面向多业务承载网络的路由器队列算法研究

摘要

计算机通信技术持续高速发展，催生了以多样化方式增长的终端应用的出现，同时IP接入网的数量急剧增长，网民规模的扩大化和网络应用的多样化促使网络发展成具有广泛社会性的基础设施，而网络本身的开放性和复杂性的设计缺陷加上当今网络结构的异构性，导致网络本身及其上的应用面临多种挑战，其中可行有效的拥塞控制机制就是一个亟需解决的问题，特别是在当今多业务承载网络环境下，高效可行的拥塞控制机制是提升网络性能、改善多用户的服务质量（QOS）、优化网络设计的关键。
　　作为配合端到端的TCP拥塞算法的路由器队列机制是近几年的研究热点，路由器实施拥塞避免和控制可以从队列管理和队列调度两个方面完成，其中队列管理是主要实现渠道。本文总结现有的各种主动队列管理（AQM）算法，重点就经典的RED算法做了原理性能分析并同基于RED的ARED、BLUE、FRED等分别从敏感性参数设置、队列长度稳定性、公平性方面做出的改进进行了性能对比，在丢包函数上基于队列长度和丢包率的关系做出了相应的改进，提出自己的改进算法m-RED。通过在NS2上模拟部署多业务承载网络环境，验证改进算法在平均队长稳定性、QOS(链路吞吐量、时延抖动、丢包率等)等方面的改进效果。
　　论文主要内容如下：
　　1，分析国内外拥塞控制研究现状，论述从中间节点路由器上实施拥塞控制的必要性和可行性，重点分析AQM默认候选算法RED原理、性能优势及潜在缺陷，并就现有的ARED、BLUE、FRED做了原理性能的简要概述。
　　2，基于随机过程理论和数学模型并结合实验仿真，推导出缓冲区的平均队长和丢包概率之间满足非线性关系时，能灵活解决低负载时的链路利用率过低和高负载时强制丢包现象。基于此结论对RED丢包函数提出分段的非线性改进，算法在低负载时丢包概率缓慢增加，高负载时丢包概率快速增加，根据链路负载情况适应性的调整丢包概率增加的速度，从而维持了缓冲区较稳定的队列长度，有效解决了高负载时的强制丢包现象和低负载时链路利用率过低问题。
　　3，实验在网络仿真平台NS2上部署多业务承载网络环境，从基于TCP单业务和TCP、UDP混合的多业务两个角度仿真验证提出的算法m-RED较RED、BLUE算法在平均队长稳定性、丢包率、延时抖动、吞吐率上的性能特征，同时对影响算法性能的因素从实验仿真环境和用户角度做了简要的分析和展望。

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2现有拥塞控制研究现状

1.3本文主要研究内容和组织安排

第二章 路由器队列机制和典型的网络仿真工具的选择

2.1 路由器队列管理机制

2.2 路由器队列调度机制

2.3 可行的网络仿真工具选择

2.4 本章小结

第三章 经典主动队列算法的分析对比

3.1 RED算法原理指南

3.2 基于RED的相关算法改进

3.3 本章小结

第四章 基于RED的改进算法

4.1 非线性丢弃函数的试探性获取方法

4.2 平均队长与丢包概率关系的理论探索

4.3 基于RED算法提出分段非线性丢弃的m-RED算法

4.4本章小结

第五章 实验仿真验证

5.1实验仿真环境搭建与参数设置

5.2 实验场景部署及结果分析

5.3 本章小结

第六章 总结展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果