An ECN-based Optimal Flow Control Algorithm for the Internet

According to the Wide Area Network model, we formulate Internet flow control as a constrained convex programming problem, where the objective is to maximize the total utility of all sources over their transmission rates. Based on this formulation, flow control can be converted to a normal unconstrained optimization problem through the barrier function method, so that it can be solved by means of a gradient projection algorithm with properly rate iterations. We prove that the algorithm converges to the global optimal point, which is also a stable proportional fair rate allocation point, provided that the step size is properly chosen. The main difficulty facing the realization of iteration algorithm is the distributed computation of congestion measure. Fortunately, Explicit Congestion Notification (ECN) is likely to be used to improve the performance of TCP in the near future. By using ECN, it is possible to realize the iteration algorithm in IP networks. Our algorithm is divided into two parts, algorithms in the router and in the source. The router marks the ECN bit with a probability that varies as its buffer occupancy varies, so that the congestion measure of links can be communicated to the source when the marked ECN bits are reflected back from its destination. Source rates are then updated by all sessions according to the received congestion measure. The main advantage of our scheme is its fast convergence ability and robustness; it can also provide the network with zero packet loss by properly choosing the queue threshold and provide differentiated service to users by applying different utility functions.     

一种基于全局优化的Internet拥塞控制算法

与传统的基于经验的Internet拥塞控制算法不同，根据广域网络的数学模型，将拥塞控制转化约束非线性规划的全局优化问题，并由此依据凸优化问题的解决方法，设计了满足收敛，稳定和公平性条件的速率迭代算法；依据网络层显示拥塞指示技术的支持，将速率迭代算法分为源端和路由路两部分，从而使该算法可以在IP网络中实现，仿真结果表明了该算法的有效性。     

一种基于模糊排队论的网络拥塞控制算法

在分析和比较现有的主动队列管理(AQM)的网络拥塞控制算法基础上,将模糊控制理论与排队论相结合,提出了一种适合于动态控制队列长度的拥塞控制算法。该算法根据路由器中队列长度的变化情况,对源端数据包的丢弃概率进行模糊控制,从而避免网络拥塞,提高路由器处理的实时性。通过matlab仿真,验证了此算法能够减小排队的延时、提高带宽利用率以及稳定队列的长度。     

一种基于NP4GS3的增强SRED算法

作为一种典型的AQM算法，SRED采用一种负载相关的概率采丢弃报文，使得路由器队列长度处于一个较低的稳定值，从而获得相对稳定的网络延时．但SRED算法在设计初始丢弃概率函数时不能保证函数曲线的平稳过渡，这将导致路由器队列长度不稳定以及不必要地丢弃报文．对SRED算法的缺陷进行了理论分析，在此基础上设计了一种增强的SRED算法：E-SRED；同时，分析了AQM机制在IBM的网络处理器NP4GS3中的实现机制，提出了E—SRED算法在NP上的实现方案，给出了方案实现的完整伪码描述．图4，参11，     

一种改进的显式拥塞指示算法

首先仿真分析了ECN(Explicit Congestion Notification)协议RFC 3168网关的性能.研究表明,该协议中建议的平均队列长度超过门限上界时丢弃包的策略将导致网络吞吐量过低.如果改为标记包策略则可以显著提高吞吐量,但因此造成的长队列会增加系统的平均延迟,而且当负载持续增加时还可能导致不能成功建立连接。为保证高吞吐量、低延迟和连通的鲁棒性,提出一种名为LQRD(Long Queue Random Drop)的改进算法,该算法当平均队列超过队列上限时随机的丢弃分组.丢弃概率综合考虑到平均队列、路由器的缓存大小、链路容量和系统平均延迟等因素的影响,仿真结果表明其具有良好的性能.最后,我们给出并分析了该算法的解析模型.     

一种改进的用于TCP／IP的后向显式拥塞指示算法

显式拥塞指示(ECN)和路由器中的主动队列管理(AQM)的结合运用,提高了TCP/IP协议对拥塞控制的能力。其中,后向显式拥塞指示(BECN)建议拥塞的路由器直接把拥塞信息通过ISQ返回给发送端,以减少对拥塞的反应时间。但是,BECN对拥塞窗口的减小程度不足,每收到一个ISQ包BECN的拥塞窗口仅减少1,严重影响到拥塞解除的性能。提出用乘性减少代替线性减少以增强BECN的性能,即每收到一个ISQ包拥塞窗口乘以一个小于1的系数。仿真结果表明,乘性减少BECN比线性减少BECN在性能上有显著的提高。     

一种Ad hoc网络的跨层拥塞控制改进方案

针对传统的TCP拥塞控制协议不能很好适用于无线Ad hoc网络的问题,本文利用跨层设计思想和优化理论,通过提取协议栈各层的特性参数,给出了无线Ad hoc网络跨层拥塞控制的改进方案CCIM (cross-layer control improvement methods). 提出了将MAC层输入、输出速率与网络层缓存队列长度相结合的拥塞检测新方法,并依据ECN显示拥塞反馈机制和扩展信令传递机制,对拥塞控制和随机接入进行建模,以便获取最优发送速率. NS2仿真结果表明,该方案能够降低端到端传输时延,使网络吞吐量和公平性得到了明显改善.      

不确定TCP网络中的滑模主动队列管理算法

为解决传输控制协议(transmission control protocol,TCP)网络中的拥塞问题,提出了一种基于滑模控制理论的主动队列管理(active queue management,AQM)算法.该算法基于线性TCP网络拥塞控制模型,为补偿网络中不确定因素的影响,采用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)设计了一个渐近稳定的滑模面,从而使滑模面的设计问题转化为LMI的求解问题.通过在拥塞控制系统中应用一个改进的到达条件明显地降低了系统的抖振,满足该到达条件的控制器能够使路由器中队列长度的振荡得到有效的抑制.不同情况下的仿真结果表明该算法具有良好...     

基于神经网络逆系统的鲁棒主动队列管理算法

通过在中间节点上使用主动队列管理策略来进行有效地拥塞控制,在保证较高吞吐量的基础上稳定地控制队列长度,从而实现了端到端的时延控制和保证QoS需求.在研究中,TCP的流量控制过程被视为二阶非线性时变系统,并通过可逆分析,证明该系统可逆,采用神经网络逆系统这种近年来发展起来的非线性鲁棒控制理论作为控制器的设计方法,设计出一种新的主动队列管理算法.仿真试验表明,这种算法的稳态和瞬态性能都优于与其具有相同实现复杂度的 RED和PI算法,并且在负载扰动和参数变化时具有很强的鲁棒性.神经网络逆系统方法应用于非线性的流量控制过程中有助于系统稳定性和鲁棒性.     

一种基于排队论的主动队列拥塞控制算法

主动队列（AQM）算法存在诸多的不足,如排队延时大、时延抖动性强、数据进队与出队速率不匹配等,从而导致数据的滞留、丢失和振荡．基于此,在BLUE算法的基础上,引入M/M/m (n)排队系统的思想,提出一种新的算法---PBLUE．该算法根据稳定状态下的平衡方程来保证队列长度的稳定性,增加扩充因子调节路由器的缓存来快速恢复丢失的数据．通过仿真实验,改进的算法降低了丢包率,提高了带宽利用率,并稳定了队列长度．     

N次随机丢包的被动队列管理算法

针对主动队列管理参数设置敏感、消耗大量资源等问题,提出了N次随机丢包的被动队列管理算法.当队列满时,根据当前网络中与路由节点链接的发送端数目,决定丢弃数据包N的值,然后再采用改进的随机丢弃策略丢弃N个数据包.新的算法与其他被动随机丢弃策略相比,克服了弃尾队列管理的缺陷,能够更快地响应网络拥塞,提高了网络传输性能,同时也能够在一定程度上保证公平性,NS2仿真表明了算法的有效性.     

一种基于路由器参数的XCP策略

XCP协议是一种针对高带宽时延乘积网络的Internet拥塞控制体系,其算法的关键是将拥塞控制参数嵌入每一主动数据包中,然后根据途经路由器的网络拥塞状况对相关参数进行修改,以达到预防拥塞的目的。本文分析了路由器参数对突发网络的性能影响,证明了路由器参数设置应该是优化效率与鲁棒性的折中,并提出了一种针对突发网络的自适应算法,实验表明新算法明显优于原算法。     

基于拥塞预测门限的主动队列管理新算法-BDPQ

提出了一种带显示拥塞指示的AQM(Active Queue Management, 主动队列管理)算法BDPQ(Bandwidth-Delay Product Queue),该算法通过监视瓶颈网关中的缓存队列长度来判断拥塞状况,算法中引入BDP (Bandwidth-Delay Product, 带宽-延时积)作为拥塞预测门限,如果缓存队列超过该门限,则采用ECN(Explicit Congestion Notification,显示拥塞指示)标记离开队列的分组来向源TCP通知拥塞.通过在ns-2中仿真显示,该算法具有高链路利用率、较低的平均队列、低丢失率和较好的公平性能.     

基于排队论的实时以太网缓存队列优化算法

提出了基于排队论的实时以太网缓存队列优化算法.首先对数据帧在实时以太网缓存队列中的传输过程进行分析,确定了数据帧排队延时是影响网络延时的主要因素;然后根据随机过程理论得到数据帧进入缓存队列的过程符合Poisson分布.针对该分布模型,用排队论对数据帧排队延时及丢包建立基于通信损失代价的数学模型,以损失代价最小为目标函数,再利用边际法计算出目标函数取极值时的最佳队列长度.仿真实验验证了模型的准确性和优化算法的有效性.     

基于端到端时延保证的紧急分组优先算法

提出了一种能够提供端到端时延保证的多跳问时延协作Crossbar调度算法(紧急分组优先算法)。该算法以分组头中记录的剩余时延为权重对分组进行调度，通过控制分组在各跳上的时延不但能够保证分组的端到端时延，还能够平衡不同跳数分组的端到端时延。算法还能够使路由器避免维护每个流的状态信息以及对单个流进行复杂的队列管理和调度，由此增加了路由器的可扩展性。计算机仿真表明该算法具有较高的资源利用率，较低的端到端时延和时延抖动以及较低的分组丢弃率等特点。     

基于Internet的火灾报警系统的实时性策略

结合我国火灾报警系统发展现状,提出了基于Internet的火灾报警信息系统,针对常规路由器公平转发所有数据包,提出了一种能识别对实时性不同要求的数据包,并能智能插队转发对实时性要求较高的数据包的新的调度算法,可减少路由器转发对实时性要求较高的数据包的延迟时间,提高在Internet上传输紧急信息的时效,为低成本实现对实时性要求较高的系统提供了一种新的思路.     

A Novel Processor Scheduling Schema in Programmable Router Based on Queue Length Thresholds

Programmable router may execute computing tasks except for forwarding IP packets. How to schedule the CPU in the programmable router is an important issue that needs to be solved. In this paper, the authors establish general software architecture of programmable router firstly. Based on this architecture, authors present a novel CPU scheduling algorithm based on queue length thresholds. We model this algorithm using stochastic Petri nets. The analytic results show that this scheduling algorithm can guarantee the requirements of computing of best-effort flows and QoS flows in prograrmmable router at the same time.     

基于聚集算法的DDoS数据流检测和处理

提出了一种应用于路由器的嵌入式DDoS(分布式拒绝服务攻击)防御算法。针对DDoS攻击的本质特征,对IP数据流进行轻量级协议分析,把IP数据流分为TCP、UDP和ICMP(网间控制报文协议)数据流,分别建立相应的聚集模式,根据该模式来检测DDoS聚集所占资源,采取相应的抑制措施过滤攻击数据包,从而保证合法数据流的正常转发。仿真试验证明该方法能准确地检测到DDoS攻击,处理效果很好。     

可变长光分组交换的短包优先调度

为了解决因可变长光分组交换的输出队头阻塞问题造成分组的平均排队时延增加,分析了可变长分组的长度分布特点,提出了基于抢占方式的短包优先调度(PSPF)算法,以减少分组在输入排队中的平均等待时间。在PSPF算法中,短包可以抢占长包的传输时间而获得优先服务。分析和仿真结果表明当到达业务负载较低或中等程度时,采用PSPF算法可使短包的平均排队时延接近0,所有分组的平均等待时延减小,还保证了实时性TCP业务较低的平均等待时延。     

可变长光分组交换的短包优先调度

为了解决因可变长光分组交换的输出队头阻塞问题造成分组的平均排队时延增加,分析了可变长分组的 长度分布特点,提出了基于抢占方式的短包优先调度（PSPF）算法,以减少分组在输入排队中的平均等待时间。在 PSPF算法中,短包可以抢占长包的传输时间而获得优先服务。分析和仿真结果表明：当到达业务负载较低或中等 程度时,采用PSPF算法可使短包的平均排队时延接近0,所有分组的平均等待时延减小,还保证了实时性TCP业 务较低的平均等待时延。