TCP带宽估计算法

在有线网络或者误比特率较低的环境中,分组丢失往往是由于网络拥塞造成的,因此传输控制协议（TCP）能够良好运行;然而当TCP运行在高误码环境中,并且在遭遇误码丢包时,TCP拥塞窗口依旧盲目减半,没有能够充分利用可用带宽,从而导致其性能大幅度下降．近年来,提出了不少对TCP拥塞控制机中带宽估计算法进行改进的方案,以用来改进TCP在随机丢包链路中的性能．文中首先分析了在TCP连接中发送端实现的带宽估计算法所面临的问题,然后重点分析了几种带宽估计算法的准确性及其性能,同时讨论了带宽估计算法的准确性对协议的公平性产生的影响．     

区分协议类型的RED公平性改进算法

由于UDP协议无拥塞控制功能,与TCP流量竞争带宽时具有优势.早期互联网绝大多数流量均使用TCP协议,但随着以网络视频为主的新兴网络服务的广泛应用,使得传统的TCP流量在拥塞链路带宽竞争中不公平.为了提高路由器对TCP流量的公平性,对路由器队列管理中的随机早检测算法RED进行了研究,提出了区分协议类型的RED改进算法Flow-RED,并且在NS-2网络模拟器中实现了该算法,使得在拥塞链路中使用TCP/UDP协议的吞吐量大致相当.实验结果表明,此方法能够改善TCP流量的服务质量.     

单源网络层析技术

网络层析技术是一种新的网络端到端测量方法，与传统的网络内部测量方法不同，它是通过端到端的测量数据来推测网络内部链路性能参数和网络拓扑的，从而实现与网络结构或协议无关的网络测量方法。在网络层析技术的基本概念和数学模型的基础上，讨论了目前单源网络层析技术的两类“反演问题”：一是实现源节点到目的节点流量估计问题的被动网络层析技术；二是实现QoS参数估计与拓扑发现的主动网络层析技术。分析了网络层析技术的下一步研究方向。     

无线网络中基于自适应带宽估计的跨层拥塞控制算法

TCP是一种主动探索网络可用带宽的传输层协议,在无线网路中,实时准确地探测链路可用带宽,动态调节TCP拥塞控制机制,是提高无线通信系统性能的有效方法之一。本文基于带宽测量技术,提出了一种无线环境下跨层TCP拥塞控制机制,通过探测TCP确认信号ACK返回速率和往返时间RTT,结合链路拥塞和物理层突发错误分布,实时探测可用带宽,对拥塞滑动窗口大小进行动态控制,并根据当前网络状态,动态设置慢启动阀值,保证网络资源的有效利用。仿真结果证明,此算法能有效地降低误码丢包率,提高系统的可靠性。     

基于地理位置预测的ETT判据路由协议

提出了基于节点位置预测的路由算法AODV-LP-ETT.该算法通过计算出在通信范围内的节点间链路的ETX值和带宽值进行路由选择,采用灰色预测模型预测节点下一时刻的地理位置,通过判断节点间的距离是否处于彼此的通信范围之内来决定是否使用ETT路由判据.QualNet仿真结果表明,与AODV路由协议相比AODV-LP-ETT路由协议提高了网络吞吐量,提高了分组投递率,降低了平均端到端延时及平均抖动,改善了网络整体性能.     

无线多跳网络中TCP的性能改进

无线多跳网络的一些固有局限,使得传统的传输控制协议(TCP)应用于其中时效率十分低下。该文提出一种无线多跳网络中TCP性能改进机制,结合了基于往返时间(RTT)检测的拥塞避免机制在公平性上的优势和基于丢包检测的拥塞控制机制在带宽利用率上的优势,用自适应的速率调节算法来改善流量的平滑性。这种机制是一种端到端的解决方案,不需要中间节点和跨层信息,保证了端到端的语义,并且易于实现。实验表明,所提出的无线多跳网络TCP的改进机制在保证较好的公平性的同时,可以达到较高的网络总吞吐量。     

基于H∞控制的主动队列管理算法

针对网络参数的不确定性和链路带宽的时变性,设计了一种主动队列管理(AQM)算法.该算法将可获得的链路带宽作为标称值,而不可获得的未知时变链路带宽作为干扰信号, 以状态空间的形式描述TCP/AQM模型,用时间域H∞控制方法解决网络拥塞问题.NS2仿真结果表明,该算法在往返时间时变和具有扰动业务流情况下,能够快速收敛于期望队列长度,且性能优于已有的控制算法.     

应用于非对称网络的改进TCP Vegas协议

TCP Vegas协议已被证明比传统TCP协议性能优越,但在非对称网络中的性能不理想.文中提出针对这一缺陷的改进算法.首先基于确认包中的ecn_to_echo_位估计反向链路的拥塞概率,证明了拥塞概率和分组的环型流程时间(RTT)成正比.接着,通过监测拥塞概率的变化,求出RTT的变化,进而求得拥塞前的实际RTT,并以此为基础执行TCP Vegas流量控制协议.基于NS-2的仿真实验表明,文中算法在正、反向链路出现拥塞时的性能均优于现有Vegas算法.     

移动自组网按需多路径路由协议的研究

针对AOMDV与SMR协议的工作机制,利用NS-2仿真平台对AOMDV与SMR协议进行不同运动场景的仿真比较.仿真结果表明,对于中低速动态的MANET网络环境,SMR协议以一定的路由开销为代价,能有效改善网络端到端时延与分组投递率性能;对于高速动态的MANET网络环境,AOMDV协议具有更好的链路容错性能和更有效的恢复机制.     

一种基于干扰感知概率预测的无线异构Mesh网络带宽统计联合优化算法

文中提出了一种基于IEEE 802.11的无线多媒体异构网络可用带宽评估算法,该算法通过研究分组碰撞概率和退避时间的相互影响计算发送端与接收端空闲时间的重叠概率,同时通过区分节点的繁忙状态和载波侦听状态来提高重叠概率估计的准确性.网络节点根据感知的信道剩余可用带宽,综合考虑流内和流间干扰,计算路径可行的发送速率和路径代价函数,以此选择最佳分组转发路径.NS2仿真结果表明,文中提出的带宽优化算法,与现有算法相比能够更加准确的感知链路的可用带宽,提高网络吞吐量,避免网络拥塞,为多媒体业务流的接入提供更好的QoS保障.     

一种非均匀包对序列带宽测量方法

在分析现行带宽测量算法的基础上，设计了一种新的包对带宽测量算法，并从理论上加以证明，针对带宽测量中普遍出现的瓶颈拥塞现象，提出了一种非均匀包对序列带宽测量方法，首先设置基本的包对发送后退时间，再根据带宽估测结果的变化动态地调整后退时间，使得包对序列能有效地适应网络运行状态的变化，所得到的估测序列结果更接近实际的瓶颈带宽，其具体实施验证了它的有效性。     

一种有效带宽模型化估计方法

网络路径的有效带宽是计算机网络性能评价与流量工程中QoS验证中重要的度量参数，可广泛应用于根据网络条件进行视频分层传输，区分服务中的带宽分配，服务器选址和拥塞控制中，但由于有效带宽不仅与路径的链路带宽有关，而且随背景流量改变而动态变化，这使得端到端有效带宽的测量相当困难，从Cruz流量模型出发，提出有效带宽的估计可以通过对流量进行延时分析实现，给出了有效带宽估计的边界，并分析了实际测量中可能遇到的问题和解决办法。     

Performance analysis of TCP-reno and TCP-sack in the case of a single source

This work explores the behavior of both TCP-Reno and TCP-Sack under a simple scenario, where a single TCP source transmits the packets continuously over a single bottleneck node characterized by its queue size, bandwidth and propagation delay. The analysis allows to derive the, performance of TCP, the utilization tends to 75% of the bottleneck throughput when the bandwidth ×propagation delay pipe becomes very large, while it tends to 100% when the queuing delays are predominant because the queue is never empty. In the transient analysis we show how the initial phase of the session can degrade the performances. These results are proved through simulation. Foundation item: Supported by the National Natural Science Fundation of China (49402004) Biography: Wang Xin-miao (1973-), female, Ph. D candidate. Reseach direction: communication and network.     

基于TCBF算法的TCP流长度分布统计

为提高流测量系统的运行效率,减少其所需资源的消耗,在分析了TCP连接的释放以发送FIN报文或RST报文作为结束标志的基础上,提出一种新的报文过滤算法TCBF(time-outcounting bloom filter),用于统计TCP流长度分布.通过对有结束标志的流、没有结束标志的中长流和没有结束标志的中短流分别采用不同的统计处理方式,增加了网络测量性能,提高了测量系统的资源利用率.该算法不需要收集所有报文,而是只需要抽样少量报文即可对流长度做出统计.理论分析和仿真结果表明,TCBF算法在使用较少的存储空间的条件下,可以及时准确地对TCP流长度分布做出统计,满足实际测量需要.     

一种改善与TCP Reno兼容性的TCP Vegas改进算法

在分析TCP Vegas及其相关改进算法优缺点的基础上,针对TCP Vegas在与TCP Reno共享带宽时存在不兼容的问题,基于TCP Vegas-A算法,引入相对队列时延的拥塞状态判断方法,提出了一种Vegas改进算法TCP Vegas-A+.新算法将路由器缓存占用量和相对队列时延相结合,把网络状态进一步细分成拥塞增加和拥塞减轻状态,以更准确地判断网络拥塞情况、适时合理地调整拥塞窗口.分阶段对各算法的拥塞窗口大小、所传输的分组数进行数学计算,分析Vegas-A+连接与Reno连接的兼容性,并与Vegas+连接与Reno连接的兼容性进行比较,同时利用仿真实验进行验证.数学分析和仿真结果表明,Vegas-A+算法能更准确判断网络状态,改善了与TCP Reno的兼容性,能和TCP Reno较公平地竞争带宽.     

基于BBR的NDN拥塞控制算法

随着网络传输带宽以及用户对实时应用需求的增加,如何在充分利用瓶颈带宽的同时降低缓存占用率以及传输时延,成为传输控制的一个新问题.提出了一种基于瓶颈带宽以及往返时延(round-trip time,RTT)的命名数据网络(named data networking,NDN)拥塞控制算法.该算法不使用传统的基于丢包的拥塞感知与调节方法,而是主动控制注入网络的流量,使其匹配链路的传输能力.通过在接收端对一定时间范围内反馈的即时带宽和往返时延进行统计,估计传输链路的瓶颈带宽以及物理链路延迟的值,配合由状态决定的增益来控制Interest包的发送速率以及窗口的大小.在ndnSIM模拟器中实现了该算法,并与ICP(interest control protocol)拥塞控制算法进行对比,证明了在充分利用瓶颈带宽的同时,该算法能够实现更低的传输时延以及更快的收敛速度.     

基于IP的主动测量协议IPMP

目前广泛使用的主动测量技术，大部分都是基于ICMP，TCP或UDP协议进行测量的，从而导致相关测量工具存在局限性。IPMP协议的设计目的就是为多种测量机制提供底层协议支持，在路由器的协助下，它可以实现对单向时延和链路瓶颈等网络参数的精确测量。首先介绍了IPMP的原理，讨论了它目前存在的问题，并提出了改进方法。     

通过ARQ提高无线网络中的TCP吞吐量

针对现有提高无线网络中传输控制协议（TCP）吞吐量方案（如Snoop）的若干局限性，提出一种改进方案，利用数据链路层的自动请求重传（ARQ），检测并重传在无线链路上丢失的分组，从而提高TCP的吞吐量性能，这一方案不需要修改端终点的TCP实现，与Snoop相比，ARQ可以传输加密或封装后的分组，不受TCP确认机制的影响，不要求基站保留TCP流的状态，降低了基站的实现复杂度，仿真结果表明，当链路错误率较高或网络中存在竞争性背景流量时，ARQ可以比Snoop更加有效地提高TCP吞吐量。     

多速率多播拥塞控制研究

多播传输所面临的最主要的问题就是提供一种可扩展的拥塞控制机制，既能与TCP传输相适应，同时能克服网络的异构性，为端到端的网络接收者进行多播数据传递。多速率多播拥塞控制不仅解决了多播的可扩展性问题，而且提高了异构网络带宽的利用率，在Internet多播应用领域倍受关注。对多速率分层多播拥塞控制的性能进行了评价后，着重研究了与性能有关的关键问题和解决方法。通过对现有分层多播拥塞控制的代表性算法进行性能分析和比较，指出了未来的工作方向。     

智能电网中异构通信网络的自适应速率控制

为了提高智能电网中家域网的传输控制协议(TCP)性能，提出一种自适应速率控制方法。家域网采用电力线通信(PLC)和无线局域网(WLAN)技术，具有异构特点。该控制方法利用WLAN的通信机制提高PLC的链路利用率，采用启发式动态规划，通过神经网络训练估计瓶颈链路的容量，根据应用的长期服务质量调整TCP数据包的发送速率。仿真结果表明，该方法可以有效滤除PLC信道中冲击噪声的负面影响，其性能优于现有TCP的拥塞控制。