基于速率控制的网络建模与拥塞控制算法研究

摘要

计算机网络诞生之初,层次少,结构简单,几乎谈不上有实际意义的控制问题.随着计算机网络技术的高速发展,网络系统结构日趋复杂,层次繁多,信息交流不断加强,自动化程度不断提高,原先分离的各种活动在信息流的作用下得到整合.在这种情况下,传统的启发式研究已经无法满足网络拥塞控制的需要.因此从控制理论的角度来分析和研究网络拥塞迅速成为了研究热点问题.它采用定性分析与定量分析相结合、结构分析与功能分析相结合、静态分析与动态分析相结合、局部分解与综合集成相结合、系统建模与计算机仿真相结合等先进的分析方法,从更加完备和综合的角度来认识网络系统及网络拥塞现象.它将首创和奠定网络系统中调节和控制过程普遍理论的基础. 论文讨论的拥塞控制的网络背景是以尽力传送(Best-effort)业务为主的互联网,研究的目标是在不根本改变当前网络风格的前提下通过对现有拥塞控制算法的改进和设计新的控制算法来提高网络控制性能.论文的主要研究内容有:(1)分析了目前计算机网络的拥塞现象及拥塞控制的目标;(2)论述了计算机网络仿真模型的建模原则、步骤和基于对象的网络仿真模型的描述方法,给出了三层网络仿真模型的基本结构;(3)研究了基于OPNET12.1网络仿真软件的计算机网络仿真,建立了目前流行最广的局域网介质访问协议CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect,载波监听多路访问/冲突检测)的模型,并进行了分析;(4)提出了网络随机延时情况下的双端协同拥塞控制机制,给出了具体的控制结构和控制算法,并通过OPNET进行仿真实现,取得了明显的控制效果;(5)对基于TCP传输协议的主动队列管理算法RED算法和提出的改进算法PID-RED进行了仿真比较,给出了比较结论. 论文的研究工作得到了现场总线及自动化北京市重点实验室开放资金的资助,是北京市网络自动化创新团队的理论研究分支之一.研究过程中得到了孙德辉教授,史运涛博士,李志军博士的精心指导.论文在解决随机网络延时对网络性能的影响以及主动队列管理算法的改进等方面进行了大量研究,并取得了一定的成绩.

目录

文摘

英文文摘

声明

1.引言

1.1研究的背景及意义

1.2网络拥塞控制概述

1.3拥塞控制研究面临的问题

1.4拥塞控制研究现状

1.5论文的研究基础及主要研究内容

1.6本章小节

2.网络建模与仿真实验

2.1网络系统结构建模方法

2.1.1网络系统结构的描述

2.1.2网络对象与仿真模型的关系

2.2 OPNET网络仿真平台

2.3 CSMA/CD协议建模与仿真分析

2.3.1 CSMA/CD简介

2.3.2建模过程

3.网络随机延时的双端协同拥塞控制策略研究

3.1网络拥塞控制方法

3.2问题的提出

3.3网络节点闭环控制模型建立

3.4双端拥塞控制策略及分析

3.4.1源端控制策略及分析

3.4.2节点端控制策略及分析

3.5控制策略的OPNET仿真分析

3.5.1 OPNET模型建立

3.5.2仿真结果分析

3.5.3结论

4.基于TCP协议的缓冲区队列管理算法研究

4.1缓冲区队列管理简介

4.2主动队列管理算法

4.3 TCP/AQM流量模型

4.3.1 TCP/IP模型建立

4.3.2控制算法RED算法建模

4.3.3 TCP/AQM系统模型

4.3.4系统分析

4.4模型的改进

4.5仿真分析

4.6结论

5.结论

5.1论文所做工作

5.2以后的研究工作

参考文献

在学研究成果

附录

致谢