自适应动态分层多播拥塞控制算法研究和实现

摘要

异构性是Internet的固有特征，接入网络的多样性以及端系统处理能力的差异是这种异构性存在的根源，并且随着Internet规模的不断扩大，异构性问题将更加突出。分层多播的提出为异构网络环境部署多媒体多播应用提供了可行的方案，然而，它对网络流量状况的动态变化以及带宽资源需求无法得到保证的状况依然缺乏解决办法。与此同时，当前Internet上的大部分流量都是来自于TCP应用，这就要求分层多播应用应具有自适应能力以满足网络的动态变化，还能与TCP流友好相处，满足会话间公平性。针对上述问题，本文提出了适用于分层多播的具有较强适应能力和满足公平性的拥塞控制方案ADLM，并对ADLM涉及的协议机制进行了全面的剖析。论文的主要研究工作和所取得的成果如下： (1)提出了自适应动态分层多播拥塞控制方案ADLM。ADLM是发送者和接收者共同驱动，由路由器辅助流量控制的拥塞控制方案。ADLM通过把发送者的动态分层和接收者的自适应速率调整有机结合起来，不仅增强了分层多播的适应能力，提高了系统的吞吐量，同时满足加权max-min公平性，较好地满足了TCP友好性。 (2)在ADLM发送方的分层算法中，以接收者可用带宽为依据，提出了满足加权max-min公平的速率分配算法，通过该算法得出接收者满足加权max-min公平的公平速率。在分层层速率分配方面，以系统吞吐量为指标，提出了基于最优吞吐量的分层层速率分配算法，给出了算法的实现方法。 (3)ADLM发送方的分层算法中，发送方是以接收方反馈的可用带宽为依据进行分层算法的计算的，接收者也根据自己的能力调整接收层次，而两者的行为都依赖于接收者估算的可用带宽。论文在可用带宽估算方面，在以满足TCP友好公式为基础的带宽估算方法基础上，对往返传输时间RTT的测量方法进行了研究，提出了RTT和单向延时联合测量来估算RTT的新方法。 (4)在流量控制机制方面，为了解决多播中存在的反馈内爆问题，针对接收方，在数理统计基础上提出了适合ADLM的反馈抑制算法。同时为了避免发送者频繁进行分层算法计算而导致网络的不稳定，提出了由路由器辅助流量控制的方案，即由运行在路由器上的主动队列管理算法REM来辅助流量控制，发送方根据经路由器处理的反馈信息对网络带宽进行判断，在满足一定条件的情况下触发分层算法的运行。这两方面的措施保证了接收方不会频繁进行分层速率的调整，提高了系统稳定性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语词表

声明

第一章引言

1.1 IP多播技术介绍

1.2论文研究的关键问题

1.3论文的组织结构

1.4论文的主要贡献

第二章多播拥塞控制综述与自适应动态分层多播拥塞方案介绍

2.1多播拥塞控制概述

2.1.1通信量调节

2.1.2多播组管理

2.1.3数据分层和编码

2.1.4路由器功能

2.1.5多播捌塞控制所遇到的难点

2.2多播拥塞控制方案分类

2.2.1单速率多播拥塞控制方案

2.2.2多速率多播拥塞控制方案

2.3多播拥塞控制的评价标准

2.3.1公平性

2.3.2可扩展性

2.3.3复杂性

2.3.4评价总结

2.4多播拥塞控制存在的问题

2.4.1反馈内爆问题

2.4.2丢失路径多倍性问题

2.4.3带宽公平分配策略

2.4.4接收者协调

2.4.5 RTT估计

2.5多播拥塞控制算法的设计原则

2.5.1解决非对称性带来的问题

2.5.2解决异构性带来的问题

2.5.3解决可扩展性带来的问题

2.6自适应动态分层多播拥塞控制算法ADLM

2.6.1 ADLM的研究背景

2.6.2.ADLM介绍

2.7小结

第三章ADLM中层速率分配算法

3.1分层多播的设计基础

3.2基于加权max-min的分层多播公平速率分配算法

3.2.1带宽分配相关知识

3.2.2多播会话与TCP会话之间的公平性问题

3.2.3会话间公平性的评价标准

3.2.4分层多播加权max-min公平速率分配算法

3.3基于最优吞吐量的分层多播层速率分配算法

3.3.1相关分层多播方案介绍

3.3.2多速率多播最大吞吐量问题研究

3.3.3基于最优吞吐量的分层速率分配算法

3.3.4仿真分析

3.4小结

第四章ADLM算法中可用带宽的估算

4.1可用带宽估算的方法

4.2往返时间RTT的测量

4.2.1 RTT测量介绍

4.2.2 ADLM算法中RTT测量原理

4.2.3单向延时测量

4.2.4反馈时间Ts的选定

4.2.5仿真实验

4.3丢包事件率p的计算

4.4可用带宽的平滑估算

4.5小结

第五章ADLM算法中流量控制机制

5.1 ADLM中发送方的反馈控制

5.1.1反馈控制的基本方法

5.1.2ADLM中发送方反馈控制方法

5.2路由器辅助的流量控制方案

5.2.1主动队列管理及其主要算法分析

5.2.2路由器辅助流量控制的具体实现

5.2.3路由器辅助流量控制算法描述

5.3 小结

第六章网络仿真实验

6.1 仿真环境

6.1.1仿真平台

6.1.2仿真原则

6.2性能标准

6.2.1吞吐量

6.2.2公平性标准

6.2.3报文丢失率

6.3仿真实验

6.3.1吞吐量性能

6.3.2公平性

6.3.3灵敏性

6.4小结

第七章结论与展望

7.1本文的总结

7.2进一步研究工作

致谢

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表和录用的论文

作者在攻读博士学位期间参加的科研项目