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基于XCP协议的拥塞控制算法研究

作　者: 屈美荣
导　师: 尹凤杰
学　校: 辽宁大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: XCP 拥塞控制 晚启动流 滑模控制 配置带宽
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 45次
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内容摘要


随着互联网技术进一步的发展,光纤网络、G比特网络逐渐兴起,现代网络呈现出高带宽高延时(high bandwidth-delay product networks)特性。传统的传输控制协议逐渐暴露出了种种弊端,越来越不能满足人们对网络服务质量的要求,于是研究性能优越、适应高带宽时延积网络特性的协议成为网络研究界的热点问题。比较有代表性的协议有:HSTCP(High-Speed TCP)、FastTCP、VCP(Variable-structure congestion Control Protocol)和XCP(eXplicit Control Protocol)。其中XCP协议采用端点与中间路由联合工作的方式,取得了较强的公平性、快速的收敛性、几乎为零的丢包率和较短的路由队列长度。基于以上优点,XCP协议成为基于显式反馈拥塞控制算法的一种标准。虽然XCP协议具有如上诸多优点,但仍存在晚启动流公平收敛速度慢、配置带宽设置困难、大RTT差异情况下系统不稳定等缺陷。为了进一步提高XCP协议的性能,本文针对XCP协议存在的不足进行了改进,并取得了良好的效果。本文首先介绍了几种有代表性的高速网络拥塞控制协议,并对XCP协议的工作过程作了详细的分析,指出了XCP存在的不足。其次,针对XCP存在晚启动流不公平性问题的原因进行了详细阐述,并提出了基于XCP的晚启动流快速启动算法。本文根据XCP包头的特点,在数据包发送之前利用包头的保留位首先对新连接的包进行标注;然后效率控制器根据保留位标示的不同对晚启动流的数据包进行带宽预留;最后公平控制器将预留带宽分配给晚启动流。该算法在保持系统稳定的前提下,大大缩短了晚启动流收敛到公平的时间。再次,提出了基于滑模控制的XCP带宽补偿算法。现代网络环境呈现出高速、动态的特点,本文根据滑模控制器在动态环境中具有较强鲁棒性这一优点,在XCP的路由中加入滑模控制器,应用滑模控制理论在动态网络中为XCP设置合理输出带宽,进而对反馈因子中的不确定项进行补偿。源端据此调节发送速率,从而使网络输出始终保持高吞吐量和较小的队列长度。最后,本文在NS2仿真环境中对上述改进的两点进行仿真验证。由于XCP协议是不基于丢包的,故在仿真中只对链路利用率和路由队列长度进行了比较。从仿真结果可以看出,改进后的算法,能够使晚启动流在较短时间内获得公平带宽,大大减小了系统收敛到稳定的时间,并且能够保持高的带宽利用率和较低的路由队列长度。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第1章 绪论  12-18
  1.1 研究背景与意义  12-14
  1.2 国内外研究现状  14-15
  1.3 研究的内容及成果  15-16
  1.4 本论文组织结构  16-18
第2章 拥塞控制及高速网络拥塞控制协议  18-28
  2.1 网络的拥塞控制研究  18-22
    2.1.1 网络拥塞的基本概念  18-19
    2.1.2 发生拥塞的原因  19-20
    2.1.3 拥塞控制算法评价标准  20-22
  2.2 高速网络拥塞控制算法性能比较  22-27
    2.2.1 HSTCP 和STCP  22-24
    2.2.2 BICTCP 和CUBIC  24-25
    2.2.3 H-TCP  25-26
    2.2.4 FASTTCP  26
    2.2.5 XCP 和VCP  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章 基于 XCP 的快速启动算法  28-40
  3.1 XCP 协议分析  28-31
    3.1.1 XCP 协议框架结构  28-29
    3.1.2 XCP 协议的路由策略分析  29-31
  3.2 XCP 协议晚启动流公平性分析  31-32
  3.3 提高XCP 晚启动流公平性的算法  32-35
    3.3.1 XCP 晚启动流公平性算法思想  32-34
    3.3.2 源端算法改进  34
    3.3.3 效率控制器算法改进  34
    3.3.4 公平控制器算法改进  34-35
  3.4 算法仿真  35-39
    3.4.1 仿真环境设置  35
    3.4.2 仿真结果与性能分析  35-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 基于滑模控制的 XCP 带宽补偿算法  40-57
  4.1 XCP 协议在动态网络中链路利用率分析  40-44
    4.1.1 XCP 协议的性能分析  40-41
    4.1.2 XCP 协议性能仿真  41-44
  4.2 提高带宽利用率的滑模控制器设计  44-48
    4.2.1 滑模控制器在动态网络中的性能分析  44-45
    4.2.2 非线性XCP 动态模型  45-46
    4.2.3 基于滑模控制的控制器设计  46-48
  4.3 算法仿真  48-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章 结论与展望  57-59
  5.1 结论  57-58
  5.2 展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况  63-64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 计算机网络测试、运行
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