TCP/RED拥塞控制系统的建模和仿真研究

摘要

Internet之所以能够在短短的二十年内从大学实验室和科研机构走向千家万户,并迅速膨胀成为全球性的网际网络,在技术上应该归功于其以IP为中心的通用互联能力;而TCP/IP协议簇在大型异构网络上强大的伸缩性、稳定性和鲁棒性,则主要来源于TCP的具有自适应能力的拥塞控制机制.近年来,随着Internet上的业务类型的增加,人们发现仅仅依靠TCP来进行拥塞控制已经远远不够了.首先,越来越多的视频和音频应用采用了其它的传输协议(如UDP等),所以如何保证这些大数据量的应用在拥塞出现时和基于TCP的应用公平地共享网络带宽成了一个迫切需要解决的问题.其次,当前Internet出现拥塞的一个主要原因是路由器的队列管理算法(丢尾算法)并不处理拥塞问题.由于拥塞总是发生在路由器入口处,所以路由器本身最有资格判断拥塞的出现与否及其严重程度,并应该采取更积极的措施来避免和控制拥塞.最后,TCP的拥塞控制机制也存在着诸多不够完善的地方,比如其基本假定之一的

目录

文摘

英文文摘

主要符号对照表

第一章概述

1.1分组交换网络的拥塞现象及其对策

1.1.1存储-转发

1.1.2拥塞和拥塞崩溃

1.1.3拥塞的避免和控制

1.2当前Internet的拥塞控制是TCP拥塞控制

1.3下一代网络的拥塞控制是TCP/RED拥塞控制

1.4论文主要贡献和内容安排

第二章背景及相关工作

2.1引言

2.2 TCP拥塞控制机制的出现和演化

2.2.1 TCP的拥塞控制思想

2.2.2慢启动(Slow Start)

2.2.3拥塞避免(Congestion Avoidance)

2.2.4快速重传(Fast Retransmit)和快速恢复(Fast Recovery)

2.2.5 TCP拥塞控制的例子

2.2.6 TCP拥塞控制算法的演化

2.3路由器端的拥塞控制—队列管理算法

2.3.1主动队列管理(AQM)的提出

2.3.2随机早期检测(RED)

第三章端到端拥塞控制系统

3.1引言

3.2控制理论和拥塞控制

3.2.1反馈控制系统

3.2.2路由器队列的反馈控制系统

3.3简单回顾：Smith预估器

3.4简单回顾：Dahlin控制器

3.5端到端拥塞控制的Smith-Dahlin预估模型

3.5.1 TCP的发送速率公式

3.5.2改进的TCP Vegas：TCP VSD

3.6仿真实验及其结果

3.6.1场景一：局域网通过低速链路互连

3.6.2场景二：局域网通过租用线路互连

3.6.3场景三：高速网络通过普通交换机互连

3.7木章小结

第四章统计平衡状态下的TCP/RED

4.1引言

4.2统计平衡状态下的TCP/RED

4.2.1单瓶颈链路网络及其评价指标

4.2.2 TCP和RED拥塞控制机制的交互

4.2.3 EWMA的均值方程

4.3 Q-avg的准确估计

4.4 Tm、TM和PM的解析设置方法

4.4.1理想的统计平衡状态

4.4.2合理的RED参数约束

4.4.3 RED参数的解析解

4.4.4仿真结果及其分析

4.4.5不依赖于TCP主机数的RED

4.5本章小结

第五章大规模TCP/RED拥塞控制系统及其仿真

5.1引言

5.2 RED的ODE模型

5.2.1简单回顾：M/M/1/∞排队系统

5.2.2简单回顾：RED的基本算法

5.2.3 RED的随机微分方程

5.2.4 RED的动态特性

5.2.5 AIMD算法的随机微分方程

5.2.6 MGT流体模型

5.2.7数值分析和动态仿真

5.3基于Simulink的大规模网络仿真

5.3.1 RED拥塞控制模块

5.3.2 TCP拥塞控制模块

5.3.3完整的TCP/RED拥塞控制系统

5.4本章小结

第六章结束语

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文