基于 XCP与 VCP的拥塞控制性能比较分析
基于XCP与VCP的拥塞控制性能比较分析
ｐｏ ｃ１为 比较典 型 的一种 算 法 。 ｒｔ ｏ） ｏ
图 １ Ｘ Ｐ协议 执行模拟 图 Ｃ
收稿 １期 ：０ ８— ４— ６ ３ ２０ ０ ２ ． 作者 简 介 ： 国稳 （９ ５一） 女 ， 苏南 京 人 ， 京 信 息 工 程 大 学 计 算 机 与 软件 学 院 讲 师 邢 １７ ， 江 南 基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ７ ０ ５ ． ６５ ２ １ ）
但是 拥 塞 控 制 算 法 的 设 计 具 有 很 大 的 难 度 ， 这
２ ＸＣ Ｐ协 议的拥塞控 制工作原理
２ １ ＸＣ ． Ｐ协议 的 结构
是 因为 Ｉｔ ｎｔ 各 处 的 网 络 性 能 有 很 大 的 差 ｎｅ ｅ 中 ｒ 异 ， 法 必须 具 有 很 好 的适 应 性 。另 外 ， 于 Ｉ． 算 由 ｎ ｔｒｅ 对 报 文 的 正 确 传 输 不 提 供 保 证 ， 法 必 须 ｅｎｔ 算 处理 报 文 丢 失 、 序 到 达 等 情 况 。拥 塞 控 制 算 乱 法对 公 平 性 、 率 、 定 性 和 收 敛 性 等 有 很 高 的 效 稳 性能要求 。
当包到达接 收端 时，ｅｄａｋ域保 留的是该包所 Ｆｅｂｃ
经过 的网络 中的各个 路 由器 允 许 源端增 加 的带 宽
的最小值 ， 或要求 源端减 少的带宽的最 大值 。然
后 接 收端 将 该反 馈值 通 过 Ａ Ｋ包 反馈 给 源 端 ， Ｃ 最 后 源 端根 据 反馈 调整 随后 的发 送速 率 。
Ｘ Ｐ是美 国 Ｍ Ｔ的 Ｋ Ｔ Ｂ 针 对高 带宽时 Ｃ Ｉ Ａ ＡＩ
延乘 积 网络 提 出 的 一 个 Ｉｔ ｎｔ 塞 控 制 的新 体 ｎｅ ｅ 拥 ｒ
基于XCP协议的拥塞控制研究
（ Ｉ Ｃｏ ｌ ｇ ’ ｒ ｐｕ ｅ ｉ ｎ ｅ Ｃｈ ｝ ｇ ｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ， ｏ ｇ ｇ４ ００ ４； ｌ ｅｏｔ ｅ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｅ ｃ ， ｛ ｑ ｎ ｉ ｅ ｓ ｔ Ｃｈ ｎ ｑ ｎ ０ ４ Ｓｃ ｎ ｙ
的方法让数量动态变化的网络用广能 公 平地共亨有限的网络
窗 １ 的打开速度会较慢 ， ． ｜ 相反 ，对于 以太网接 入的１络应用 ， ） Ｉ ） ４ 它 的 Ｒ－ １ Ｔ较短 ，所 以它 的拥塞窗 口打开速度会 比较快 。这样
‘
带宽资源 ，如经 典的快 速 传和快速恢 复算 法 ｌ ｅ ｅ ｏ 、Ｎ ｗＲ ｎ Ｔ 、Ｓ Ｃ Ｃ 以及 Ｅ Ｎ 机 制等 。这些 研究 大多 基 Ｊ ＣＰ Ａ Ｋ Ｔ Ｐ Ｃ Ｖ ｎ ａｏ ｓｎ的经典拥 塞算法 ，或对路 由器缓冲队列的管 ａ ｃｂｅ Ｊ 机制进行改进 ，而对 Ｔ ＣＰ协议族 的体系结构很少改动。近年 来，随着 Ｉｔｒｅ 接入万式（ ｎｅｎｔ 如超级计算 机接入、卫星系统接
处 拥塞的网络米说无疑 是 “ 火上加油”． 一问题 ， ． 这 随着多
络产 品的大 应用 ｌ Ｔ Ｐ协议 住复 杂州络环境下对数据 ，使 Ｃ 拥寒 的处理效率 不甚理 想。实 际上，可 以考虑在传统的 四层 Ｔ ＰＩ 议栈 中的网络层 和传输层之 间增加一层 协议专 门 Ｃ／ Ｐ 用于处理 刚络拥塞 ， 并在数据包的 Ｉ 协议头 后增 加专 门处理 Ｐ 拥塞 的协议＿ ，并通过对路 ｆ器进行 些改进 ，使其能够对 ｊ Ｌ ｆ １ 这种新 的协议头进行 识别，进而迅速准确获得有 关刚络数据 拥寒的测量指标 ，实现对｛ 塞控制处理 。 ｝ ｝ ｆ
入 和移动设备 用户接入 等） 的变化 以及带 宽迟 延较严币 的 网
变结构拥塞控制协议VCP研究
Ｄ ｌｙＰ ｏ ｕｔ Ｂ Ｐ 。在高 Ｂ Ｐ网络上 ， ｅａ ｒｄ ｃ， Ｄ ） Ｄ 传统 Ｔ Ｐ协议 拥 Ｃ
提 出的变结构拥 塞控 制协议（ Ｃ ） Ｖ Ｐ 可有效 地解 决上 述 问题 。在 Ｖ Ｐ协议 中， 个路 由器每 隔 ２０毫秒 的计算 一个 Ｃ 每 ０ “ 负载 因子” 以反 映网络的拥塞程度 ， 并将其编码放入每 个经过数据 包的两位 Ｅ Ｎ位 中。源主机根 据数据 包中的 负载 Ｃ
因子 ， 执行不 同的拥塞控制算法 ， 分别提 高带宽利用率和公平性 。与其他的显式拥 塞控制协议 相 比， Ｃ Ｖ Ｐ仅使 用 了很
Ｔ Ｐ协议作 为互联 网上 最重要的传输 层协议 ， Ｃ 不仅保 证 了主机之间可靠的数据传输 ， 而且实现 了大多数 主机端 的拥 塞控制算法［ 。随着物理层 技术 的迅 速发展 ， 量新 的物理 １ ］ 大
行下列算法 ： 负载 区域 执行 “ 低 乘法 增 大” Ｍｕ ｉｉ ｔ ｅ ｎ （ ｌ ｌａｖ — ｔ ｃｉ Ｉ ｐ ｃｅｓ ， ） 高负载区域 执行 “ 法增 大” Ａｄ ｉｖ ｎｒａｅ ｒａｅＭＩ、 加 （ ｄ ｉ Ｉｃｅｓ， ｔｅ
ｏ ａｈｐｃ ｅ ｒｕ ｈｔｅ ｏ ｔｒ ｕ ｈ ａ ｃｏ ｅ ａｋｔ ｔｅｓｕｃ ｏ ｔ ｓｓ ｉｅｅ ｔ ｌｏｉ ｍｓｔ ｉ ｆｅｃ ａｋ ｔ ｈｏ ｇ ｕｅ．Ｄ ｅｔ ｔｅｌ ｄｆ ｔｒｎｔ ｃ ｅ， ｈ ｏ ｒｅｈ ｓ ｕｅ ｆ ｒｎ ｇ ｒｈ ｔ ｈｒ ｏ ｏ ａ ｉ ｈｐ ｄｆ ａ ｔ ｏ ｍ－
XCP协议的稳定性分析及其仿真
相 应 的 仿 真 。仿 真 结果 表 明 ， 高带 宽 时延 乘 积 网络 中， Ｃ 在 Ｘ Ｐ协 议 能 更好 地保 持 效 率 、 平性 和稳 定性 。 公 关 键 词 ：Ｘ Ｐ；拥 塞 控 制 ； 高 带 宽 时 延 乘 积 Ｃ
中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １６ Ｐ ０ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
因特 网 的 拥 塞 控 制 。路 由 器 能 通 知 发 送 端 瓶 颈 链 路 的 拥 塞 程 度 而 不 是 网 络 是 否 拥 塞 ， 送 端 就 可 以 根 发 据 网 络 的 状 态 相 应 地 增 加 和 减 少 它 的 发 送 窗 口 。 同 时 对 Ｘ Ｐ协 议 的 稳 定 性 进 行 分 析 ， 对 协 议 做 了 Ｃ 并
Ａｂ ｔａ ｔ Ｗｉ ｈ ｅ — ｏ ｒ ｄ ｃ ｆ ｂ ｎ ｗｉ ｔ ａ ｄ ｌ ｔｎ ｙ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｃ ｅ ｏ ｓ ｉ ｅ ｃ ｅ ｔ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｏ ｉ ｓａ ｉ ｔ ，ｒ — ｓｒ ｃ ： ｔ ｔ ｅ ｐ ｒ ｆ ｗ ｐ ｏ ｕ ｔ ｏ ａ ｄ ｄ ｈ ｎ ａｅ ｃ ｎ ｒ ａ ｅ ，Ｔ Ｐ ｂ ｃ ｍｅ ｎ ｆ ｉ ｎ ｎ ｒ ｎ ｔ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ ｅ ｈ ｌ ｉ ｉ ｇ ｒ ｌ ｓ ｏ ｈ ｑ ｅ ｉ ｇ ｃ ｅ ａ ｄ ｅ ｓ ｆ ｔ ｅ ｕ ｕｎ ｓ ｈ ｍｅ．ＸＣ ｃ ｉｖ ｓ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｉ ｔｒ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｏ ｔ ｌ ｙ ａｒ ｉｇ ｈ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｏ ｍａ Ｐ ａ ｈ ｅ ｅ ａ ｉｎ ｆ ａ ｔ ｄ ａ ｃ ｉ ｎｅ ｎ ｔ ｏ ｇ ｓｉ ｃ ｎ ｒ ｂ ｃ ｒｙｎ ｔ ｅ ｏ ｔｏ ｉｆ ｒ — ｉ ｏ ｏ
ａｏ ｔｔｅ ｄｇｅ ｆｃｎｅｔ ｎ ａ ｔｅｂ ｔｅ ｅｋ ｉｓ ａ ｆｊｓ ｃｎ ｅｔ ｎ ｏ ｎ ｔ Ｔ ｉ ａｏ ｓｓｎ ｅｓｔ ｉ ｒａｅ ｏ ｅｒａｅ ｔｅ ｂｕ ｈ ｅｒｅ ｏ ｏ ｇｓ ｏ ｔ ｈ ｏ ｌ ｃ ｎｔ ｄ ｏ ｕｔ ｏｇｓｏ ｒ ｏ． ｈｓ ｌｗ ｅｄ ｒ ｏ ｎ ｅ ｓ ｒｄｃｅｓ ｈｉ ｉ ｔｎ ｅ ｉ ｌ ｃ ｒ
P—XCP：应用于卫星IP网络的一种传输层协议
选自 （ 已发送但 尚未得到确认）数据分组集中的有效载荷。Ｎ 分组传输的这种额外信 Ｌ Ｉ
息使 Ｔ ＰＰ ａｈ Ｃ ．ｅｃ ＋具有更好 的性能。但是 ，Ｔ ＰＰ ａｈ和 Ｔ ＰＰ ａｈ Ｃ －ｅｃ Ｃ ．ｅｃ ＋都要求路 由器 支持优先丢包，而 目前的路 由器则不具有此功能。在本文的余下部分 ，为方便起见，我 们使用 Ｔ ＰＰ ａｈ来表示 Ｔ ＰＰ ａｈ Ｃ ．ｅ ｃ Ｃ ．ｅｃ ＋。
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２０ ０ ６年第 ２期
ＰＸＣ ： 用于卫星 Ｉ — Ｐ应 Ｐ网络 的一种 传输层协议
【 摘要】显式控制协议 （ ｃ ）是一种前景广阔的应用于卫星 网络 的传输层协 ｘ Ｐ 议。但是 ，本文提出 Ｘ Ｐ面临两个问题，即高链路错误率下的低流量和存在速率限制 Ｃ 连接时的输出链路利用率不足。针对第一个问题 ，我们建议在检测到三次重复 Ａ Ｋ 信 Ｃ 号后，保持 Ｘ Ｐ发送端的传输速率不变。为 了解决第二个问题 ，我们可根据速率限制 Ｃ 连接数与共享链路总连接数 的比例对累计反馈数进行调整。然后 ， 我们将提 出的方案进
＿
送端、接收端和路 由器 。发送端根据路 由器计算的反馈信息调整其拥塞窗口大小。 Ｃ Ｘ Ｐ 路 由器使用效率控制器 （ ｃ 和有效控制器 （ ｃ） Ｅ ） Ｆ 计算反馈值。 在各控制间隔 （ ｄ表 用 示，并设置为路 由器所执行 的所有连接的 Ｒ Ｔ平均值 ）中，利用拥塞报头所携带的信 Ｔ
本文 的结构如下。第 ２部分介绍 Ｘ Ｐ的主要机制。 ３部分介绍高 Ｂ Ｒ环境中的 Ｃ 第 Ｅ Ｘ Ｐ性能 。为 了解决流量不足问题 ，我们建议在检测到三次重复 Ａ Ｋ 后，保持 Ｘ Ｐ Ｃ Ｃ Ｃ
１ ２
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２ ０ 年 第 ２期 ０６
XCP协议的仿真分析
XCP协议的仿真分析摘要：对XCP协议的结构和执行算法进行了详细分析，并对协议做了相应仿真。
仿真结果表明，在高带宽时延乘积网络中，XCP协议能更好地保持效率、公平性和稳定性。
关键词：XCP；拥塞控制；高带宽时延乘积TCP是目前在Internet中使用最广泛的传输协议。
它是针对当时带宽时延乘积较小的网络设计的，随着高带宽和高延迟网络越来越普遍的应用，TCP算法的效率比较低。
实验和理论推导都证明随着带宽时延乘积的增加，不管是用什么排队模式，如RED[1]、REM[2]、PI[3]，AVQ[4]等算法都使TCP变得越来越低效和不稳定。
根据TCP存在的问题和高带宽时延乘积网络的特点，美国麻省理工大学的Dina Katabi提出了一种新的Internet拥塞控制框架，该协议称为显式控制协议XCP(eXplicit Control Protocol)[5]。
1 XCP协议分析XCP 协议扩展了ECN显式拥塞指示机制，它通过在拥塞头携带控制信息极大地改善了因特网的拥塞控制。
路由器能通知发送端瓶颈链路的拥塞程度而不是网络是否拥塞，发送端就可以根据网络的状态相应的增加和减少它的发送窗口。
XCP要求网络中的所有路由器和主机都支持XCP 协议。
XCP是基于对每一个包的计算来调节流量。
1.1 XCP协议的框架，发送方维持拥塞窗口cwnd和往返延迟RTT，路由器监控流入它的数据率，根据链路带宽和流入的数据率的差值，路由器通过修改拥塞头的反馈值告知共享这个链路的数据流增加或减少它的拥塞窗口。
当1个ACK到达时，正反馈值将导致发送方拥塞窗口增加，负反馈值将随之减小。
可以用式(1)表示：式中，s为1个包的大小。
XCP接收方收到1个包时，将其数据包的H_ feedback 复制到其ACK中。
其余行为同TCP相同。
1.2 XCP路由器结构分析 XCP路由器包含拥塞控制器和公平控制器，这使得协议的设计和分析简化。
1.2.1 拥塞控制器拥塞控制器根据网络中的剩余带宽和延迟来对利用率进行控制，1个控制周期的聚合反馈值Φ为：式中，α、β是根据定性分析和试验得到的常数，分别为0.4、0.226；d是平均RTT；S是根据链路容量和流入的数据率计算出来的剩余带宽；Φ是持续队列长度。
xcp协议介绍-
XCP 要求网 络中的 所有路 由器和 主机都 支持 XCP 协议 。XCP 是 基于对 每一个 包计算 来调节 流量， 路由器 不需要 把不同 的数据 流区分 开，因 此不用 维持每 一个数 据流的 状态。
5.2 XCP 发送方 XCP 协议 在 IP 和 TC P 协议 之间引 入了一 个 20 字节的 一个拥 塞头（ 如图 3 所 示）， 用于与 路由器 交换每 一个流 的状态 和将来 自路由 器的反 馈信息 送到发 送方。
关键词 XCP,， 拥塞控 制，TCP
1 引言 TCP 是目前 在 Internet 中使用 最广泛 的传输 协议.根据 MCI 的 统计,总 字节数的 95%和 总报文 数的 90%使用 TCP 传 输.近年来 TCP 中采 用了 很多新 的算法,包 括慢启 动(slow sta rt)、 拥塞避免 、快速 重传(fast retrans mit)、 快速恢 复(fast re covery)、选 择性应 答(S ACK) 等,大大提 高了网 络传输 的性能. 尽管网 络层也 试图管 理拥塞 控制， 但是绝 大部分 繁重的 任务 是由 TCP 来完成 的， TCP 中使用 的拥塞 控制算 法已经 成为保 证 Internet 稳定性 的重要 因素。
网络拥塞 是无法 避免的 。拥塞 虽然是 由网络 资源稀 缺引起 的，然 而单纯 增加资 源并不 能避免 拥塞的 发生。 目前 ，在 interne t 上进 行的拥 塞控制 主要依 赖于在 源端执 行的基 于窗 口的 TCP 控制机 制，下 面将简 要介绍 一下主 要的 TC P 拥 塞控制 算法。
基于XCP协议车用标定系统的研发
Ｃｌｏｓｉｎｇ
（），表ｌ给出了这几个函数的具体
内容和指．＿ｓｅ令ｓｓ组ｉｏｎ成。在执行标定任务时，主节点分
别调用这几个函数。同时，从节点中的ＸＣＰ驱动
程序对主节点发出的每一个指令进行应答，即可
实现标定任务。
表１标定功能萄数
１）建立对话函数
Ｓｅｔｔｉｎｇ．＿ｕｐ＿ｓｅｍｉｏｎ（）
获取从节点基本信息 （从节点支持的通讯模
（）函数可使主节点上的标定数据下载到从节点 的ＲＡＭ中，也可将从节点上的标定数据上传到主 节点的ＨＥＸ文件中。因为控制器ＥＣＵ中的主程序 所需的各种曲线、脉谱、标定值都存储在 Ｆｌａｓｈ／ＲＯＭ中。所以标定完毕后，需将这些数据通 过编程写到ＦｌａＳｈ／ＲＯＭ中，更新原有的标定数据， Ｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｔｈｅ ｓｌａｖｅ（）函数即用来完成这 个功能，然后调用Ｃｌｏｓｉｎｇ 束对话。 ３．２从节点ＸＣＰ驱动程序
在交叉通讯模式中，在上～次请求数据包得 到应答之前，可以发送下一个请求数据包，这样 可以提高对话频率，并加快数据传输速度。在该 模式下，从节点中未得到应答的请求数据包有最 大数量限制ＱＵＥＵＥ 从节点而无需应答的数据包数量，如图２（ｃ）。
在交叉通讯模式中，不能包含块传输通讯模 式。同样，在块传输通讯模式中，也不能包含交 叉通讯模式。
答后才能发出下一条指令。标定系统中，我们将
不同的ＸＣＰ命令进行组合，将标定过程用四个基
本标定功能的函数模块来实现１４１，分别为建立对
话函数Ｓｅｔｔｉｎｇ ｕ口ｓｅｓｓｉｏｎ（）。标定函数Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ （），从节点Ｆｌａｓｈ／ＲＯＭ编程函数
Ｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ＿ｔｈｅ ｓｌａｖｅ（）和结束对话函数
ＤＩＳＣＯｈ眦（了
（）函数来结．ｅｓｉｏｎ （）函数让主从节点交换．ｅｓｉｏｎ
XicP协议和SPC拥塞控制算法
ｐｒ ｏｔ ｏｃ ｏｌ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ—ｏｒ ｉｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎｅ ｓ Ｗ ｉ ｎ ｄ ｏ ｗ Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｃｏｎ ｔ ｏｌ ｒ ｌｇ Ａ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖｅ ｄ ＡＩ Ｍ Ｄ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ａｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ， ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｄ ａ ｔ ａ
ｒ ａ ｐｉ ｄ ｌ ｙ ｏｎ ｔ ｈｅ Ｗ ｉ ｄ ｅ Ａｒ ｅ ａ Ｎｅ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ５ ｇ ｈ ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｔ ｌ ｏ ｓ ｓ ａ ｔ ｅ ．
Ｋｅ ｙ Ｗ ｏｒ ｄ ｓ： Ｘｉ ｃ Ｐ Ｓ ＰＣ Ｃｏｎ ｇ ￣ｆ ｉｏ ｎ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ｌｏ ｓ ｓ ｐａ ｃ ｋｅ ｔ ａｔ ｒ ｅ Ｒ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ
Ａｂ ｓ ｔ ａｃ ｒ ｔ ： Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｗｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉ ｒ ｂ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＵＤＰ ， ｎ ａ ｍｅ ｌ ｙ Ｘｉ ｃ Ｐ ， ｗｉ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｉ ｈ ｉ 曲 ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｍ ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｔ ｌ ｏ ｓ ｓ ｒ ａ ｔ ｅ ． Ｗｅ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｏ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｘｉ ｃ Ｐ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ： （ １ ） Ｃｏ ｎ ｇ ｅ ｓ ｉ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ￣ ｇ ｏ ｉ ｆ ｔ ｈ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ Ｐ Ｃ； （ ２ ） Ｒｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ￣ ｇ ｏ ｉ ｒ ｔ ｈ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｔ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｘｉ ｃ Ｐ
TCP拥塞控制算法性能比较-Read
TCP拥塞控制算法性能比较一、NS2仿真1.仿真实验的网络结构图如图所示0、1、2为源节点，3为路由器，4为目的节点。
源节点0、1、2为TCP代理节点，频宽为8Mbps，传递延迟时间为0.1ms，仿真时使用FTP流量。
路由器的队列管理机制使用DropTail，频宽为0.8Mbps，传递延迟为100ms。
在这个实验中建立3条TCP数据流，0和4、1和4、2和4。
在OTCL编码中，代理节点的协议代理分别设置为TCP/Reno、TCP/Newreno、TCP/Sack1和tcp/Vegas，来模拟这四种算法。
二、模拟结果与算法分析比较1、模拟拥塞控制四种算法的cwnd变换图：2、TCP拥塞控制的四个阶段这是TCP拥塞控制的核心，也体现了TCP拥塞控制的基本思想，它分为启动阶段，拥塞避免，快速重传和快速恢复阶段。
(1) 启动阶段当连接刚建立或在发生一次超时的情况下，进入慢启动阶段。
一个新的TCP连接建立后，cwnd被初始化为1，源端只被允许发送一个报文段。
当发出的报文收到接受端的ACK确认后，cwnd加1，即增加一个报文段发送。
在这个阶段中，cwnd随RTT呈指数增长。
采用慢启动方法，可以防止TCP在启动一个新的连接时发送过多的数据而造成数据丢失和网络拥塞，同时，由于cwnd实际上以指数规律增长也就避免了单纯的AIMD算法造成的吞吐量增加过慢的问题。
cwnd的无限增长必将引起网络拥塞，于是引入一个状态变量：慢启动阈值ssthresh。
当cwnd<ssthresh时，TCP执行慢启动算法，cwnd随RTT呈指数增长；当cwnd>ssthresh是，则采用拥塞避免算法，减缓cwnd的增长速度。
(2) 拥塞避免阶段在拥塞避免阶段，当TCP探测到网络将要发生拥塞，并没有直接采用复位cwnd＝1，重新开始慢启动的方法。
因为一旦发生拥塞，需要很长的时间来恢复，而慢启动算法中cwnd的指数增长就显得有些激进，它很可能会加重网络拥塞。
基于带宽预测的VCP拥塞控制改进算法
基于带宽预测的VCP拥塞控制改进算法何建新;周翠红【摘要】反馈信息不足导致VCP无法根据网络拥塞程度进行相应窗口调整,在网络突发业务流情况下存在慢收敛问题.针对高带宽延时网络特性,本文提出一种基于带宽预测的VCP拥塞控制改进算法VCP-BE.该算法结合端到端可用带宽预测和2位显式拥塞反馈信息提高拥塞反馈精度,为源端拥塞窗口调节提供更精细的拥塞控制信息.仿真结果表明,VCP-BE能够有效适应高带宽时延网络环境,具有比VCP及MLCP更快的公平收敛速度.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2016(025)010【总页数】4页(P169-172)【关键词】带宽预测;高带宽时延网络;拥塞控制;VCP【作者】何建新;周翠红【作者单位】湖南城市学院信息科学与工程学院,益阳413000;湖南城市学院信息科学与工程学院,益阳413000【正文语种】中文下一代互联网的发展趋势表明, 高带宽时延网络将大规模应用于互联网主干并成为未来的主流网络. 伴随着网络带宽和往返时延不断增加, 传统TCP的AIMD窗口管理机制的低效性导致网络带宽利用率偏低, 不同流的RTT差异导致吞吐量不公平性加剧, TCP流的频繁抖动增加了网络不稳定性, TCP协议本身成为了限制高带宽时延网络性能增长的瓶颈, 传统TCP拥塞控制机制在高带宽延时网络环境正面临严重挑战.针对高带宽时延网络特性, 国内外学者相继提出一系列算法或改进协议. 根据调节拥塞窗口所采用反馈信息不同, 分为基于丢包或延时反馈的端到端控制协议和基于中间结点显式反馈协议两大类. 丢包反馈是一种被动拥塞控制机制. 显式反馈协议根据来自中间节点的反馈信息能够更准确、及时地将拥塞信息传送给源端, 从而避免端到端拥塞控制协议丢包、延时反馈所产生的反映滞后和拥塞误判. YongXia等人提出MLCP[1]通过增加反馈信息至7位达到接近最优性能, 但额外的反馈开销增加了MLCP在Internet的部署难度. Qazi等提出VCP[2]通过计算链路负载指数, 使用2位编码表示链路拥塞程度并通过ACK返回发送端, 发送端据此反馈信息调整发送速率. 文献[3]研究表明VCP可以实现高带宽利用率、较低丢包率和业务流之间的合理公平性, 但反馈信息不足导致VCP为避免突发现象而对拥塞窗口增长幅度进行限制, 使其无法根据具体拥塞程度进行相应窗口调整, 存在慢收敛问题. 文献[4]同时改进VCP的效率收敛速度和公平收敛速度, 但却额外增加了显式反馈开销. 因此, 如何合理设置反馈信息位数保证显式反馈协议实用性, 同时提高反馈精度, 在兼顾高效性和公平性同时保证协议较快的收敛速度是提升VCP性能的关键. 陈洁等人通过对各种拥塞控制协议在交叉网络环境下的性能测试、分析比较, 发现不属于高速网络的Westwood和Hybla在高带宽时延网络中反而有较好表现, 并分析指出采用带宽预测策略降低反馈开销是使其性能提升的关键原因[5]. 为提升高带宽延时网络环境下VCP的公平收敛速度, 在不扩展反馈信息长度的同时弥补VCP拥塞反馈信息不足的缺陷, 本文在对VCP算法原理分析基础上, 设计一种基于带宽预测的VCP拥塞控制改进协议VCP-BE(Variable Structure Congestion Protocol- Bandwidth Estimation).VCP采用一种不同于TCP的基于负载因子的拥塞控制机制. 路由器每间隔固定周期tp计算网络负载指数f, 如公式(1)所示, 其中y是链路吞吐量, q为目标队列长度, k为队列收敛速度(取默认值0.5), C为链路出口带宽, r为链路出口带宽目标利用率(取默认值0.98), 因Internet数据流的RTT值一般小于200ms, 故周期tp取常数200ms.VCP根据负载指数f的取值范围将网络拥塞程度划分为低负载, 高负载和过载3种不同级别, 并将其量化编码为2位二进制信息分别填入IP包首部中的ECN位, TCP 源端根据ACK携带回的不同状态信息, 分别采用不同拥塞窗口调节算法: 当网络处于低负载状态, 源端采用MI(Multi Increase)策略增加发送速率提高网络利用率; 当网络处于高负载状态, 源端采取AI(Additive Increase)策略逐步增加发送速率; 当网络处于过载状态, 源端采用MD(Multi Decrease)策略快速减小发送速率. VCP 的ECN标记及源端拥塞窗口调节算法如表1所示, 其中rtt=tp, ε=0.0625, α=1, β=0.875.尽管VCP仅用2位反馈就获得了较好的网络性能, 但反馈信息不足导致VCP仍存在公平收敛速度缓慢, 低负载阶段拥塞窗口增长缓慢等问题. VCP根据当前RTT值按(2)式修正调节因子ε, 按(3)式修正调节因子α, 以消除RTT差异所带来的不公平性[6].拥塞反馈信息不足是造成VCP提速保守的根本原因. 为了真实、有效地反映网络拥塞, 提高端到端拥塞反馈信息的准确性和反馈精度, 在保持2位ECN信息不变情况下, VCP-BE源端通过RTT变化来估测端到端可用带宽, 利用可用带宽预测值以及2位ECN反馈信息为源端拥塞窗口控制算法提供更精细的拥塞控制信息.当网络处于低负载状态时, VCP-BE主要关注算法的高效性, 为实现拥塞窗口的快速调整, 源端通过带宽预测可允许的发送速率, 使用SI(Sudden Increase)算法将拥塞窗口设置为当前预测的可用带宽; 当网络处于高利用率状态时, VCP-BE重点关注算法的公平收敛性, 将高负载状态划分为远离过载和接近过载两种不同状态. 当远离过载时, 为加快收敛速度, 源端采用较快的AI窗口增长机制; 在接近过载时, 为保持网络稳定性, 采用比较平滑的II(Inversely proportional Increase)速率变化机制; 当网络处于过载状态时, VCP-BE主要关注协议对拥塞的响应性, 源端仍采用MD算法来减小拥塞窗口. VCP-BE中间节点ECN标记策略及源端拥塞窗口调节算法如表2所示. VCP-BE算法主要涉及以下三方面内容.2.1 可用带宽预测ABEVCP-BE通过在发送端对端到端可用带宽进行预测来调整拥塞窗口, 以便更主动的利用网络资源, 预防拥塞. 连续ACK包收到时间间隔反映了网络资源的利用情况, ACK包到达发送端越快, 说明网络可用资源越充足.当网络处于低利用率状态时, VCP-BE主要关注带宽预测的响应性; 当网络负载较大时, 则重点关注带宽预测的准确性. 为确保带宽预测的响应性和准确性, 针对显式反馈的不同负载程度, VCP-BE利用ACK的返回速率, 采用文献[7]如公式(4)所示的网络可用带宽预测算法ABE(Available Bandwidth Estimation).其中BWn表示tn时刻第n个ACK到达源端时的预测带宽, tn是接受到第n个ACKs的时刻, Ln是被确认分组n的大小, θ为时间间隔调节因子, 是影响带宽预测准确性和响应性的重要因素.2.2 低负载阶段SI算法VCP-BE低负载阶段主要目标是网络快速收敛于高利用率. 在连接初始阶段, 拥塞窗口较小, 分组发送间隔较大, 预测带宽将小于当前可用带宽, 此时VCP-BE采用MI 乘性增长方式快速增加拥塞窗口; 随着发送速率逐步增大, 带宽预测值将逐步收敛于准确值, VCP-BE根据现阶段带宽预测值将发送速率调整到网络可允许的程度, 这样既保证了拥塞窗口的快速增长, 又不至于使窗口增长过于激进. 低负载阶段SI拥塞窗口控制算法如公式(5)所示. 其中seg_size为分组大小, RTTmin是最小RTT值, cwndn-1为VCP采用MI乘性增加拥塞窗口算法, ε取默认值0.0625.低负载阶段为使带宽预测值较快地跟踪当前可用带宽, 需采用较小的计算时间间隔; 高负载阶段为避免带宽预测偏高加速网络拥塞, 需采用较长的计算时间间隔. 为达到上述控制目标, VCP-BE低负载阶段时间间隔调节因子θ采用当前带宽预测值和已完成吞吐量比值来表示, 如公式(6)所示.传输起始阶段, 较小的带宽预测值使窗口采用MI乘性增长, 吞吐量大于预测带宽, 此时θ小于1使计算时间间隔减小, 从而加快带宽预测响应性; 随着预测带宽和吞吐量越来越接近, θ逼近1, 计算时间间隔将越来越大, 使带宽预测值平滑接近高负载.2.3 高负载阶段算法VCP-BE高负载阶段主要目标是快速收敛于公平共享带宽. 当网络处于稳定状态时, VCP-BE使用AI-II-MD算法. 远离过载时, VCP-BE采用AI算法并设置较大增长因子α以确保拥塞窗口较快增长; 当接近过载时, VCP-BE采用与窗口平方根成反比例增长的II算法以增加速率变化平滑性, 从而减小网络振荡. 为解决带宽较大时II 算法较慢的增长幅度依然导致协议在接近过载状态持续占用带宽较长时间, 从而影响公平收敛速度问题, VCP-BE通过计算当前带宽占用比率(即当前发送速率与可用带宽预测值比值), 并依据当前带宽占用比率及ECN位将高负载阶段分为远离过载与接近过载两种状态, 并分别采用AI与II两种不同拥塞窗口控制算法. 当网络过载后, 采用MD算法将窗口减小到原窗口的β倍(β取0.875), 保证窗口退避后不再进入MI阶段. VCP-BE高负载阶段算法实现如下:Ri=(cwndi-1*seg_size)/RTTmin //源端当前发送速率Ki=Ri/BWi-1 //当前带宽占用比率if (Ki<Lthresh && ECN=(01)2) //远离过载cwndi=cwndi-1+α/cwndi-1 //AI控制算法else if (Ki>=Lthresh && ECN=(10)2 )//接近过载cwndi=cwndi-1+α/(cwndi-1)3/2 //II控制算法else if (Ki>=Lthresh && ECN=(10)2 ) //过载cwndi=cwndi-1*β //MD控制算法其中Ri为第i条流的发送速率, Ki为当前带宽占用比率, Lthresh为转换阈值(一般取经验值0.95), α为窗口加性增长因子, VCP-BE将α设置为5以加快协议收敛速度, 而VCP由于不能对高负载网络状态做出更精细的判断, α取保守值1. 为增加高负载阶段带宽预测准确性, 时间间隔调整因子θ取固定值1, 为保证不同RTT流之间的公平性因子, ε和α仍按(2)式和(3)式根据当前RTT进行修正.将VCP-BE加入NS2核心组件, 测试不同瓶颈带宽、不同往返时延下协议公平收敛时间, 以评估带宽大小、往返时延对公平收敛速度的影响. 采用单瓶颈哑铃型实验拓扑, 缓存大小为带宽延时乘积. 实验中引入两条TCP流, flow2在flow1达到稳定状态后开始传输, 瓶颈带宽从100Mbps变化到1Gbps, RTT从20ms变化至200ms, Lthresh=0.95, α=5, β=0.875, 其他参数均按NS2默认值设置. 不同瓶颈带宽公平收敛时间如图3所示.高带宽网络特性使协议的公平收敛时间随着带宽的增大而加长. 低负载阶段VCP-BE采用可用带宽预测源端可允许的发送速率, 快速收敛于高利用率, 高负载阶段采用AI-II-MD方式有效利用带宽, VCP-BE的公平收敛时间远小于MLCP和VCP. MLCP虽在带宽小于600Mbps时具有比VCP更短的收敛时间, 但随着带宽的增大, 其收敛时间远大于VCP和VCP-BE.不同RTT对协议公平收敛时间影响如图4所示. 在不同RTT下VCP-BE的收敛时间都远小于VCP, 且在RTT较小时明显优于MLCP. 由于VCP-BE及VCP采用了固定的与当前RTT无关的tp值来调节拥塞窗口, 随着RTT增长收敛时间都增长缓慢. 针对显式反馈的不同负载程度, VCP-BE采用了不同时间间隔调节方法预测可用带宽, 为源端拥塞窗口控制提供了合适的网络状态信息, RTT对VCP-BE公平收敛时间的影响最小. MLCP跟随当前RTT变化调整拥塞窗口增长幅度, 在不同RTT下收敛时间在一定范围内波动.本文提出的基于带宽预测的VCP改进协议VCP-BE获得了比VCP、MLCP更好的性能, 能够真实有效地反映网络拥塞, 显著提高算法在高带宽长时延网络环境的公平收敛速度. VCP-BE通过TCP源端进行可用带宽预测, 由于远离网络拥塞发生地, 其带宽预测的准确性受不同网络状态影响较大. 另外, 改进算法中α、β、Lthresh 等参数设置一般采用经验值, 算法所使用的静态参数不能随网络状态而动态调整. 因此, 如何对参数进行设置并对参数进行优化选择, 以动态适应不同网络环境, 将是在此基础上值得进一步研究的内容.1 Qazi IA, Znati T. On the design of load factor based congestion control protocols for next-generation networks. IEEE INFOCOM. NewYork, USA. IEEE. 2008. 96–100.2 Xia Y, Subramanian L, et al. One more bit is enough. ACM SIGCOMM Computer Connrnunication Review, 2005, 35 (4): 37–48.3 尹凤杰,王金科,岳承君.高速网络中基于VCP拥塞控制算法的改进.辽宁大学学报,2010,37(3):193–197.4 毛鹏轩,肖扬.一种提高VCP协议收敛速率的自适应算法.北京交通大学学报,2012,36(2):30–34.5 陈洁.高带宽时延网络的拥塞控制协议研究[硕士学位论文].长沙:中南大学, 2011.6 张慧翔,戴冠中,等.VCP协议公平性算法的仿真分析与改进研究.系统工程与电子技术,2009,31(11):2773–2777.7 Clark DD, Fang W. Explicit allocation of best effort Packet delivery service. IEEE/ACM Trans. on Networking, 2008, 6(4): 362–373.。
XCP拥塞控制算法研究
文献标识码 : A
文章编号 : 1009- 2552 ( 2009) 06- 0217- 02
XCP 拥 塞 控制 算 法研 究
郭 群, 陈凤娟
( 辽宁对外经贸学院 , 大连 116052)
摘
要: 随着网络的发展, 网络拥塞问题越来越受到人们的重视 。现在网络中普遍采用的 TCP
3 XCP 拥塞控制算法
3. 1 XCP XCP 算法分析 XCP ( eXplicit Control Protocol) 协议是由 D. Katabi, C. Rohrs 和 M. Handley 于 2002 年 8 月正 式提出 来 的。在 XCP 协议中 , 数据发送端把希望申请的网络 带宽信息存放在一个 XCP 协议头里, 即 XCP 拥塞控 制头。拥塞控制头一共有 20 字节, 位于一个数据包 的 IP 头和 TCP ( 或者 UDP) 头之间。它 与路由器交 换每一个流的状态 , 并把来自路由器的反馈信息送 到发送方。在一个 支持 XCP 协议的网 络环境 中, XCP 体系是通过依靠对发送端、 接收端, 以及在数据 传输网络路径中经过的一个或多个路由器对拥塞头 的改变来 实现对网络拥塞状况 监控的。为了 支持 XCP 协议, 需要在通常的网络协议栈中加入专门用 于检测和处理数据拥塞的例程 , XCP 要求网络中的 所有路由器和主机都支持 XCP 协议。 XCP 是基于对每一个 包进行计 算来调节 流量 的, 路由器不需要把不同的数据流区分开, 因此不用 维持每一个数据流的状态。XCP 路由器的主要工作 是为每个包计算反馈值, 使系统达到最优的效率和 最佳的公平性。XCP 本身是不丢弃包的, 它的目标 是尽量避免在路由器上排队及可能导致的丢弃包的 [ 5] 现象发生 。 XCP 路由器包含效率控制器 ( EC) 和公平 控制 器( FC) , 这使得协议的设计和分析简化。效率控制 器根据网络中的剩余带宽和延迟来对利用率进行控 制。公平控制 器的主 要任务 是根 据 EC 算出来 的 值, 为每一个包分配反馈值以达到公平性。效率控 制器负责使用 MIMD( 乘性增加乘性减少) 法则计算 当前链路的可用带宽 , 即根据系统的空闲带宽成比 例地增长或减少聚集流的速率 , 而不是像 TCP 每个 流每个 RTT 只增加一个包。公平控制 器负责将这 部分可用带宽公平地分配给各个流, 使用的是 AIMD ( 加性增加乘性减少) 分配策略, 即当链路中有可用 带宽时, 将反馈平均分配给各个流 , 但是若网络出现 拥塞的状况时 , 将根据每个流的吞吐量成正比例分 [ 3] 配反馈 。XCP 采用的这种设计, 当修改其中一个 控制器时 , 不需要重新分析和设计另一个控制器。 3. 2 XCP 算法的优点及适用性 XCP 通过在中间节点引入拥塞控制器和公平控 制器可以达到很高的链路利用率、 极小的排队队长 和很低的丢包率。XCP 能适应高带宽时延网络以及 传统网络 , 能显著改善网络的性能 , 具有较强的公平 性, 而且中间节点无须保存每个流的状态, 具有灵活 的带宽分配策略。
XCP拥塞控制算法研究
XCP拥塞控制算法研究
郭群;陈凤娟
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2009(000)006
【摘要】随着网络的发展,网络拥塞问题越来越受到人们的重视.现在网络中普遍采用的TCP拥塞控制算法不能很好地解决网络的拥塞,尤其是在高带宽时延乘积的网络中.新出现的XCP协议是一个优秀的协议,它的拥塞控制能更好地适应未来网络环境,提供更高的效率和更好的公平性.
【总页数】3页(P217-218,222)
【作者】郭群;陈凤娟
【作者单位】辽宁对外经贸学院,大连,116052;辽宁对外经贸学院,大连,116052【正文语种】中文
【中图分类】TP393.08
【相关文献】
1.基于XCP与VCP的拥塞控制性能比较分析 [J], 邢国稳;薛胜军
2.基于XCP协议的拥塞控制研究 [J], 陈卓;刘波
3.XCP与TCP的拥塞控制算法比较分析 [J], 邢国稳;虞哲明
4.新一代的拥塞控制机制-XCP的研究 [J], 李春燕
5.舰艇编队网络拥塞控制算法研究 [J], 武树斌;温玉屏;杨心武;范佳欣;李含辉
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Linux内核中拥塞控制算法的比较分析
Linux内核中拥塞控制算法的比较分析骆金维;李春飞【摘要】采用网络测试床的实验研究方法，在Linux网络测试床上对内核中的Cubic、Htcp、Hybla、Westwood和Veno这5种拥塞控制协议在不同的网络环境下就链路利用率、RTT公平性和TCP友好性3个性能指标进行测试实验，分析实验结果，评价这些算法的优劣以及局限性。
在此基础上结合Cubic和Veno，设计并实现了一种新的环境自适应拥塞控制协议CVTCP，对其进行了性能评价测试。
实验结果表明，CVTCP在RTT公平性和TCP友好性没有明显下降的同时，在不同的网络环境下都能获得较高的链路利用率，具有很好的环境自适应性。
%Based on testbed network experimental research ,investigated five congestion control protocols in Linux kernel ,such asCubic ,Htcp ,Hybla ,Westwood and Veno in different network environments. The link utilization ,RTT fairness and TCP friendliness were compared. Then analyzed the experiment results ,and evaluated the advantage and disadvantage of these algorithms. On thisbase ,considering Cubic and Veno ,a new environmental adaptive congestion control protocol ,named CVTCP has been designed and tested. The experimental results showed ,the link utilization rate was fairly high without obvious reducing RTT fairness and TCP friendliness ,the CVTCP has good environmental adaptability.【期刊名称】《江汉大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P353-358)【关键词】网络测试床;拥塞控制协议;性能评估;链路利用率;RTT公平性;TCP友好性【作者】骆金维;李春飞【作者单位】广东创新科技职业学院计算机与通信系，广东东莞 523960;广东松田职业学院，广东广州 511370【正文语种】中文【中图分类】TP393传统的TCP拥塞控制协议在卫星网络、高速延迟网络、无线网络等网络环境下存在性能不佳的问题。
xcp协议介绍-
关键词 XCP,， 拥塞控 制，TCP
1 引言 TCP 是目前 在 Internet 中使用 最广泛 的传输 协议.根据 MCI 的 统计,总 字节数的 95%和 总报文 数的 90%使用 TCP 传 输.近年来 TCP 中采 用了 很多新 的算法,包 括慢启 动(slow sta rt)、 拥塞避免 、快速 重传(fast retrans mit)、 快速恢 复(fast re covery)、选 择性应 答(S ACK) 等,大大提 高了网 络传输 的性能. 尽管网 络层也 试图管 理拥塞 控制， 但是绝 大部分 繁重的 任务 是由 TCP 来完成 的， TCP 中使用 的拥塞 控制算 法已经 成为保 证 Interne展
1986 年，Jacobson 开发了现在 TC P 应用 中的拥 塞控制 机制。 此后陆 续出现 了一些 改进版 本，目 前 TCP 协议主 要包 含有四 个版本 ：TCP T ahoe，TCP Reno，TCP Ne wReno， SACK。此外 1994 年出 现了一 种新的 拥塞控 制策略 TCP Vegas 然而它 未能在 互联网 上大规 模使用 。概括 起来 TC P 的拥 塞控制 由以下 4 个核心 部分组 成：
1) 慢启动阶段。 源端按 cwnd（拥塞 窗口） 大小发 送数据 ，每收 到一个 AC K 确 认，c wnd 就增加 一个数 据包发 送量， 这样 c wnd 就将随 着回路 响应时 间呈指 数增长 ，源端 向 网络发送 的数据 量将急 剧增加 。
2) 拥塞避免阶段 。此阶 段 cwnd 在 每次收 到一个 ACK 时只增加 1/c wnd 个数据 包，c wnd 不是呈 指数增 长，而 是线 性增长 。
TCP 算 法是建 立在假 定超时 是由拥 塞引起 的基础 上的， 因为由 于传输 错误导 致的分 组丢失 的情况 很少出 现。虽 然这个 假设具 有一定 的合理 性，但 是把丢 包作为 拥塞 发生的 信 号并不是 很好， 特别是 在出错 率比较 高的无 线网络 中，这 种假设 并不合 理。
基于XCP协议支持多总线的ECU标定系统的实现
基于XCP协议支持多总线的ECU标定系统的实现任银行;张建龙;殷承良【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2018(44)5【摘要】目前国内开发的标定系统大都基于CCP协议,仅支持CAN总线,系统的总线兼容性和可扩展性不强.利用XCP协议传输层与协议层相互独立的特性,实现了一种基于XCP协议、支持多种通信总线的ECU标定系统.系统架构采用业界广泛认可的ASAM-MCD标准,在主、从节点实现了XCP驱动.基于相同的协议层,分别设计了支持CAN总线和FlexRay总线的传输层,使标定系统同时满足两种总线的应用需求.具体的测量标定实验表明:该系统使用方便,能够良好地满足ECU开发过程中的标定需求.%Most calibration systems developed in our country for now are based on the CAN calibration protocol (CCP),which is specially designed for the CAN bus,and thus has poor compatibility and expansibility for other buses.However,the protocol layer of the universal measurement and calibration protocol(XCP) is independent from any specific physical transport layer.Based on that,a multi-bus supported ECU calibration system is implemented,which is in accordance with the widely accepted industry norms of measurement,calibration and diagnostic system made by association for standardization of automation and measuring system(ASAMMCD).The XCP driver is developed in both master and slave nodes,and XCP transport layers for CAN and FlexRay are designed respectively on the basis of the same protocol layer,so that thesystem is suitable for both the mature CAN bus and the promising FlexRay bus.The system is tested through measurement and calibration experiments,and the results demonstrate that it satisfies the requirements well.【总页数】5页(P72-76)【作者】任银行;张建龙;殷承良【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TP319【相关文献】1.一种适用不同通信方式基于XCP协议的ECU标定工具的开发 [J], 苏瑜;周文华;竺春狄2.基于XCP协议的ECU控制器标定系统开发 [J], 冯占军;丁锋;谭啟寅3.基于XCP协议的ECU标定系统开发 [J], 肖亚迪;肖兵4.基于XCP协议的通用型ECU标定软件的开发 [J], 段延喜;彭宇;朱青5.基于XCP协议汽车标定系统通信设计及研究 [J], 周晓刚; 黄国海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
气象雷达数据的传输方式和算法的基本研究
气象雷达数据的传输方式和算法的基本研究胡继荣【摘要】气象雷达是观测以及预测天气变化的重要途径.一般来说,气象雷达的数据采集是一个比较长的过程,并且工作量很大,所以如果等采集完数据再进行传输,这样雷达的工作效率会大大降低,而天气预测是一个重视时效性的工作,这样会影响正常工作.文章中研究了气象雷达的特性和数据采集的过程,结合气象雷达的特点,提出了使用流媒体技术的气象雷达数据传输算法,并且通过RTP/RTCP协议改进了拥塞判决控制,采用基于显式反馈的拥塞判决方案,设计了公平性的非线性流量控制方案.经过系列仿真,证明这个方案的稳定性和优越性.%Weather radar is an important device to forecast the weather for us.In order to satisfy the requirement ofus ,wemust find more efficient way to improve the accuracyof radar. This is a big calculation. In this paper we analysis the process of how the radar get the data. With the property of the radar, combinedRTP/ RTCP congestion we also introduce the Radar data Transmission Algorithm using Streaming Media technology(SM-RTA)【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)004【总页数】3页(P125-127)【关键词】气象雷达;流量控制;时效性;拥塞判决【作者】胡继荣【作者单位】民航华东空管局气象中心, 上海 200335【正文语种】中文【中图分类】TP302随着现代科技的迅速发展，卫星的应用已经从军用普及到民用，深入到生活的很多方面。
高速传输协议XCP性能分析及其与传统TCP协议互联的研究的开题报告
高速传输协议XCP性能分析及其与传统TCP协议互联的研究的开题报告一、选题背景随着互联网的快速发展，网络数据传输需求也不断增加。
目前，传统的TCP协议已经不能满足越来越高要求的数据传输性能，因此，越来越多的高速传输协议被设计出来。
其中一种被广泛应用的高速传输协议就是XCP协议（eXplicit Control Protocol）。
XCP协议作为一种高效、可靠的数据传输协议，其在不同的网络环境下都能表现出卓越的性能，一直受到学术界和工业界的关注。
与此同时，为了能够更好地整合XCP协议与传统TCP协议，研究人员也进行了相应的研究，因此，本文将深入研究XCP协议的性能特点，同时探讨如何将XCP协议与TCP协议进行互联。
二、选题的研究目的和意义通过本研究，可以深入了解XCP协议的性能特点，并且探究如何将XCP协议与传统TCP协议结合，达到更好的网络数据传输效果。
具体目标如下：1.研究XCP协议的基本特性和工作原理，深刻理解其对现有网络状态和规划对网络的影响。
2.对XCP协议进行性能测试，分析其数据传输效果。
3.探讨XCP协议与TCP协议的互联问题，提出更好的互联方案，并展示实现效果。
4.最终得出实验结论，为网络协议设计及实际应用提供借鉴和参考。
三、选题的主要内容和研究方法1.分析XCP协议的基本特性和工作原理。
通过收集和调研相关的文献，深入理解XCP协议在网络数据传输过程中的作用，了解其具体实现过程和特点。
2.测试XCP协议性能。
通过网络实验和仿真软件进行测试，收集相关数据，了解XCP协议在不同网络环境下的性能表现。
3.探讨XCP协议与TCP协议的互联问题。
深入研究XCP协议和TCP协议的异同点，提出更好的互联解决方案，进行实际测试。
4.分析实验结果，得出结论。
根据实验数据，分析XCP协议的优越性和互联方案的可行性，并得出相应的结论和推荐。
四、预期成果本研究最终目的是为提出XCP协议的核心特性和性能特点，并且探讨XCP和TCP之间的互联问题，展示实验结果，并得出结论和建议。
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第30卷 第5期2008年10月武汉理工大学学报・信息与管理工程版JOURNAL OF WUT(I N FORMATI O N&MANAGE MENT ENGI N EER I N G)Vol.30No.5Oct.2008文章编号:1007-144X(2008)05-0689-04基于XCP与VCP的拥塞控制性能比较分析邢国稳1,薛胜军2(1.南京信息工程大学计算机与软件学院,江苏南京210044;2.武汉理工大学计算机科学与技术学院,湖北武汉430063)摘 要:针对拥塞控制是I nternet研究的一个热点问题和难点问题,详细讨论了XCP与VCP这两个高速网络拥塞控制协议。
XCP是一种联合端系统和路由器共同协作的协议,将拥塞控制从带宽分配策略中解耦。
XCP 比TCP在高带宽时延乘积网络的环境中有着更好的性能。
对XCP协议与VCP协议的结构及执行过程进行了分析,通过仿真实验表明,VCP协议不仅取得了与XCP一样高的链路利用率,而且对现有的协议改动非常小,有利于逐步实施,在拥塞控制应用中VCP比XCP具有更高的应用价值。
关键词:拥塞控制;XCP协议;VCP协议中图法分类号:TP393 文献标志码:A 拥塞控制是确保I nternet鲁棒性的关键因素,因此成为当前网络研究的一个热点问题。
但是拥塞控制算法的设计具有很大的难度,这是因为I nternet中各处的网络性能有很大的差异,算法必须具有很好的适应性。
另外,由于In2 ternet对报文的正确传输不提供保证,算法必须处理报文丢失、乱序到达等情况。
拥塞控制算法对公平性、效率、稳定性和收敛性等有很高的性能要求。
1 TCP协议存在的不足传统的TCP拥塞控制广泛用于控制数据包的丢失和阻止拥塞崩溃,可在严重拥塞时改善网络性能。
但是当带宽时延增加时,T CP变得十分不稳定且容易出现振荡。
T CP不能维持高达Gb/ s的吞吐量的原因主要有两点:一是在有大量空闲带宽时T CP的A I M D法则增长的速度太慢;二是TCP的吞吐量反比于丢包率的平方根,巨大的吞吐量需要极小的误码率,这对于低误码率的光纤链路而言也是极大的挑战[1]。
针对未来的高带宽时延乘积网络,除了H igh2 Speed-T CP、Fast-T CP外,XCP(xp licit contr ol p r ot ocol)为比较典型的一种算法。
2 XCP协议的拥塞控制工作原理2.1 XCP协议的结构XCP是美国M I T的K AT AB I针对高带宽时延乘积网络提出的一个I nternet拥塞控制的新体系结构,它使源端、路由器和接收端共同协作完成拥塞控制。
XCP协议的执行过程如图1所示。
XCP协议增加了包的头部信息,还增加了Feedback、Thr oughput和R tt域,源端发送包时初始化该域,填入其所需的带宽的增量,当包经过沿途的路由器时,路由器根据当时的网络可用带宽的状况修改其值,使用的是Max Net网络结构,即当包到达接收端时,Feedback域保留的是该包所经过的网络中的各个路由器允许源端增加的带宽的最小值,或要求源端减少的带宽的最大值。
然后接收端将该反馈值通过ACK包反馈给源端,最后源端根据反馈调整随后的发送速率。
图1 XCP协议执行模拟图收稿日期:2008-04-26.作者简介:邢国稳(1975-),女,江苏南京人,南京信息工程大学计算机与软件学院讲师.基金项目:国家自然科学基金资助项目(60572015).2.2 XCP拥塞控制域XCP协议在I P和TCP协议之间引入了一个20字节的拥塞头(如图2所示),用于与路由器交换每一个流的状态并将来自路由器的反馈信息送到发送方。
图2 XCP拥塞头H_c wnd域是发送方当前的拥塞窗口,H_rtt 域是发送方当前往返延迟的估计值,这两项都是由发送方填充的,在传输过程中不会被修改。
H_ thr oughput字段用于保存发送端当前的吞吐量。
H_feedback域可能是正数也可能是负数,Feed2 back域保留的是该包所经过的网络中的各个路由器允许源端增加的带宽的最小值或要求源端减少的带宽的最大值。
当一个包离开时,发送方在包上附加一个拥塞头,将H_c wnd域设置为当前的c wnd,H_rtt设置为当前的rtt。
在一个数据流的第一个包中H_ rtt设置为0,以向路由器表明源端还没有一个合理的rtt估计值。
H_feedback由发送方初始化为它期望改变的拥塞窗口大小,如果带宽允许发送,则在一个rtt后达到期望的速率。
当一个ACK到达时,正反馈值将导致发送方拥塞窗口增加,负反馈值将随之减小。
可以用式(1)表示:c wnd=max(c wnd+H_feedback,s)(1)s为一个数据包的大小。
若应用程序没有足够的数据填入拥塞窗口,则XCP发送端将迅速调整拥塞窗口变量以使之相适应。
3 变结构拥塞控制协议(VCP)的工作原理XCP不仅在传统的网络下性能比TCP好,而且在大的BDP(high bandwidth delay p r oduct)网络下也保持了高效性、公平性、可扩展性以及稳定性。
但是,为了实现运行在路由器的效率控制器和公平控制器与终端之间交换拥塞反馈信息,需要大量的二进制位,而I P报文头无法提供足够的二进制空间,这影响了XCP的部署和推广应用。
变结构拥塞控制协议(variable-structure congesti on contr ol p r ot ocol,VCP)使用ECN的两个二进制位交换网络拥塞反馈信息,同时取得了与XCP相类似的性能。
VCP协议联合使用ECN机制的两个二进制来编码拥塞信息。
根据来自接收端的拥塞信息, VCP协议的发送端选择积性增加(multi p licative increase,M I)、加性增加(additive increase,A I)和MD(multi p licative decrease)其中的一个拥塞窗口控制算法来响应拥塞信号。
两个二进制位可以表达4种拥塞级别。
在VCP协议中,00、01、10、11二进制信息分别解释为:ECN无效、低拥塞级别、高拥塞级别和拥塞发生。
从低拥塞级别到高拥塞级别的拥塞跃迁点设置为80%。
VCP协议的设计根据如下两个方针:①效率控制与公平控制分离。
路由器负责计算拥塞指数,终端选用M I、A I两个算法中的一个来增加拥塞窗口。
M l和A l都是以拥塞指数为变量的函数。
VCP协议将链路利用率分为不同的负载区间,并选择适合某一区间的控制方法。
当网络利用率低的时候,VCP的目标是提高效率而不是公平性;当利用率很高时,VCP给公平性控制比效率控制更高的优先级。
②使用链路的负载指数作为拥塞信号。
XCP协议使用剩余带宽作为拥塞度的一个衡量,而VCP协议采用负载指数作为拥塞信号,如带宽的需求与链路带宽容量的比率。
简要地说,VCP协议选择如下3个区间编码负载指数ρt。
低负载区间:ρ^t=80%,当ρt∈[0%, 80%];高负载区间:ρ^t=100%,当ρt∈(80%, 100%);超载区间:ρ^t>100%,当ρt∈(100%,+∞);负载指数的拥塞跃迁点为80%。
每一个时间周期tρ路由器估计它的出口链路t的负载指数ρt可根据式(2)计算:ρt=λt+kq・q～tγt・ct・tp(2)式中,λt为在tρ时间内输入传输流的总量;q～t为在这一时间内持久性的队列长度;kq为控制多块清空队列的参数;γt为链路的目标利用率;ct为链路的带宽。
在时刻t,一个VCP传输流的发送端根据从网络中反馈回的负载指数执行以下3个动作中的一个:M I:W(t+rtt)=W(t)×(1+ξ(ρ^t))A I:W(t+rtt)=W(t)+α MD:W(t+δt)=W(t)×β(3)式中,ξ(ρ^t)=κ・(1-ρ^t)/ρ^t;W(t)为t时刻拥塞窗口的大小。
096武汉理工大学学报・信息与管理工程版2008年10月如果负载指数属于低负载区间,则发送端采用M I算法;如果负载指数属于高负载区间,则发送端采用A I算法;如果负载指数属于超载区间,则发送端采用MD算法。
为了减少系统往返时间RTT(r ound tri p ti m e)对公平性的影响,调整M I/A I的参数:M I:ξs←(1+ξ)rtt t p-1A I:as ←a・rttt p(4)在许多主动队列管理算法(AQM)中,随着网络环境的不同,如带宽rtt的变化,甚至网络流量变化时,必须调整控制参数的值以达到控制目标。
在VCP中,任何网络环境下都使用上述的常量参数。
从控制理论的角度来说,对于变化的网络环境,VCP协议有较强的鲁棒性[2-5]。
在VCP协议中,路由器将网络的拥塞程度分为:低负载、高负载、过载3个区域。
原主机根据,分别执行下列算法:低负载区域执行M I、高负载区域执行A I、过载区域执行MD。
在低负载区域,M I算法能够以指数增长速度提高带宽利用率;在高负载区域以上,A I、MD算法则可以提供数据流之间的公平性[6]。
4 仿真分析4.1 仿真环境使用扩展ns2仿真环境在大范围的网络情况下评估VCP与XCP的性能,XCP的性能作为基准性能[7]。
网络情况包括:链路的带宽范围为[100kb/s,5Gb/s],RTT的范围为[1m s,1.5 m s],类似于FTP的长流的数量范围为[1, 1000]。
瓶颈链路的缓冲区大小设置为BDP值和每个流2个包之间的最大值。
报文的大小为1000b,ACK报文的大小为40b。
为了确保系统达到稳定状态,实验运行时间至少为120s。
在计算链路利用率时,忽略前20%的模拟时间。
链路利用率和流的吞吐量平均值计算间隔为500m s,队列的长度和拥塞窗口值的采样间隔为10m s。
4.2 瓶颈带宽的影响如图3所示,观察到在瓶颈带宽从100kb/s 增加到5Gb/s的过程中,VCP协议取得了高的利用率(≥93%)。
在整个带宽变化的范围中,VCP 与XCP的链路利用率之间的差值约为7%。
另外,随着链路带宽的变化,链路缓冲区的队列长度平均值为缓冲区大小的0.01%,最大值为缓冲区大小的1%。
持久的队列长度对于高带宽来说是非常小的,在整个过程中,丢包率可以忽略不计(在很多情况下是零丢包率)。
在链路的带宽非常低的情况下,比如100kb/s,瓶颈链路的平均队列长度增加到缓冲区大小的50%,并导致约为0.6%的丢包率。
图3 瓶颈带宽的变化与VCP和XCP的性能4.3 RTT的影响在评估RTT影响的仿真实验中,设置瓶颈链路的带宽为150Mb/s,RTT的变化范围从1～1 500m s。
如图4所示,可以观察到在大多数情况下,瓶颈链路的利用率高于90%,平均队列长度小于缓冲区大小的15%,最大值为缓冲区大小的15%。