3G网络多媒体传输拥塞控制算法研究

摘要

随着无线移动网络技术的发展，3G技术的广泛使用、以及LTE技术的商用起步，无线移动网络的性能得到了进一步提高，人们更倾向于使用便携式电脑或智能手机等从网络中获取各种信息。然而业务类型的增多、业务流量和用户数目的爆炸式增长，整个网络系统的复杂程度与日俱增，拥塞程度也在不断上升，因此网络中的拥塞控制问题一直是研究的热点。
　　本文针对UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）网络下的多媒体业务场景，主要研究拥塞控制的两个主要技术：主动队列管理和传输控制算法。主要工作如下：
　　针对现有的带速率控制机制的排队系统模型在服务速率和反馈时延的假设上的局限性，本文使用离散时间马尔科夫理论对排队系统进行了理论研究，并在仿真实验中分析了包括队列总长、服务速率、反馈时延、速率控制策略等系统参数对平均队长、队长变化、上溢概率和下溢概率等性能的影响，并将结论应用到主动队列管理算法中。
　　针对现有的主动队列管理算法所存在的时延控制能力不足、非TCP流条件下欠缺鲁棒性、性能对参数设置敏感的问题，所提出的主动队列管理算法ITDS（Input Traffic Distribution Shaping）在前述排队系统的基础上，通过主动丢弃分组策略对输入分组流量的分布进行整形，使缓冲队列所接纳的分组分布符合预先的设定，使系统性能从理论上能够得到保障。通过仿真实验与现有算法在多种业务场景下，在时延、丢包率、吞吐量等方面进行了性能比较。实验结果表明，ITDS算法能够更好的满足系统对时延性能的要求，同时丢包率更低、时延变化更稳定、吞吐量更高。
　　针对现有的基于TFRC（TCP-Friendly Rate Control）的改进方法在UMTS环境中所存在的丢包区分准确度低、传输效率低的问题，本文首先分析了UMTS网络空中接口的传输特点，提出了跨层传输控制算法WATC（Wireless-loss Aware Transmission Control），根据ARQ机制进行无线链路质量测量，并借助数据链路层与传输层的协作剔除重传机制对分组时延测量的影响并进行丢包类型区分。发送端根据反馈信息判断拥塞程度和拥塞变化趋势调整发送速率。通过仿真实验与现有算法在多种网络拓扑下，在吞吐量、丢包率、公平性等方面进行了研究比较。实验结果表明WATC算法的发送速率更加稳定，适合多媒体传输，同时丢包率更低，实时公平性更好。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2主动队列管理的研究现状

1.3传输控制协议的研究现状

1.4本文的研究内容

第二章 相关的3G/UMTS网络架构简介

2.1 UMTS网络基本概念

2.2 UMTS网络中的网元与其功能

2.3 UTRAN空中接口协议栈

2.4无线信道模型

第三章 带速率控制机制的排队系统建模

3.1排队系统简述

3.2带速率控制机制的排队系统

3.3系统性能仿真结果与分析

3.4本章小结

第四章 基于流量整形的AQM算法ITDS

4.1网络中分组到达分布分析

4.2输入流量整形

4.3基于输入流量分布整形的AQM算法

4.4 ITDS算法仿真实验分析

4.5本章小结

第五章 基于无线丢包感知的传输控制算法WATC

5.1 UMTS/RLC环境

5.2 WATC算法描述

5.3 WATC算法仿真实验分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2后续研究的展望

参考文献

附录1攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2攻读硕士学位期间申请的专利

致谢