高动态异构INTERNET拥塞控制算法研究

【摘要】：主动队列管理和有线无线异构网络的传输控制协议(Transport Control Protocol,TCP)是通信界的两个前沿热点领域。本文首先提出主动队列管理的主从拥塞尺度设计框架,称为YELLOW算法。结合算法的全局稳定性分析和仿真测试,给出了YELLOW算法的设计准则和参数设定。YELLOW算法以负载作为拥塞的主要尺度,并辅以一个非线性队列控制函数作为控制内环,能同时获得较好的鲁棒性和响应性。根据给出的设计过程可知YELLOW算法的实现较为简单。构建不同流量场景,对YELLOW算法的性能进行评估并与其他代表性的主动队列管理算法进行了比较。仿真结果证实了YELLOW算法在实际的高动态网络环境下具有更好的性能。接下来针对自适应虚拟队列管理算法性能对链路利用率参数和衰减参数较敏感的问题,提出了自适应参数的设定方法。与原始的自适应虚拟队列管理算法相比,改进的算法能同时获得较好的响应性能和较高的链路利用率。 文章的第二部份致力于含时变时延的拥塞控制器的稳定性分析问题。拥塞控制系统可以等价为一个含时变时延的分散反馈系统。本文运用Lyapunov-Krasoviskii方法和线性矩阵不等式技术,分别分析了随机指数标识算法的局部稳定性和基于速率的拥塞控制器的全局稳定性。根据所得的稳定性条件,通过线性矩阵不等式的凸优化方法可以得到时变时延的鲁棒稳定上界的显示值。稳定性条件中的网络环境参数与控制器参数之间的关系可以通过数值方法求解。此外,运用经典的Nyquist稳定性判据,给出了TCP/LRED(Loss ratio based Random Early Detection)互联系统的稳定性条件。该稳定性条件从理论上解释了LRED算法设计的有效性,即其稳定性判定条件完全与链路负载解耦。为了使得算法对链路容量也具有可扩展性,在LRED算法的基础上提出了动态平衡控制器的设计。动态平衡控制器设计中还提出了一个新的完全平均丢失滤波算法,提高了估计算法的稳态性能和响应性能。 本文的最后一部分研究有线无线异构网络的带宽估计协议。首先对带宽估计协议进行了全面的解析评估,如带宽估计协议的吞吐量公式、公平性和有效性。尽管带宽估计协议的公平性和有效性可以得到解析证明,但是当源端对可用带宽估计不准确或者无线随机丢失超过一定值的情况下,具体的带宽估计算法在实际实现时性能会变得很差。本文提出TCP ComFF(Combination Faimess and Friendliness)协议