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网络拥塞控制 贾炎 控制工程 网络拥塞控制现状 1.基于源端的拥塞控制算法 基于源端的拥塞控制算法主要是指以TCP协议以及TCP的各种改进版本，如TCP的慢启动和快启动机制。 2.基于链路的AQM拥塞控制算法 链路拥塞控制机制的研究主要是指主动队列管理机制，其主要机制是将丢包率作为网络拥塞的测度，在达到路由器缓存时达到最大值，防止队列溢出形成去尾丢包，从而导致“全局同步”和“死锁”现象的发生。通过调整自身的队列长度来实现拥塞控制。经过近十几年的研究和发展，AQM的研究已经取得丰硕的成果。主要包括： RED算法、BLUE算法、ChoKe算法、PI算法、REM算法等。 3.基于路由器协同的的显式拥塞控制算法 与AQM机制相比,此类方案里路由器参与拥塞控制的机制不同,路由器直接告诉发送端用户应增加多少发送速率或者是应减少发送速率。这些协议的特点是摒弃了仅靠源端来实现网络拥塞控制的路线,提出将网络的中间环节参与网络的拥塞控制,但与AQM机制的路由器协同不同,显式控制协议同时需要修改终端的机制,并更加准确的调整发送端的速率。由于AQM仅将丢包或者延迟作为拥塞测度来反馈给发送端,丢包后进行处理,拥塞控制相对滞后。而显式控制协议提前对数据流速率进行控制,提前避免拥塞的发生。可以看出,由于需要进行包格式,以及传统路由器控制算法的改动,这种方案会增加开销。 网络性能评价指标 将网络设计按照系统的角度出发，衡量网络系能的两个重要指标是：系统的稳定性和利用率。稳定性是一个网络控制系统的的评价指标；利用率是用户利用网络资源的效率。 稳定性 稳定性是评价网络性能的重要前提，只有在网络系统获得稳定的前提下才能考虑如有效性和公平性等其他指标。需要指出的是这里的稳定是指系统的状态变量随着时间的增长逐渐趋于某种平衡状态或者是当干扰破坏了平衡状态造成状态变量偏离设定值时，干扰结束，必须能迅速地恢复到原来的平衡状态。 利用率 利用率是考量用户之间在多大程度的利用有限的网络资源。而对网络资源的利用率是衡量网络协议是否有效的重要指标。 不同网络性能指标的折中 网络性能评价指标之间存在的各种矛盾很难权衡，拥塞控制很难同时满足多个性能指标的要求。例如，显示控制协议中的ACP协议和VCP协议相比各有优势。ACP协议收敛速度相对较快，而VCP协议的包头开销比较少。因此，拥塞控制需要在各种性能指标之间寻求最佳折中方案。 基于链路的拥塞控制协议的研究 RED算法 控制丢包概率策略 TCP/RED线性化流体模型 如果在给定N,C,D参数的情况下，如果Pmax满足如下条件，则系统是稳定的。 基于Droptail的改进的主动队列管理算法 AQM算法机制是以路由器瞬时队列q为输入，输出丢包率p，并将丢包率p反馈给TCP动态模块使系统达到稳定。故AQM算法实际上可以看作是加载闭环TCP动态系统的反馈机制。设计有效的AQM反馈机制的技术路线虽然有效的解决了TCP算法的“全局同步”和“死锁”的问题，但在一定程度上引入了TCP/AQM系统的稳定性问题，同时使路由器参数配置问题变得更加复杂。 iDroptail算法 对上图做两处修改，首先去掉图中所示的AQM模块，直接用丢包率p取代路由器瞬时队列q作为TCP动态模块的输入信号，用主动丢包率p控制TCP动态模块。其次，丢包率p配置为随机丢包策略，用来解决TCP的“全局同步”和“死锁”的问题。主动随机丢包率p的大小可以根据用户的QOS需求进行配置。 iDroptail算法 每一个数据包到来时， 如果路由器瞬时对垒长度路由器缓存xλ 主动随机丢包率p配置为1。 如果路由器瞬时队列长度路由器缓存xλ 主动随机丢包率p根据用户的QOS的需求配置为固定值。 其中λ可以设置为默认值0.9，λ∈(0,1) * *