实时媒体流自适应拥塞控制机制研究

摘要

随着现代网络技术的飞速发展，作为第四媒体的网络开始带给人们更多形式的信息模式。而今多媒体产业在全球蓬勃发展，基于IP的网络已成为多媒体技术产品发布的最重要的平台。TCP是Internet上主要的传输协议，其基于窗口的拥塞控制机制是目前Internet得以稳定的重要保障。在网络上引入采用UDP传输的实时媒体流业务将会导致带宽分配的严重不公平性，严重的时候会造成大量的TCP流被“饿死”，甚至导致新的拥塞崩溃。 TCP基于AIMD的拥塞控制机制，对于时延要求不高但必须可靠传输的应用非常适合，但是对于实时媒体则并不适合。因为实时流媒体应用，如音频、视频等对于时延敏感，而对可靠性传输的要求却不是很高，同时实时媒体流应用还要求一种数据流的平滑性。随着因特网上实时媒体流应用的不断增多，研究一种适合实时媒体传输，并且具有有效拥塞控制作用的TCP友好的传输控制协议，已成为因特网传输领域一个重要的课题。 目前，已经提出两类TCP友好的实时媒体流拥塞控制协议：一类是基于窗口的控制协议，另一类是基于TCP吞吐量模型的。前者由于采用了窗口调节机制，流量会出现较大的抖动现象，不适合实时媒体流应用的需求，所以人们提出了基于TCP吞吐量模型的拥塞控制机制。其中基于PadhyeTCP吞吐量模型的TFRC(TCPFriendlyRateControl)算法是发展较好的TCP-Friendly协议，已经形成了标准RFC3448。其吞吐量的变化比较缓慢，适于传输实时媒体业务，而且与TCP具有良好的公平性，是近年来研究的一个热点。事实上，网络的拥塞情况只有在路由器才能更准确地监测到，基于ECN和Floyd吞吐量模型的TFWMFC算法，采用路由器RED算法协助控制策略，以ECN的方式将网络的早期拥塞反馈给发送端，在路由器队列溢出前以TCP友好的方式调整数据的发送速率，有效地对拥塞进行了检测和预防，而且采用了更精确的TCP吞吐量模型来调整发送速率，不仅具有TCP友好性和速率平滑性，同时降低了网络的包丢失率，大大提高了网络性能。 本文分析了实时媒体流拥塞控制机制设计思路，对基于TCP吞吐量模型的不同的拥塞控制算法进行了仿真，对仿真结果进行了分析与比较。仿真结果表明在TCP友好性和速率平滑性方面，基于Padhye吞吐量模型的实时流媒体拥塞控制算法和基于ECN和Floyd吞吐量模型的TFWMFC算法都表现良好，而且，后者能得到更小的丢包率和更大的吞吐量，验证了理论分析的正确性。最后提出了一种新的支持实时媒体传输的分层自适应QoS控制模型，并提出了下一步的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

独创性（或创新性）声明及关于论文使用授权的说明

第一章 绪论

第二章 IP网络多媒体通信及拥塞控制机制的基本原理

第三章 实时媒体流拥塞控制算法原理与设计思路分析

第四章 实时媒体流拥塞控制算法仿真及性能分析

第五章 总结与展望

参考文献

致谢