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一种改进的Vegas拥塞控制算法及其在Linux网络中的实现

张丽娟  
【摘要】:随着计算机网络的日益发展,有限的网络资源永远无法满足人们对于网络无限的需求。随之而来的网络拥塞问题越来越引起人们的关注。而针对目前的Internet网络拥塞问题,TCP拥塞控制是一个行之有效的方法。但当前应用最为广泛的TCP Reno算法存在着一定的不足。它是通过创造“拥塞”来获得可用带宽,使用丢包来进行拥塞度量,数据发送速率波动较大,平均发送速率不是很高。和Reno所不同的是,Vegas采用延时作为拥塞度量,并且通过比较实际吞吐量和期望吞吐量之间的差值来预知拥塞的发生。Vegas算法不但可以避免丢包,而且在吞吐量和稳定性方面都比Reno要好。但由于其保守的拥塞避免机制,当它与Reno共存时,吞吐量急剧下降。改进Vegas的性能是本文的研究目的。 本文的创新性工作和主要内容如下: (1)基于TCP Vegas网络拥塞控制算法兼容性和不公平性问题的研究 TCP Vegas算法采用了主动的拥塞避免机制,其目标是将网络带宽维持在一个稳定的水平,所以它不会持续扩展自己的拥塞窗口。而Reno采用了被动的拥塞避免机制,通过持续增加自己的拥塞窗口,直到网络过载来保证有效利用网络资源,因此在实际应用中,Reno将会窃取Vegas的带宽,导致Vegas算法不能起到实际作用。同时由于Vegas算法BaseRTT的测量方式,它对旧连接和高带宽流具有不公平性。针对这种情况,本文提出了Adaptive Vegas算法,对网络情况进行了进一步细分,通过自适应调整参数α、β和拥塞窗口的增长幅值使Vegas从保守的拥塞避免到可以更主动地增大拥塞窗口的策略改进,能够更积极地探测可用带宽,且同时保持了一定的稳定性。 本文在NS2仿真环境下进行了一系列实验,通过实验结果可以看出Adaptive Vegas算法可以依据网络情况自适应调节参数,对比Reno、Vegas、Vegas-A算法,Adaptive Vegas具有更好的链路利用,其综合性能优于其它两种算法。 (2)以内核模块方式实现Adaptive Vegas算法 本文将提出的Adaptive Vegas算法应用到课题组小型局域实验网的Linux系统中,以内核模块方式加以实现,方便Linux系统实时切换TCP拥塞控制算法。最后为检验Adaptive Vegas算法在实际网络环境中实现的正确性及其性能,设计并进行了一系列的实验,在相同网络环境下将改进的算法与Reno、Vegas等算法进行比较。结果表明,当路由器使用Droptail队列管理算法的时候Adaptive Vegas算法在与Reno共存时的兼容性是优于Vegas算法的,并且在丢包率、时延、时延抖动上的参数表现保持了Vegas的优点。改进的算法能够在保证在网络中和传统TCP保持公平的前提下充分利用网络中的链路资源,这个结果也是算法设计的出发点。 Adaptive Vegas算法除了性能优越,公平性好之外,只需修改TCP的发送端,可部署性强,因此有应用到现实网络中的实际意义和进一步研究的借鉴价值。


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