无线网络中拥塞控制策略的研究

摘要

随着无线网络用户和网络通讯需求的增加,网络上拥塞现象的发生愈发频繁,而如何保证网络上的数据流稳定、安全的传输成为研究学者越来越关注的问题。
　　 目前,在有线网络中保证网络间节点可靠通讯的是TCP协议,它是有线网络中使用最广泛的端到端传输协议。由于无线网络的链路是不可靠的,它具有高误码率、大传播延迟等特性,有线网络中表现良好的TCP协议在无线网络上并不能很好的运行。因此,针对无线网络中的拥塞问题,众多学者提出了很多种不同方案,它们主要分为:分段连接的方案、端到端的方案、链路层的方案和TCP与其他协议层相结合的改进方案。在大量研究的基础上发现,针对无线网络中的拥塞现象,TCP的改进协议TCPW是一种较为理想的算法。而在有ACK压缩包、应答延迟等情况发生时,TCPW会过高估计网络的实际可用带宽。针对此问题,本文提出了一种TCPW的改进协议,解决了可用带宽估计值过高的问题。本文还研究了TCP协议与网络层协议相结合使用的拥塞控制方案,提出了一种变积分PID算法。经仿真实验验证,两种方案都能很好的控制拥塞现象,实时跟踪网络状态,及时地对网络拥塞现象进行调整。
　　 本文主要工作和研究成果如下:
　　 1.分析研究了无线网络环境下,拥塞控制策略的研究热点和难点,以及拥塞控制的研究现状;研究了TCP协议在无线网络中运行的不足。
　　 2.针对TCPW过高估计网络可用带宽值的问题,提出了一种TCPW的改进算法。新算法主要是通过在接收端对ACK应答包打上时间戳,然后分别求相邻时间戳之差与时间间隔内到达的数据包大小的平均值,解决了网络非对称性问题引起的TCP返回路径影响发送路径和TCPW过高估计可用带宽值的两种问题,通过仿真分析研究,修改后的新算法比TCPW有更好的吞吐量表现,能更好的跟踪网络状态,对网络拥塞现象进行实时的调整。
　　 3.主要研究了TCP协议与网络层协议相配合使用对网络拥塞现象的控制情况,针对PID算法在拥塞控制方面出现的超调量较大的问题,将变积分PID算法应用于主动队列管理,提出了一种变积分PID主动队列管理算法。当网络中出现突发性数据流时,PID算法往往会出现较大的振荡,本文提出的变积分PID算法的主要思想就是设法改变积分项的累加速度,使其与队列长度的偏差大小相对应:偏差越大,积分速度越慢:偏差越小,积分速度则越快。通过仿真分析,变积分PID算法比PID、PI、RED算法更加有效。