无线网络TCP协议改进及网络仿真

网络仿真是网络研究的重要手段。NS2是一种开放源代码的网络仿真器，广泛应用于网络协议的设计与验证。本文针对无线网络中TCP协议性能低下的问题，提出了一种改进的基于TCP拥塞控制机制，简称TCP—Yuelu。该机制通过对瓶颈链路队列长度的测量与预测，区分网络随机错误和网络拥塞丢包，同时，利用带宽测量结果作为网络发送速度调节尺度的依据，对不同的丢包原因采取不同的调节策略，改进了TCP窗口加性增加乘性减少（AIMD）机制。本文实现该算法在NS2中的扩展，并通过仿真实验验证了算法的有效性。     

保证TCP上下行时间公平的ECN标记算法

在无线局域网络中,针对无线信道的异构性和传输控制协议(transmission control protocol, TCP)闭环拥塞控制的贪婪性,提出了一种基于显式拥塞通告(explicit congestion notification, ECN)标记算法的公平拥塞控制机制(access point congestion control, APCC)。APCC在AP节点结合缓存队列长度和无线信道负载的测量来检测拥塞,依据联合的拥塞测度来实施拥塞控制,通过保证低丢包率和低排队延时得到了高吞吐率;利用ECN显式反馈机制,对通过AP的上行和下行TCP DATA和ACK分组实施ECN标记,实现了上下行公平的双向拥塞控制;同时在多速率信道环境下,依据各流的无线信道速率来调节单流ECN的标记概率,实现不同无线信道速率TCP流之间的时间公平,大大提高了网络的总体效率。     

一种适用于异构网络的TCP协议设计及其仿真

针对传统TCP协议应用于无线网络的局限性,提出一种基于发送方的拥塞控制改进方案(WNR-TCP):当链路发生数据丢失时,发送方根据收到的确认包所携带的信息统计相对单向延迟的变化趋势,判断丢包原因是网络拥塞还是无线链路出错,从而采取不同的措施,避免传统TCP协议调整拥塞窗口的盲目性。仿真实验表明:在异构网络中,与传统TCP协议以及同类改进方案相比,这种改进办法能显著改善TCP的性能。     

基于显式拥塞指示的自适应主动队列管理算法

目前Internet网络中间节点拥塞控制问题在网络和控制理论界已获得了广泛关注.本文提出一种基于神经元自适应PID控制器的AQM算法,针对TCP/AQM系统模型,结合中间节点队列管理和显式拥塞指示机制(Explicit CongestionNotincation,ECN)机制,采用梯度学习算法来在线调整基于神经元PID的AQM控制器参数,以实现标记/丢包概率的自适应调整,从而对网络拥塞程度作出及时响应,尤其在网络参数时变的情况下仍能保证良好的动态性能,并显著改善网络的服务性能(QoS).最后通过NS-2仿真结果表明,该算法在队列稳定性、平均丢包率等性能方面要明显优于基于常规PID的AQM算法.     

一种基于速率的提高网络公平性拥塞控制算法

针对无连接的UDP流量所导致的网络资源不公平使用的问题,从端到端策略、路由器控制两方面入手,提出了一种基于速率的实现网络公平性的拥塞控制机制RFCC.根据TCP速率响应函数,由发送方对UDP数据流的发送速率进行调整,路由器以ECN的方式将网络的早期拥塞反馈给发送方,并采用ERED算法,改善带宽受数据包大小影响的情况,接收方运用Markov链方式计算丢包事件率.仿真实验验证了RFCC流量与TCP流量能友好地共享瓶颈链路的带宽,提高了网络资源分配的公平性.     

区分服务环境下TCP拥塞控制机制研究

区分服务能为不同服务需求的用户提供相应的服务质量，TCP流量在Internet中占有重要的地位，TCP基于窗口的拥塞控制算法限制了具有大RTT连接公平获得带宽，进而限制了TCP对区分服务的支持，因此研究TCP在区分服务体系结构下的拥塞控制机制具有重要的意义。基于提出的一种支持区分服务的主动队列管理机制-EBLUE，结合改进的TCP拥塞控制机制，研究了TCP在区分服务环境下对确保服务的支持，即使在经历拥塞时，TCP连接也能公平地获得其流量规格中说明的带宽。最后，在ns下的仿真实验结果验证本文机制约有效性和公平性。     

集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议

针对低功耗有损网络中采用博弈论的网络拥塞控制(game theory based network congestion control protocol, GTNCC)路由算法在路由构建过程中仅仅考虑无线链路质量不能使网络拓扑最优,以及在拥塞控制过程中由拥塞节点的子节点判断是否切换父节点不能快速高效地缓解网络拥塞等问题,提出一种基于多维度量结合的集中式网络拥塞控制(centralized network congestion control based on multi-metrics combination, CNCCMC)路由协议。首先,为了降低网络拥塞发生的概率,CNCCMC路由协议综合考虑了节点剩余能量、缓存占用率、无线链路质量和中继节点当前子节点个数等多维度量完成路由构建;其次,当检测到网络拥塞时,CNCCMC路由协议依据网络拥塞节点进行流量分析和判断的结果采取集中式的方式控制其子节点的切换;最后,在网络拥塞缓解过程中,提出一种“乒乓效应”避免机制。理论分析和仿真结果表明,与GTNCC路由算法相比,CNCCMC路由协议在降低网络拥塞发生的概率、延长网络平均生存寿命和提高网络吞吐量等方面的性能得到了有效提升。     

一种基于目标速率的网络公平性算法设计

面向连接的TCP和无连接的UDP流在拥塞发生时对拥塞指示的不同响应方式,导致了对网络资源的不公平使用问题。提出的调整随机早期检测算法MRED是对已有的RED算法较小的一种改进算法。MRED算法根据TCP吞吐量模型发送速率上界与UDP业务流的目标速率比较,得到吞吐量与数据包丢失率关系曲线,通过在网络节点控制数据包丢失率来调节UDP业务流的吞吐量,可以改变其对于网络拥塞的响应方式。仿真结果表明,采用MRED算法有利于提高网络资源共享的公平性。     

PIO:区分服务中的一种基于预测的主动队列管理算法

提出了区分服务中一种基于预测的主动队列管理算法PIO。在PIO算法中,首先对IN包和所有包下一时段的平均到达速率进行预测。当包到达队列时,根据当前IN包队列长度、总的队列长度、预测的下一时段所有包的平均到达速率和IN包平均到达速率决定对包是否丢弃。通过仿真实验,分析了在不同预约比例、不同端到端TCP连接数的条件下PIO算法队列稳定性、丢包率和吞吐量等性能指标。仿真结果表明,PIO算法在统计性保证带宽的同时,与RIO算法相比,无论是在低预约还是过预约网络状态下都有效提高了队列的稳定性,并降低了丢包率。     

网络自相似流量预测及拥塞控制研究

在研究自相似网络流量Hurst参数与相关长度之间的定量关系基础上,提出了基于小波变换的自回归预测的网络端到端流量预测方法,并利用预测值改进TCP拥塞控制算法.理论分析和仿真结果表明,基于小波变换的预测方法在网络流量预测方面比传统的时域方法有更高的精度.改进的拥塞控制算法在无线/有线混合网络环境中,相对于TCPW和Reno具有明显的性能改善.     

基于自适应模糊滑模控制的主动队列管理算法

针对TCP这样大型复杂的网络系统的拥塞问题,考虑系统中存在的不确定因素是未知非线性的情况,设计了一种采用自适应模糊滑模控制理论的主动队列管理算法。该算法基于网络模型的特殊性,构造了Lyapunov-Krasovskill函数,设计了滑动模面,并基于线性矩阵不等式的方法给出该系统鲁棒渐近稳定的充分条件,所设计的自适应模糊控制律能够使系统的状态轨迹在有限时间内到达滑动模面。仿真结果表明,该算法在网络条件变化的情况下,能实现准确的跟踪目标队列长度,避免网络拥塞的发生。     

AQM中基于T-S模型的滑模控制及仿真

针对TCP(Transmission Control Protocol, 传输控制协议)网络的拥塞控制问题,基于T-S (Takagi-Sugeno)模糊模型,采用滑模控制理论提出了一种新的AQM(Active Queue Management, 主动队列管理)算法.考虑到TCP网络中存在的不确定和时变时滞因素,首先利用T-S模糊模型对网络进行建模,然后利用线性矩阵不等式设计了一个渐近稳定的滑模面,而且还给出了一种能够明显减小滑模面附近抖振的趋近律,基于该趋近律设计的控制律能够有效地抑制路由器中队列长度的振荡,并使其快速收敛于期望值.仿真结果表明,该算法与普通的滑模控制算法相比具有更好的稳定性和鲁棒性,能够很好地适应复杂多变的TCP网络环境.     

卫星网络中基于BaseRTT计算的TCP Vegas算法改进

传统的TCPVegas是一种基于测量的拥塞控制算法,并没有考虑通信节点移动的情况。针对卫星间距离变化对往返时延的影响较大,以及带宽分配的不公平性问题,提出一种基于最小往返时延计算的拥塞控制算法Vegas_Sat(Vegas over Satellite)。该算法根据卫星间的距离计算出最小往返时延,据此进行拥塞控制,提高了网络的资源利用率,改善了带宽分配的不公平性问题。最后,利用NS2的仿真软件验证了算法的有效性。     

基于延迟探测机制的网关队列管理算法

提出一种基于延迟探测机制的算法,该算法通过探测分组在瓶颈网关队列中的延迟时间来估计网络的拥塞状况,设置一个探测门限。当分组的排队延迟超过门限时,采用显式拥塞指示(explicit congestion notification, ECN)机制标记分组以向传输控制协议(transport control protocol, TCP) 源端通知拥塞。为了使该算法在网关中更易实现且具有自适应性,算法在每个周期中都根据不同TCP流对网关资源的占用情况来评估其权重,然后选取权重最大的若干TCP流的测量结果来更新拥塞探测门限,使网关对于突发流量在达到高吞吐量、高链路利用率和稳定的平均队列长度的同时,能更公平地分配资源。通过ns 2下的仿真,证明算法能达到预期的效果。     

基于模糊Chebyshev基函数神经网络的快速学习算法

将模糊控制与神经网络相结合，用神经网络来实现模糊推理，提出了一种以Chebyshev基函数为隶属函数的模糊神经网络。由于无需调整隶属函数的参数，因此该模糊神经网络模型算法的计算量大大减小，仿真结果表明了该模型算法的有效性和快速性。     

RBMCC--一种基于速率的组播拥塞控制机制

组播拥塞控制是设计组播协议的关键问题之一。提出了一种基于速率的 ,由接收者和发送者混合驱动的组播拥塞控制机制 (RBMCC)。组播拥塞控制机制中由接收者计算本地丢失率、中间节点聚集反馈报文、发送方计算TCP友好发送速率 ,并最终实现对网络拥塞的快速、准确响应。仿真试验证明 ,组播拥塞控制机制具有良好的可伸缩性与满意的公平性     

高速公路入口匝道模糊控制及其仿真研究

提出一种模糊逻辑方法控制高峰期间进入高速公路的车辆数目。分析了模糊逻辑控制器的基本结构，阐述了模糊控制算法，给出了隶属度函数，根据高速公路上游、下游及入口匝道上安装的传感器检测到的流量、速度、占有率、匝道排队长度等信息，设计了入口匝道模糊逻辑控制器，并用计算机对控制器进行了仿真，仿真结果表明该方法切实可行、具有实用价值，它能避免高速公路主线交通拥挤和堵塞，提高主线的通行能力，实现车辆在高速公路上高效、安全的运行。     

基于Simulink的TCP/RED仿真研究

介绍了利用Simulink构造的TCP拥塞控制算法和RED算法的连续模型,以及在此基础上建立起来的多个TCP连接竞争一条瓶颈链路的仿真场景。对比实验表明,该模型能够预测稳态时的RED行为,并且只需要很短的运算时间,可以作为大型TCP/RED仿真场景的参数调整工具。