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高速网络显式拥塞控制关键技术研究

彭立宏  
【摘要】:拥塞控制是计算机领域的研究热点,它为互联网的稳定运行提供了必不可少的保证。随着互联网络带宽的不断提高以及各种新型网络应用对数据传输需求的日益增加,路由器支持的显式拥塞控制机制引起了广泛的关注。 在显式拥塞控制机制的研究中,目前需要重点解决的问题包括:如何自适应地配置控制参数;如何设计快速收敛的算法;如何提高大延时环境下拥塞控制机制的鲁棒性;如何保证控制机制的稳定性和公平性等。本文围绕上述关键问题展开了深入的研究,并提出了有效的解决方案。 本文研究了基于数据包丢失率的显式拥塞控制机制,指出影响算法收敛性能的一个关键问题是控制参数的设置。将控制参数设置为常数是已有算法线性收敛到公平的主要原因。为了改善算法收敛性能,本文提出了一种基于反馈的自适应参数调整机制NMKC,从理论上证明了NMKC在任意延时条件下的稳定性,并证明了NMKC收敛到公平的指标明显优于已有算法。大量仿真实验表明NMKC在有效性、稳定性、公平性、可扩展性等方面都具有优良的性能。 及时准确地判断网络拥塞程度以及提前预测未来的拥塞趋势是拥塞控制机制能够快速收敛到系统平衡状态的一个关键问题。本文提出了一种基于历史信息的显式拥塞控制机制FMKC。该机制实现简单,计算量小。理论分析和仿真结果表明,FMKC能快速收敛到稳定状态,在收敛性能等方面明显优于EMKC协议。 反馈信息的粒度对显式拥塞控制机制的性能尤其是收敛性能影响很大,信息粒度的增加有助于性能的提高。为此,本文提出了一种新的拥塞控制机制ATCP。ATCP协议的拥塞包头额外增加了数据包丢失率、瓶颈路由器序列号和估计的公平带宽等信息,路由器根据数据包丢失率的变化情况启发式地探测公平带宽,并通过拥塞包头的信息域通告给源端。ATCP协议的实现不需要路由器收集每条数据流的状态信息,也不需要路由器估计数据流数,算法计算量小。仿真结果表明,ATCP的收敛时间与带宽无关,可扩展性好,在提高效率的同时保证了良好的公平性。 保证大延时网络环境中拥塞控制机制的鲁棒性是显式拥塞控制机制研究的难点问题之一,主要原因是网络延时高度异构,系统行为非常复杂。为进一步优化高速网络拥塞控制算法的收敛性和稳定性,本文提出了一种适合于大时延网络环境的XCP-SVC协议,分别在源端和路由器的控制器中增加校正机制以克服大时延带来的不利影响。仿真结果表明,XCP-SVC算法改善了XCP算法在大时延网络环境中的性能,增强了系统的鲁棒性。 综上所述,本文针对显式拥塞控制机制的稳定性、公平性和收敛性等问题,提出了基于数据包丢失率反馈的参数自适应调整算法、快速公平收敛算法、大延 时环境中的鲁棒机制,提高了显式拥塞控制机制的收敛性、公平性和鲁棒性,对于推进高速网络高效传输的研究和实用化具有一定的理论意义和应用价值。


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