīng)]有影響。所以WSS的流量特性仍然符合傳統(tǒng)的語(yǔ)音通話(huà)流量模型。</p><p>　　PSS，IMS和MMS業(yè)務(wù)以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流、視頻業(yè)務(wù)流和音頻業(yè)務(wù)流這樣的流傳輸?shù)臋C(jī)制提供服務(wù)。</p><p>　　對(duì)于音頻流而言，可以用符合截?cái)嗍絇areto分布的ON/OFF模型來(lái)刻畫(huà)。</p><p>　　對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流，最近許

59、多研究成果證實(shí)其流量特性適于用自相似（重尾）模型來(lái)描述。事實(shí)上，Pareto分布是最常用的描述自相似的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流的重尾模型。</p><p>　　對(duì)于視頻業(yè)務(wù)流，視頻業(yè)務(wù)流是自相似的，并且可以用類(lèi)似于Pareto分布的重尾模型來(lái)描述。此外，Beran，Sherman等人證實(shí)視頻流業(yè)務(wù)發(fā)生源應(yīng)該用自相似模型來(lái)刻畫(huà)。還有一些研究表明視頻的幀長(zhǎng)符合截?cái)嗍絇areto分布。</p><p>　　從

60、以上的分析可知，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流、視頻業(yè)務(wù)流和音頻業(yè)務(wù)流服務(wù)這3類(lèi)流量都可以用某種Pareto分布來(lái)表示。然而，我們僅僅知道前兩者的流量占了絕大多數(shù)，并不知道這3類(lèi)流量的確切比例。并且，我們也不知道與這3類(lèi)流量相對(duì)應(yīng)的分布函數(shù)的確切參數(shù)。更重要的是，與這3類(lèi)流量相對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)段差別較大，這樣持續(xù)時(shí)段差別較大的、不同分布的ON/OFF流量重合疊加的結(jié)果必然帶來(lái)流量的突發(fā)性。所以，僅僅用一個(gè)簡(jiǎn)單的Pareto分布無(wú)法準(zhǔn)確描述這樣的多媒體流量

61、。</p><p>　　多媒體流的流量特性是自相似的。而自相似的網(wǎng)絡(luò)流量常常會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)丟包率和排隊(duì)延遲增加，對(duì)網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的實(shí)際影響是網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備和路由器的Buffer容量必須加大。</p><p>　　那么，是不是Buffer容量越大越好呢？答案是否定的。因?yàn)锽uffer容量越大，所造成的延遲也越大，這對(duì)于實(shí)時(shí)多媒體通信而言是不利的（增加了延遲抖動(dòng)），而且高延遲增加了QoS的復(fù)雜度，對(duì)優(yōu)

62、化網(wǎng)絡(luò)性能是不利的。</p><p>　　所以，我們需要有一個(gè)能夠描述WCDMA R6系統(tǒng)存儲(chǔ)容量的定量的模型。</p><p>　　當(dāng)前，絕大多數(shù)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)流量方面的學(xué)術(shù)論文都將單個(gè)用戶(hù)的流量模型自下而上地分為3個(gè)層次：會(huì)話(huà)級(jí)、連接級(jí)、包級(jí)，每一級(jí)的流量行為又都是用不同概率分布的、交替的ON/OFF周期來(lái)描述。與這自下而上的3個(gè)層次相對(duì)應(yīng)的時(shí)間尺度是由小到大的，也就是說(shuō)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的

63、流量在不同時(shí)間尺度上都可以用ON/OFF模型來(lái)描述，具有相似的特點(diǎn)，而一個(gè)系統(tǒng)的自相似性正是指某種結(jié)構(gòu)或過(guò)程的特征從不同的空間、時(shí)間尺度來(lái)看都是相似的。</p><p>　　其次，WCDMA R6允許一個(gè)用戶(hù)并發(fā)地運(yùn)行不同的應(yīng)用程序，更何況，同一時(shí)刻都有許多用戶(hù)共同使用WCDMA系統(tǒng)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)的合成流量就是由許多不同時(shí)間尺度的ON/OFF流量疊加重合而成，而相似過(guò)程的疊加重合正是形成自相似流量的主要原因。&

64、lt;/p><p>　　另一方面，除了極少的WSS流量之外，PSS，IMS和MMS流量中，都是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量占絕大部分，都適于用自相似的流量模型來(lái)表征。</p><p>　　當(dāng)然，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的流量特性與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的流量特性有所不同，同樣驗(yàn)證了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的流量具有自相似性。</p><p>　　綜上所述，WCDMA R6新業(yè)務(wù)的合成流量應(yīng)該是用自相似的模型來(lái)描述。</p&

65、gt;<p>　　第六章 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制</p><p>　　6.1擁塞控制的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　端到端擁塞控制的IETF標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的方面包括集中在特定的協(xié)議(例如TCP協(xié)議[RFC2581]，可靠的多點(diǎn)傳送協(xié)議[RFC2357]);終端節(jié)點(diǎn)和路由器之間的擁塞信息(例如明確的擁塞通告[RFC2481])交換的句法和語(yǔ)義;不同服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量的期望值。端到端的擁塞控

66、制的作用也在一個(gè)關(guān)于“Internet中的隊(duì)列管理和避免擁塞的建議”[參見(jiàn)RFC2309]的RFC報(bào)告中進(jìn)行了討論。RFC2309提出了在路由器中活躍的隊(duì)列管理機(jī)制的配置和對(duì)路由器機(jī)制設(shè)計(jì)的延續(xù)來(lái)處理對(duì)擁塞通告無(wú)回應(yīng)的流。我們能夠輕松地從RFC2309中借用一些端到端的擁塞控制的概括性的討論。</p><p>　　本文對(duì)擁塞控制的原理進(jìn)行更一般性的討論。Internet成功的一個(gè)關(guān)鍵因素就是TCP協(xié)議的避免擁塞機(jī)

67、制。當(dāng)前TCP協(xié)議在Internet中仍然是占主導(dǎo)地位的傳輸協(xié)議，但它不是適用于任何地方，有越來(lái)越多的應(yīng)用由于某種原因沒(méi)有選擇使用TCP協(xié)議。通信不僅包括多點(diǎn)傳送通信，而且包括單點(diǎn)傳送通信，諸如不需要可靠性的流化的多媒體，以及包括象DNS(DomainNameServer域名服務(wù)器)或路由信息的通信，它們帶有被認(rèn)為對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行至關(guān)重要的短信息。許多通信并不使用任何形式的預(yù)留帶寬或端到端擁塞控制。為了保持最優(yōu)傳輸量，端到端的擁塞控制的繼續(xù)使

68、用對(duì)保持Internet的穩(wěn)定至關(guān)重要。</p><p>　　6.2流量控制與滑動(dòng)窗口機(jī)制</p><p>　　為了避免接收端的緩沖區(qū)溢出（尤其是在高速傳輸?shù)那闆r下），TCP使用流量控制機(jī)制。</p><p>　　為了提高協(xié)議效率，TCP使用滑動(dòng)窗口機(jī)制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)分組。在傳送另一個(gè)分段前,TCP不需要等待每個(gè)分段的確認(rèn)消息，它可以一次傳送多個(gè)分段。流量控制負(fù)

69、責(zé)確定窗口大小或者TCP分段數(shù)，這些分段將在給定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳送，以?xún)?yōu)化系統(tǒng)效率和連接吞吐量，而不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生擁塞或者在接收端出現(xiàn)緩沖區(qū)現(xiàn)象。窗口大小的控制是通過(guò)擁塞窗口和廣播窗口之間隨時(shí)選擇最小值來(lái)實(shí)現(xiàn)，廣播窗口是一種由接收機(jī)在每個(gè)傳送給發(fā)送方（如服務(wù)器）的分段中進(jìn)行廣播的。由接收機(jī)確定的廣播窗口，其上限受到接收機(jī)緩沖區(qū)大小的限制，這樣不會(huì)出現(xiàn)緩沖區(qū)溢出現(xiàn)象。擁塞窗口負(fù)責(zé)對(duì)TCP數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)目進(jìn)行修正，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)容量極限的需要。該擁

70、塞窗口由慢啟動(dòng)和擁塞避免機(jī)制進(jìn)行控制。因此，TCP流量控制可以使用動(dòng)態(tài)傳輸滑動(dòng)窗口來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　TCP中實(shí)現(xiàn)的流量控制通過(guò)使廣播窗口動(dòng)態(tài)的適應(yīng)接收端緩沖空間，來(lái)預(yù)防接收端發(fā)出溢出現(xiàn)象，但是這種流量控制機(jī)制無(wú)法處理中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的緩沖區(qū)溢出問(wèn)題。為了解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題，在TCP中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了擁塞控制機(jī)制，這些機(jī)制在隨著TCP版本的不同而不同。</p><p><b>　

71、　6.2.1慢啟動(dòng)</b></p><p>　　慢啟動(dòng)的原理是不讓網(wǎng)絡(luò)發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象，該網(wǎng)絡(luò)包含了由發(fā)送方傳送的TCP分段。發(fā)送方采用最近的增強(qiáng)方案中的長(zhǎng)度為一個(gè)MSS的初始擁塞窗口進(jìn)行傳輸，該擁塞窗口的初始值可以設(shè)置為2個(gè)或者4個(gè)MSS。一旦發(fā)送方接收到已傳輸分組的確認(rèn)消息，它就將擁塞窗口的長(zhǎng)度增加一個(gè)MSS。從此，它能一次傳送兩個(gè)分段，而不是一個(gè)分段。當(dāng)發(fā)送方接收到已傳輸分組的確認(rèn)消息時(shí)，每接收到一

72、個(gè)確認(rèn)消息，它就將一個(gè)擁塞窗口的長(zhǎng)度增加一個(gè)MSS。這個(gè)過(guò)程將繼續(xù)知道檢測(cè)到存在著丟包現(xiàn)象，采用的檢測(cè)方法既可以是3重復(fù)制，也可以是重傳超時(shí)，或者直到窗口長(zhǎng)度達(dá)到門(mén)限值。一旦達(dá)到慢啟動(dòng)門(mén)限值，慢啟動(dòng)軟狀態(tài)就被擁塞狀態(tài)所代替，此時(shí)擁塞窗口的增長(zhǎng)幅度放緩。</p><p>　　6.3完成擁塞控制時(shí)，確定擁塞窗口大小的過(guò)程</p><p>　　確定擁塞窗口的大小的過(guò)程：在剛建立連接時(shí)，將擁塞窗口

73、的大小初始化為該連接所需的最大連接數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度值，并發(fā)送一個(gè)最大長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段(當(dāng)然必須是接收窗口允許的)。如果在定時(shí)器超時(shí)前得到確認(rèn)，將擁塞窗口的大小增加一個(gè)數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)，并發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)段，如果每個(gè)數(shù)據(jù)段在定時(shí)器超時(shí)前都得到確認(rèn)，就再在原基礎(chǔ)上增加一倍，即為4個(gè)數(shù)據(jù)段的大小，如此反復(fù)，每次都在前一次的基礎(chǔ)上加倍。當(dāng)定時(shí)器超時(shí)或達(dá)到發(fā)送窗口設(shè)定值，停止擁塞窗口尺寸的增加。這種反復(fù)稱(chēng)為慢速啟動(dòng)，所有的TCP協(xié)議都支持這種方法。</p

74、><p>　　6.4目前擁塞控制的研究熱點(diǎn)</p><p>　　擁塞控制不僅是網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、高效運(yùn)行的關(guān)鍵，同時(shí)又是實(shí)現(xiàn)各種服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)和前提。實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)不斷發(fā)展的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究也是一個(gè)非常困難、有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的研究仍有許多工作要做，進(jìn)一步的工作包括：</p><p>　　(1) 擁塞控制基于端主機(jī)的控制策略和路由器的隊(duì)列管理策略存在相互

75、影響、相互作用的關(guān)系，如何在網(wǎng)絡(luò)模型描述的基礎(chǔ)上，從控制系統(tǒng)的角度將兩者結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的擁塞控制策略，是網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究的一個(gè)方向。</p><p>　　(2) 主動(dòng)隊(duì)列管理技術(shù)通過(guò)丟包積極響應(yīng)擁塞，來(lái)達(dá)到擁塞避免和緩解的目的，是網(wǎng)絡(luò)擁塞控制最重要的手段。如何實(shí)現(xiàn)AQM高級(jí)策略，引入新的人工智能算法和遺傳算法與模糊邏輯的綜合應(yīng)用是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。</p><p>　　(3)

76、以往的工作主要采用局部線(xiàn)性化方法，缺乏對(duì)系統(tǒng)全局動(dòng)力學(xué)的理論分析。此外，在多種源端擁塞控制策略和路由器避免策略并存時(shí)，如何分析整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，如何分析各種不確定因素對(duì)穩(wěn)定性的影響等，也是需要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。</p><p>　　(4) TCP/IP 擁塞控制的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)面臨著眾多的折中，不可能有一種設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)在所有環(huán)境中都是“最好的”。現(xiàn)有的擁塞控制思路、方法和技術(shù)在多目標(biāo)的不同環(huán)境中面臨著挑戰(zhàn)，它們還有許多要

77、改進(jìn)的地方。</p><p>　　(5) 目前已經(jīng)有越來(lái)越多的移動(dòng)用戶(hù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，由于無(wú)線(xiàn)通信固有的特點(diǎn)，使得擁塞控制機(jī)制的研究更加困難，極具挑戰(zhàn)。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　隨著Internet本身規(guī)模的迅速擴(kuò)大、Internet用戶(hù)數(shù)的劇增、以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類(lèi)型的快速增加，網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷越來(lái)越多的包

78、丟失和其他的性能惡化問(wèn)題，在目前的Internet中，既然網(wǎng)絡(luò)擁塞是無(wú)法避免的，就必須采取積極主動(dòng)的策略控制和避免擁塞，把擁塞發(fā)生的可能性降到最低，即使在發(fā)生擁塞后也能及時(shí)地恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)擁塞控制也必須保證網(wǎng)絡(luò)效率。因此，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)改善性能、提高服務(wù)質(zhì)量的主要手段，流量控制問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò)擁塞控制問(wèn)題的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

79、gt;</p><p>　　[1]《WCDMA:面向IP移動(dòng)與移動(dòng)英特網(wǎng)》，作者：邱玲 ，人民郵電出版社。</p><p>　　[2]《UMTS中無(wú)線(xiàn)資源管理策略》，作者：（西）若爾迪.佩雷斯-羅梅羅等，西安交通大學(xué)出版社。</p><p>　　[3]《第三代移動(dòng)通信中的無(wú)線(xiàn)資源管理》，作者沈潔等，電子工業(yè)出版社。</p><p>　　[4]