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基于主动队列管理的拥塞控制算法研究

作　者: 周慧斌
导　师: 周铁军
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 传输控制协议拥塞控制主动队列管理随机早期检测仿真
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 24次
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内容摘要

以TCP/IP协议为基础的Internet自从九十年代以来,其网络规模、用户数量以及业务量都呈现爆炸式地增长,新型网络应用也不断涌现,网络参数动态变化。这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量(QoS)性能指标下降,严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此有效地解决拥塞问题对于提高网络性能具有重要意义,如何更好地预防和控制拥塞一直是近年来国际上网络研究领域的热点问题。目前Internet仅提供单一的"best effort"服务,其资源分配主要在用户端进行,利用传输控制协议(TCP)进行端到端的拥塞控制,但是由于Internet的发展及TCP拥塞控制算法本身存在的问题,使得现有的拥塞控制策略在很多方面已经不能满足人们的需求。研究表明,TCP拥塞控制实质上是一种较保守的策略,它并非在所有的网络条件下都能保证其良好的性能。Internet中传统的路由器通常采用先来先服务的调度算法以及“弃尾”缓冲管理方法,在指示和控制拥塞方面不提供任何显式的支持。由于在路由器中引入相应的拥塞控制机制,使网络本身参与资源的控制工作可以更有效地实现对拥塞的监测和预防,因此近几年IP拥塞控制策略成为当前网络研究的一个热点,IETF (Internet工程任务组)建议在Internet路由器上采用主动队列管理机制作为IP层参与拥塞控制的手段,随机早期检测(RED)算法是IETF推荐的一种主动队列管理算法。本文基于仿真实验从路由器研究了当前IP网络中的拥塞控制策略。主要研究内容如下：1.对RED算法进行了深入研究,从理论上分析了其优缺点,并通过仿真实验验证了改良算法ARED的优点：通过调整RED参数maxp和自动设置参数wq,维护一个可预测平均队列大小并减小了RED参数的敏感性。2.对GREEN算法进行了仿真实验研究,改进算法GREEN+通过引进参数K(t),在出现短连接流和低带宽流时,能有效地利用链路带宽,取得较高的公平性,同时保持高的链路利用率、低的报文丢失率、短的队列长度。还使用IP优先级域作为一个便利,实现了嵌入式RTT估计。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 网络中的拥塞现象  10-11
  1.3 网络拥塞产生的原因  11-13
  1.4 网络拥塞控制算法研究中存在的问题  13
  1.5 网络拥塞控制算法研究进展  13-16
  1.6 本文的内容及主要工作  16
  1.7 论文组织  16-18
2 TCP/IP拥塞控制概述  18-32
  2.1 拥塞控制机制  18-19
  2.2 拥塞控制源算法  19-25
    2.2.1 TCP中四种典型算法  19-21
    2.2.2 TCP拥塞控制版本的发展  21-25
  2.3 拥塞控制链路算法  25-31
    2.3.1 调度算法  26-27
    2.3.2 队列管理算法  27-31
  2.4 小结  31-32
3 主动队列管理RED算法的研究  32-49
  3.1 随机早期检测(RED)算法  32-34
    3.1.1 平均队列大小的计算  32-33
    3.1.2 包标记概率的计算  33-34
  3.2 自适应随机早期检测(ARED)算法  34-35
  3.3 RED、ARED算法性能仿真  35-48
    3.3.1 参数maxp、wq对性能的影响  35-39
    3.3.2 RED、ARED队列大小的变化  39-42
    3.3.3 RED、ARED队列队长振荡的研究  42-44
    3.3.4 参数wq对RED队列延迟的影响  44-48
  3.4 小结  48-49
4 主动队列管理GREEN算法的研究  49-63
  4.1 GREEN算法及其改进  49-53
    4.1.1 K(t)的更新估计策略  50-52
    4.1.2 GREEN算法中流的参数设置  52-53
  4.2 GREEN+仿真实验与性能分析  53-62
    4.2.1 性能评价指标  53-54
    4.2.2 仿真实验与分析  54-62
  4.3 小结  62-63
5 总结与展望  63-66
  5.1 全文总结  63
  5.2 研究展望  63-66
参考文献  66-72
附录A 网络仿真软件NS-2  72-84
  1 NS-2体系结构及功能模块  72-74
    1.1 NS-2简介  72
    1.2 NS-2体系结构  72-73
    1.3 NS-2的功能模块  73-74
  2 用NS-2进行网络模拟  74-75
    2.1 Otcl实现模拟的一般过程  74-75
    2.2 C++建立新协议或修改已有网络对象要考虑的问题  75
  3 应用实例  75-81
    3.1 建立Otcl模拟代码文件example.tcl  76-79
    3.2 利用awk提取out.tr文件中的数据  79-81
    3.3 利用Xgraph绘出图形  81
  4 NS-2的功能扩展  81-84
    4.1 模块开发  81-82
    4.2 建立Otcl连接  82-83
    4.3 在仿真程序中使用定义的模块  83-84
附录B 攻读学位期间的主要学术成果  84-85
致谢  85

基于主动队列管理的拥塞控制算法研究

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