高速移动下基于链路反馈的网络拥塞算法研究

摘要

随着高速铁路的快速发展，高速移动通信网络成为高速铁路信息化建设的重要方向之一。高铁移动通信网主要分为铁路专网和用户开放式网络。本文根据特定的用户开放式高铁移动通信网为研究背景，结合当前高速网络拥塞控制算法的研究现状和发展趋势，对网络拥塞控制算法进行优化与改进，并提出了提高网络服务质量的高速网络拥塞控制算法。算法性能分析和仿真结果表明，该算法在高速铁路特定场景下可以提高网络性能与服务质量。本文的主要工作具体如下:
　　(1)提出了一种基于非线性丢包率的自适应拥塞控制算法，称为GTRED算法。该算法主要解决了TRED算法队列长度震荡过大的问题。GTRED算法采用分段三次函数计算丢包概率，并将平均队列的长度扩大到2倍的最大阈值，在扩大算法作用范围的基础上，实现了动态网络环境中队列长度的稳定。实验仿真结果表明，该算法可有效权衡高低流量负载之间延迟和吞吐量的关系，解决队列长度震荡过大的问题，具有更好的鲁棒性和稳定性，而且能够有效的提升网络性能。
　　(2)提出了一种基于链路反馈的网络拥塞控制算法，称为Pre-HSTCP算法。通过对HSTCP算法、Fast TCP算法、STCP算法等高速网络拥塞控制算法的深入研究，在对高速铁路特定研究背景的特殊性进行详细分析的基础上，得出其固定路线上的丢包率具有一定规律性的结论，将固定路线上的丢包率规律作为判别网络拥塞情况的条件之一，对高速网络拥塞控制算法进行改进与优化，进一步提高了高速铁路环境下用户开放式移动通信网络的性能。
　　(3)通过NS2实验平台对Pre-HSTCP算法进行仿真实验，其仿真结果充分证明了该算法的性能优势。Pre-HSTCP算法通过提前调整窗口大小的形式，可以有效降低丢包率，充分利用链路带宽，使高速铁路通信网络获得平稳的数据流和较高的网络吞吐量。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文章节安排

2 基于源端的网络拥塞控制算法的研究

2．1 网络拥塞的基础知识

2．1．1 网络拥塞的基本概念

2．1．2 网络拥塞的原因

2．1．3 网络拥塞的危害

2．2 TCP Reno拥塞控制算法

2．2．1 慢启动阶段

2．2．2 拥塞避免阶段

2．2．3 快速重传阶段

2．2．4 快速恢复阶段

2．2．5 TCP拥塞控制算法的缺陷

2．3 高速网络拥塞控制算法

2．3．1 HSTCP算法

2．3．2 CB-HSTCP算法

2．3．3 STCP算法和NSTCP算法

2．3．4 Fast TCP算法

2．4 本章小结

3 基于链路的网络拥塞控制算法的研究

3．1 主动队列管理算法

3．2 基于丢包率改进的拥塞控制算法研究

3．3 基于非线性丢包率的自适应拥塞控制算法

3．4 GTRED算法的仿真实验与性能分析

3．4．1 GTRED算法的丢包策略

3．4．2 GTRED算法仿真实验的拓扑结构

3．4．3 基于GTRED算法仿真结果的性能分析

3．5 本章小结

4 基于链路反馈的Pre-HSTCP算法

4．1 研究背景的特殊性

4．1．1 用户群集中

4．1．2 带宽需求量大

4．1．3 移动终端多样性

4．1．4 位置可预测性

4．2 研究环境下的丢包率呈规律性

4．2．1 多普勒效应方面

4．2．2 网络切换方面

4．2．3 无线信号的特点

4．3 Pre-HSTCP算法的数据处理策略

4．3．1 Ps的取值

4．3．2 pre_n的取值

4．3．3 Pre-HSTCP算法的数据处理算法

4．4 Pre-HSTCP算法的核心内容

4．5 Pre-HSTCP算法的仿真实验与性能分析

4．5．1 仿真平台介绍

4．5．2 Pre-HSTCP算法仿真模型的建立

4．5．3 基于Pre-HSTCP算法仿真实验数据的性能分析

4．6 本章小结

5．1 研究总结

5．2 研究展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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