网络中基于拥塞丢包的TCP拥塞控制方案

网络中基于拥塞丢包的TCP拥塞控制方案

作者：张瑜， 古鸣

作者单位：重庆城区供电局

1.学位论文刘翔基于智能方法的网络拥塞控制技术的研究2008

近年来,随着Internet用户数量的膨胀,网络的拥塞问题也越来越严重。因此,设计一个简单而有效的拥塞控制算法成为网络管理中亟待解决的问题。主动队列管理(AQM)与TCP端到端的拥塞控制相结合,是解决目前Internet拥塞控制问题的一个主要途径。主动队列管理和网络的传输控制协议(TCP)一直以来都是通信界的两个前沿热点领域。

本文研究了互联网端到端拥塞控制,研究的内容和结论如下：

概述了网络拥塞控制的研究现状、常用算法和发展方向,介绍了在网络设备中使用的“链路算法”和在主机及网络边缘设备中使用的“源算法”。

详细论述了控制理论在主动队列管理算法中的应用,重点介绍了PID控制算法、基于积分分离PID算法和基于微分先行PID算法,并对PID算法的稳定性给出了证明。

提出了一种不完全微分Fuzzy-PID控制器,并利用NS-2仿真软件对该算法进行仿真,仿真结果表明,该算法能更好的改善系统的动态特性。

2.学位论文李晓莉网络拥塞控制方法的研究2005

近年来Internet在全球范围内呈爆炸性增长。其在交通，金融，等领域也发挥越来越重要的作用。随着网络规模的膨胀，Internet面临的问题也越来越多，网络拥塞问题变得越来越严重。本文分析了控制理论在网络拥塞控制中的应用现状，基于控制理论方法提出一些新的拥塞控制策略，并对已存在的方法进行改进，仿真结果表明了所提方法的有效性。

(1)网络拥塞控制可以视为一种资源分配策略，将优化理论应用到拥塞控制中来，给出了一种改进的TCP-Vegas拥塞控制算法；

(2)针对常规的参数确定的PID算法很难适应变化的网络环境的不足，设计了一种神经网络自学习PID控制器拥塞控制器，它的参数可以随着网络环境的变化自适应地调整，有效地提高了控制质量；

(3)提出了一种基于自适应模糊理论的网络拥塞控制方法。该方法利用模糊逻辑系统产生一个能反应拥塞状况的控制信号并反馈给信源，信源据此调整编码速率，使系统在不严重牺牲信源编码质量的同时避免拥塞情况的发生。

3.会议论文李千目.戚勇.吴克力.杨云.张宏.刘凤玉一种新的网络拥塞流量预测方法2005

本文提出了一种基于模糊神经网络(FNN)的网络层拥塞预测算法,将模糊神经网络引入流量控制,利用其处理不确定性问题和自学习能力,进行流量预测,较好地解决流量控制滞后问题.最后通过仿真,比较和分析了本方法与其他同类算法的性能,证明了此方法的有效性.

4.学位论文王悦基于侦听机制的网络拥塞控制模型与实现研究2003

针对局域网出口的拥塞现状,阐述了实现此类拥塞控制的基本考虑.设计了一个基于侦听机制的网络拥塞控制模型(i-NCCM),给出了其主要构成部件及各组成部分的功能,说明了系统的工作流程.通过相应规则,较好地实现了局域网出口的无拥塞、轻度拥塞、中度拥塞、严重拥塞的等各种拥塞状态的判别;围绕TCP连接表的正常更新、定时器更新、控制中心的更新所涉及的问题,阐述了更新TCP流量统计表的具体过程;定义了TCP流的分类排队数据结构并阐述了拥塞控制优先级队列的形成过程;最后,设计了一个拥塞控制算法,该算法能根据网络流量的实时变化,依据用户定义策略调整拥塞控制的对象与消除拥塞的手段,从而在维持网络稳定运转状态的同时保证网络资源的最佳利用.

5.学位论文蔡小玲网络拥塞控制的若干问题研究2005

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（PredictivePI）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，即字节模式和包模式对网络通信产生的不同影响，提出一种根据网络状态调整PI控制参数的方法，证明参数的选择从开环增益和相位裕度方面保证了系统的稳定性，并对PI控制做了丢失概率计算的改进。在分析PD和PID控制器模型的基础上，提出了基于APID（Adaptive PlD）和APD（Adaptive PD）控制的AQM算法。

（3）分析和研究了两个拥塞路由器同时采用RED控制时，改变其中一个RED的若干参数对整个网络性能造成的影响。

（4）提出一种结合速率和队列长度信息的RQC（Rate／Queue Controller）算法，分析了此算法的实现机理，并分别仿真含。TCP流、FCP流和UDP流、TCP流和HTTP流、混合流时算法的控制情况。并综合比较了本论文中所涉及的一些算法的性能特点。

最后论文分析了在当前网络拥塞控制中存在的一些问题，并指出了进一步的研究方向。

以上内容均经过了仿真研究，验证了所研究方法的有效性和可行性。

6.会议论文冯刚.王志良.廖福成.李擎高速远距离网络中的拥塞控制方法2003

在某一时间,当网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络性能就要变坏,这种情况叫做网络拥塞(Congestion)。如果网络中许多资源同时发生拥塞,就会使整个网络的性能下降,网络的吞吐量会随着负荷的增加而下降,分组时延增加、丢失概率增大、上层应用系统性能下降。

直接造成网络拥塞的主要原因是:路由器存储空间不足、带宽容量不够、处理器的速度太慢等。当然，低速链路的传输速率和高速数据流输人的不匹配，以及低速链路处理速度和高速链路处理速度的不匹配，也会直接造成网络拥塞的发生。所以网络拥塞往往是由很多因素引起的，是系统各部分不匹配的结果。所以，要避免网络出现拥塞，必须对以上多方面的原因进行综合考虑。文章介绍了网络拥塞控制的方法。

7.学位论文牛磊网络拥塞问题研究及仿真2008

随着网络技术与应用的快速发展，它正在逐步从提供单一数据传输，变成了一个能提供音频、视频、数据等多种业务的实体。由于音频与视频业务量的增加，导致UDP业务数据也随之剧增，但是UDP本身不提供任何的拥塞控制功能，当它与具有拥塞控制功能的TCP业务在同一链路传输相遇时，随着UDP业务量的增加很容易导致网络拥塞。当拥塞一旦产生，由于TCP数据流本身具有拥塞控制的能力，它一旦检测到链路的拥塞便会启动拥塞控制机制，逐步降低自己的数据传输速率，所以TCP业务数据流的资源会逐渐被UDP业务数据流所取代，最终直至TCP业务流所占据的带宽几乎为0，产生了严重的不公平性。怎样针对一定的公平性原则，对网络资源进行合理的分配和管理，避免拥塞以及拥塞崩溃的发生，提高网络的利用率，使网络发挥其最大效益变得越来越重要。本文通过大量的网络仿真，找出发生网络拥塞的根本原因，并且提出了具体的解决方法，网络仿真表明可以大大降低网络拥塞，并且提高了网络的公平性原则。同时提出了一种新的视频传输方案，它不仅解决了网络拥塞，而且还保证了视频传输的服务质量。

8.学位论文牛丽君网络流量采集与分析系统的设计与实现2006

通过网络管理，对网络设备或网络流量进行检测、分析，保障网络系统可靠、高效的运行。在网络管理中，国际标准化组织所规定的五大功能模块的实现或多或少的依赖于网络流量信息的采集与分析。目前的网络管理软件都是针对一般的网络来设计的，虽然满足一些有限的要求，然而却缺乏更进一步的网络管理支持。而且对于某一特定的网络环境来说，这种软件能够实现的功能有限，效率也不高。本文针对特定的网络环境，阐述了基于特定网络环境的网络流量采集与分析系统的设计思想和实现方法。

本文首先分析和比较了目前网络流量管理系统所采用的数据采集技术，指出了各种采集技术对网络管理实现的侧重点是不同的，用户采用其中的任何一种技术，都不能满足复杂网络的管理。因此，本文从两种技术结合互补的角度出发，设计和实现网络流量采集分析系统，从而以更全面的信息来管理网络的运行。其次，对采用的两种技术进行了探讨。第三，系统的设计借鉴了ISO层次结构的思想，采用了三层结构：数据采集层、数据处理层和结果呈现层。整个结构清晰，便于系统的进一步拓展。该系统利用两种技术采集进行数据采集，对获得的数据进行实时分析，能够及时全面地了解网络运行的状况。

系统通过对网络流量进行实时的监控，对整个网络的运行状况有实时的和动态的掌握。本文提出了如何应用NetFlow解决网络拥塞的方法，同时介绍了应对异常流量可以采用的方法等。最后针对这个课题研究过程中的不足做了总结并对NetFlow技术的前景进行了展望。

9.会议论文杨木易.井元伟TCP网络用户消费的公平性及效益性分析2006

本文讨论了TCP网络中价格机制的公平性以及用户的速率如何调整,以使其获得最佳效益.文章在单瓶颈链路下,将对策论中的激励Stackelberg策略引入网络系统模型、从用户的最大效用函数角度出发,使其达到最佳速率,同时防止过度占有网络资源,在一定程度上避免了网络拥塞.利用Matlab对非线性激励策略进行了数值仿真,仿真结果表明了该方法的