下一代Internet拥塞控制策略研究

摘要

随着Internet的飞速发展，用户数量的急剧增加，新的网络应用不断涌现，虽然网络带宽以摩尔定理的速率增长，但仍无法满足人们对带宽资源的需求。拥塞控制问题在新的网络运营环境下继续成为研究热点。同时，针对层出不穷的不良行为甚至恶意行为流造成的网络拥塞，TCP拥塞控制机制显得力不从心，迫切需要研究新的拥塞控制理论与方法。拥塞控制的目标就是高效、公平地利用网络资源，提高网络的综合性能和服务质量。所以有效地解决拥塞问题是改善网络系统性能、提高网络通讯服务质量的主要手段；并且网络拥塞控制也是当前计算机网络和控制理论交叉领域研究的一个热点课题，不仅具有重要的理论研究背景和意义，同时具有广泛的应用价值。
　　 本文主要工作如下：
　　 1、在TCP拥塞控制理论上采用流体模型，建立了新的Reno拥塞控制算法延迟微分方程的动态模型，并对该Reno算法模型控制器的局部鲁棒性进行了分析，结果发现Reno协议的一个自身鲁棒性缺陷：在网络延迟猛增或者是链路带宽很大时Reno将变得不稳定。这使得Reno不适合下一代Internet工作环境，然后通过基于包模型的网络仿真实验平台验证了理论推导结果。
　　 2、基于TCP源端算法在稳定状态下的循环模型，详细分析了Vegas在公平性能方面的不足，设计了F-Vegas(Fairness-Vegas)算法。所设计的算法可以有效的解决Vegas连接在网络路由改变造成的吞吐量持续下降问题，同时有效的改善Vegas与Reno之间竞争的公平性，通过仿真验证了F-Vegas的高效性和公平性。
　　 3、针对Vegas在非对称链路上出现反向通路拥塞导致的TCP连接吞吐量劣化问题，提出了改进算法E-Vegas。E-Vegas利用新的时延测量方法来估计前向通路的可用带宽，有效的提高了传统Vegas连接的吞吐量，同时也有效降低了算法执行的复杂度。
　　 4、从协议工作性能的角度对TFRC协议进行了分析，得出了TFRC不适合MANET网络环境的结论。针对此问题提出了Vegas Virtual TFRC协议。与TFRC协议不同，Vegas Virtual TFRC采用Vegas隐式检测策略判断拥塞，并通过虚丢包指示(VLPN)报告拥塞。这两种技术很好的克服了TFRC自身的设计缺陷，很大程度上屏蔽了非拥塞丢包对连接吞吐率的影响，改善了TFRC在MANET网络中的数据传输性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目标

1.3 研究工作内容

1.4 论文的主要工作

1.5 论文的组织结构

第二章 下一代Internet性能特征

2.1 下一代Internet流量性能特征

2.1.1 互联网的网络模型

2.1.2 流量控制

2.2 下一代Internet可信性能特征

2.2.1 互联网的信任危机

2.2.2 互联网的脆弱性

2.3 下一代Internet可信性

2.3.1 互联网的可信性特征

2.3.2 互联网的可信性处理方案

2.3.3 网络与用户行为的可信模型

2.4 下一代互联网的网络环境

2.4.1 互联网的可信性环境

2.4.2 下一代互联网的体系结构

2.4.3 协议标准和机制算法

第三章 有线网络中的拥塞控制方案

3.1 下一代Internet网络拥塞

3.1.1 网络拥塞定义

3.1.2 网络拥塞形成原因

3.2 TCP拥塞控制的工作原理

3.2.1 拥塞控制算法的性能评价标准

3.2.2 拥塞控制算法设计的困难

3.2.3 TCP拥塞控制的四个主要过程

3.3 下一代Internet中有线网络上的拥塞控制策略

3.3.1 链路拥塞控制算法

3.3.2 端节点拥塞控制算法

第四章 端节点拥塞控制算法性能分析与改进

4.1 网络模拟策略

4.1.1 理论模型和仿真模型

4.1.2 TCP吞吐量数学模型

4.2 TCP Reno算法性能分析

4.2.1 构建模型

4.2.2 鲁棒性(Robustness)

4.2.3 Reno算法仿真

4.3 TCP Vegas算法研究

4.3.1 Vegas算法概述

4.3.2 Vegas算法存在的问题

4.3.3 Vegas的公平性研究进展

4.4 一种改善Vegas公平性的算法(F-Vegas)

4.4.1 Reno和Vegas的拥塞避免阶段模型

4.4.2 F-Vegas算法设计

4.4.3 性能仿真和讨论

4.5 一种改善反向通路性能的算法(Enhancement-Vegas)

4.5.1 现有解决方案的主要问题

4.5.2 E-Vegas算法设计

4.5.3 性能仿真和讨论

第五章 无线网络中TCP算法性能分析与改进

5.1 无线网络的基本知识

5.1.1 无线网络的历史概况

5.1.2 蜂窝网络

5.1.3 MANET网络

5.1.4 卫星网络

5.1.5 无线网络中TCP协议的特点

5.2 无线TCP技术的改进策略

5.2.1 分段连接的策略(split connection scheme)

5.2.2 链路层的策略(link-layer scheme)

5.2.3 端对端的策略(end-to-end scheme)

5.2.4 几种算法的性能比较

5.3 无线网络中的TCP拥塞判定

5.3.1 直接拥塞判定方式

5.3.2 间接拥塞判定方式

5.4 MANET网络中拥塞控制

5.4.1 无线网络中TCP协议面临的挑战

5.4.2 MANET网络中TFRC协议的性能分析

5.5 一种性能改进的TFRC协议(VV-TFRC)

5.5.1 VV-TFRC算法设计

5.5.2 VV-TFRC性能分析

5.6 性能仿真和讨论

5.6.1 静态拓扑结构

5.6.2 动态拓扑结构

第六章 总结与展望

6.1 研究成果

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研项目