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网络拥塞控制的若干问题研究

作　者: 蔡小玲
导　师: 王执铨
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 网络拥塞 TCP拥塞控制主动队列管理队列长度
分类号: TP393.07
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 4次
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内容摘要

随着Internet本身规模的迅速扩大、Internet用户数的剧增、以及网络应用类型的快速增加，网络正经历越来越多的包丢失和其他的性能恶化问题，其中一个比较严重的现象就是网络拥塞。网络拥塞导致的直接后果是整个网络的性能下降：包括分组丢失率增加、端到端延迟增大、网络吞吐量下降、甚至有可能使整个系统发生拥塞崩溃。当网络处于拥塞崩溃状态时，微小的负载增量都将使网络的有效吞吐量急剧下降。造成网络拥塞的原因很多，主要有：存储空间不足、带宽容量不足、处理器处理能力弱、TCP／IP协议拥塞控制机制中的缺陷、用户的恶意攻击造成的网络拥塞、以及网络系统的混沌、分叉等现象都会导致网络通讯的崩溃。在目前的Internet中，既然网络拥塞是无法避免的，就必须采取积极主动的策略控制和避免拥塞，把拥塞发生的可能性降到最低，即使在发生拥塞后也能及时地恢复到正常运行状态；同时拥塞控制也必须保证网络效率。因此，网络拥塞控制是网络系统改善性能、提高服务质量的主要手段，网络拥塞控制问题的研究具有重要的理论意义和应用价值。近年来，国内外关于网络拥塞控制研究方面的成果很多，从已经发表的相关文献来看，网络拥塞控制的研究主要集中在网络拥塞控制系统建模、网络拥塞控制系统的非线性动力学分析、TCP拥塞控制算法的改进、主动队列管理算法等几个方面。本文主要从TCP拥塞控制和主动队列管理两方面对网络拥塞控制进行研究，主要研究成果如下： (1) 研究了TCP拥塞控制的四种经典算法：TCP-Tahoe、TCP-Reno、TCP-SACK和TCP-Vegas算法，分析比较了这些算法的特点和优缺点。文中构造了不同的网络拓扑结构，利用ns仿真器比较了这些算法的性能。总结了研究出一种理想TCP拥塞控制算法存在一定的困难。 (2) 基于网络拥塞控制的内在反馈控制思想，提出将一些控制器应用于AQM算法。分析比较了内模控制与PI控制在克服滞后方面原理的不同，体现了内模控制在克服滞后方面的优越性；在此基础上，提出将PPI(Predictive PI)这种更易调节参数的特殊IMC控制算法应用于AQM，并从开环增益和相位裕度证明了系统的稳定性。分析了基于PI控制的两种不同模式，

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-26
  1.1 网络拥塞控制的目的和研究内容  12-17
  1.2 TCP拥塞控制的主要方法和研究现状  17-19
  1.3 主动队列管理的主要方法和研究现状  19-24
    1.3.1 AQM的经典理论算法  19-20
    1.3.2 国外研究现状与分析  20-23
    1.3.3 国内研究现状与分析  23-24
  1.4 本文的主要内容及安排  24-26
2 TCP拥塞控制  26-35
  2.1 TCP拥塞控制的主要过程  26-28
  2.2 TCP拥塞控制算法简介  28-30
    2.2.1 TCP-Tahoe  28
    2.2.2 TCP-Reno  28-29
    2.2.3 TCP-SACK  29
    2.2.4 TCP-Vegas  29-30
  2.3 仿真和主要的结果  30-34
    2.3.1 单个算法的比较  30-33
    2.3.2 四种算法的比较  33-34
  2.4 本章小结  34-35
3 控制理论在主动队列管理中的一些应用  35-101
  3.1 引言  35-36
  3.2 内模控制与PI控制  36-42
    3.2.1 PI控制器  36-38
    3.2.2 内模控制器  38-41
    3.2.3 仿真研究  41
    3.2.4 小结  41-42
  3.3 基于PPI算法的网络拥塞控制  42-65
    3.3.1 PPI控制器  42
    3.3.2 预估控制  42-44
    3.3.3 PPI控制实现  44-48
    3.3.4 TCP流量控制中的AQM系统模型  48-54
    3.3.5 基于PPI控制器的AQM算法设计  54-56
    3.3.6 仿真研究和性能评价  56-65
  3.4 基于PI控制的拥塞控制的分析及改进  65-80
    3.4.1 PI拥塞控制  65-67
    3.4.2 PI控制的参数设置  67-77
    3.4.3 PI拥塞控制的改进  77-80
  3.5 AQM中PI控制的字节模式和包模式  80-86
    3.5.1 引言  80-81
    3.5.2 仿真研究  81-86
    3.5.3 小结  86
  3.6 AQM中APID和APD控制的设计  86-100
    3.6.1 引言  86-87
    3.6.2 AQM的PID控制  87-88
    3.6.3 APID和APD的算法设计  88-89
    3.6.4 仿真研究  89-100
  3.7 本章小结  100-101
4 RED的网络性能研究  101-111
  4.1 引言  101
  4.2 RED机制  101-105
  4.3 仿真研究  105-110
    4.3.1 仿真网络结构  105-106
    4.3.2 性能衡量标准  106
    4.3.3 仿真结果  106-110
  4.4 本章小结  110-111
5 主动队列管理中RQC控制的设计  111-117
  5.1 引言  111
  5.2 基于速率／队列控制(RQC)  111-112
    5.2.1 测量负载因子和队列长度  112
    5.2.2 丢失概率的计算  112
  5.3 性能评估  112-116
    5.3.1 仿真网络模型  113
    5.3.2 仿真结果  113-116
  5.4 本章小结  116-117
6 结束语  117-119
致谢  119-120
参考文献  120-134
攻读博士学位期间完成的论文和参加的科研项目  134

网络拥塞控制的若干问题研究

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