高带宽时延网络中拥塞控制协议的研究

摘要

随着计算机网络技术的飞速发展、网络应用的不断丰富，各种网络环境逐步发展起来，如高速网络、无线网络、卫星网络等，其中大规模应用在互联网主干网络中的高带宽时延网络(High Bandwidth-Delay Product Networks)逐渐成为主流网络。不同的网络环境特性给传统网络下的TCP拥塞控制协议带来了极大的挑战。针对传统TCP的局限性，研究者们提出了一些适应不同网络环境的拥塞控制协议，然而这些协议在不同网络环境下都面临着一些问题：在网络环境不可知情况下，用户难以选择适当的特定协议进行传输，因此各类拥塞控制协议的环境适应能力值得探讨；在高带宽时延网络中，现有改进高速协议都难以同时满足高效性、公平性和实用性的条件。
　　 本文首先介绍了近几年不同网络环境下端到端拥塞控制协议的发展及研究成果，并着重分析了高带宽时延网络环境下的拥塞控制协议存在的问题。通过NS2仿真实验比较了各类拥塞控制协议在交叉网络环境特性下的总体性能表现，分析了这些协议的优缺点以及不同网络特性尤其是高带宽高延时对现有协议的影响，评价了各类协议对不同网络环境的适应能力。
　　 在分析网络特性对协议性能影响的基础上，本文针对高带宽高延时的网络特性，提出一种基于带宽估计的显式拥塞控制改进协议VCP-BE(Variable-structure congestion Control Protocol based on Bandwidth Estimation)，使用ECN2bit位反馈负载信息，并结合端到端带宽估计算法来估测网络负载，解决了高速网络协议难以同时满足实用性和高效性的问题，在提高协议性能的同时保证了协议较好的普及性。仿真实验表明，该协议能够有效适应高带宽时延网络的传输特性，具有比同类显式反馈协议VCP和MLCP更优的性能，在获得高利用率，低排队延时和低丢包率的同时，具有较好的公平性和较快的收敛速度。
　　 本文最后对上述的研究工作进行总结，分别阐述了在网络环境不可知情况下以及高带宽时延网络环境下拥塞控制协议存在的问题及进一步优化的研究思路。