随机早期检测RED及其改进算法的研究

目前,拥塞控制是Internet的一个研究热点。在网络通信中,仅仅靠端到端的TCP层基于滑动窗口的流量控制已很难满足网络中日益增长的业务量的要求,因此,网络本身必须采用某种手段参与拥塞控制。主动列队管理(AQM)作为目前路由器中广泛采用的拥塞控制策略,在保证较高吞吐量的基础上有效地控制队列的长度,让IP层参与了资源的分配控制工作。该文首先介绍了Internet中的TCP/IP拥塞控制策略,而后针对主动队列管理策略中的RED算法进行了详细的研究,最后提出了几种改进的RED算法。     

一种支持优先级标记处理的主动队列管理机制

随着Internet流量的日益增加,依赖平均队列长度管理拥塞控制的RED(random early detection)队列管理算法有其内在的缺点,即使结合IETF(Internet engineering task force)明确的拥塞通知ECN(explicit congestion notification)也不能有效地阻止包丢失.在分析比较RED算法和BLUE算法的基础上,提出了一种加强的主动队列管理机制--EBLUE(enhanced BLUE),然后结合EBLUE研究了TCP的拥塞控制机制,     

一种改进的主动队列管理算法

主动队列管理是实现网络拥塞控制的重要技术,但是多数主动队列管理算法如随机早期检(RED)都存在对参数依赖性强的问题。针对RED算法中平均队列长度不能完全反映网络拥塞状况的问题,该文结合平均队列长度和网络的负载,提出一种改进的RED算法。该算法能根据网络负载的变化,自适应地调整丢包的概率,使它更符合网络的实际状况。通过仿真进行了性能分析,证明了算法的有效性。     

Active Queue Management算法研究

主动队列管理算法对于IP网络的性能影响重大,是网络拥塞控制一个主要手段。介绍了目前主要的主动队列管理算法如RED、改进的RED以及P控制器、PI控制器、模糊控制器、鲁棒控制器、内模控制器。通过对这些算法的分析,指出其中的不足之处,并对AQM算法的设计提出了一些思路。     

TCP/RED离散模型分析及参数设置

随机早期检测(RED)队列管理算法的参数设置主要依赖于使用者的经验,并且其相关理论指导存在一定缺陷。为此,提出一种全面设置RED参数的方法。采用数学期望方法,分析TCP/RED拥塞控制机制离散模型的稳定状态行为,推导网络稳定状态期望值与RED参数的解析关系式。仿真结果表明,该方法可以提供准确有效的RED参数设置。     

基于延时补偿结构的大时滞网络拥塞控制

研究和分析了几种典型的主动队列管理AQM(Active Queue Management)算法在大时滞网络下的稳定性、性能及响应速度,发现如RED、PI等AQM算法在大时滞网络环境下队列出现剧烈的振荡和空队列增多,这些现象直接导致链路利用率降低和丢包率增大.针对上述的大时滞网络,将具有正反馈的延时补偿结构用于TCP/AQM拥塞窗口动态模型,实现对延时的补偿,仿真表明采用该控制结构提高了网络的性能.     

随机早期检测算法的改进算法——基于输入补偿的比例微分控制算法

IP层实现的主动队列管理（AQM）方案已经成为目前拥塞控制算法研究中的热点。文中使用拥塞控制理论对AQM的唯一候选算法,即随机早期检测（RED）算法进行了分析,并对RED存在的缺陷作出了改进,提出了RED改进算法——基于输入补偿的比例微分（IC—PD）控制算法。仿真结果验证了改进算法的有效性和改进效果。     

一种改进ARED拥塞控制算法的实现

随着互联网的迅速发展,无论是网民人数还是上网设备数都呈现高速增长的态势。虽然带宽等互联网基础资源相比二十年前有了质的飞跃,但是由于网络规模的增加还是带来了一系列的问题,其中网络拥塞是比较典型的一个。RED作为路由器主动队列管理策略中的重要算法已经在网络拥塞控制方面起到了很好的效果,成为IETF RFC2309建议的唯一候选算法。与队尾丢弃算法DropTail相比,RED算法具有网络链路利用率较高、吞吐量较大、网络时延和丢包率较小的优点,但其存在参数配置无法适应网络动态变化的缺陷,因而改进的ARED算法增加了自适应的功能,但也存在瞬时队列长度振荡等稳定性问题。对此,研究了RED及ARED拥塞控制算法,并提出了一种改进算法QARED,希望通过优化最大丢包概率计算函数来达到提高平均队列长度稳定性以及降低丢包率的目的。     

Internet主动队列管理算法研究

路由器的拥塞控制策略是采用主动队列管理算法(AQM)，最广泛被采用的主动队列管理算法是随机早期检测(RED)算法。文中详细讨论了RED算法，并剖析了基于RED算法的几种改进策略，经比较它们的优点及其存在的主要缺陷后，提出了进一步研究主动队列管理算法的方向。     

一种快速拥塞指示算法及其性能分析

目前Internet采用的是TCP基于窗口的端到端的拥塞控制机制，但是端系统对拥塞的响应速度较慢，而且路由器在指示和控制拥塞方面不提供任何显式支持，基于上述考虑，本文提出了一种基于路由器的拥塞控制算法FECN，该算法在路由器处提供对拥塞的早期检测和指示机制，使源端具备快速响应拥塞的能力，同时通过自适应调整最大丢弃概率提高对网络状况的动态适应性，仿真实验表明，与RED／ECN算法相比，该算法降低了数据包的传输延迟，有效地提高了链路利用率，克服了现有算法的缺陷．     

MANET中TCP改进方案的性能分析与比较

TCP协议最初是为有线网络设计,它假设数据包的丢失都是由网络拥塞引起.但在MANET中,链路的高误码率和节点移动等都会引起数据包的丢失.如果不加改进地把传统TCP应用于MANET中,它会把非拥塞因素引起的数据包丢失也当作是网络拥塞,从而错误的触发拥塞控制,导致传输性能的下降.首先讨论了MANET中影响TCP性能的主要因素;然后从传输层、网络层和链路层3个层面,分别介绍了提高MANET中TCP性能方法的工作机制;并对这些方法进行了分析比较.最后指出了今后的工作方向.     

适用于异构网络的改进TCP协议研究

在有线网络中,网络丢包主要是网络拥塞造成的,而传统的TCP协议主要是针对有线网络设计的。对于无线网络,链路错误的随机丢包成为其主要的丢包,传统的TCP已不再适用。为了使TCP适用于有线-无线的异构网络中,提出一种改进的TCP协议(命名为TCP-Ackflag)。此协议通过接收端判断分组数据的相对延迟趋势来判断网络拥塞情况,并在接收端反馈给发送端的ACK包中定义一个拥塞标志位。接收端在接收ACK包中,记录这个拥塞标志位。为了使网络能达到最大吞吐量,发送端只有在发现产生网络丢包现象后再立即对记录的拥塞标志位的值进行检测,通过检测到的拥塞标志位的值来判断网络拥塞情况,最终决定是进入网络拥塞处理过程还是简单地快速重传过程,从而保证了有线-无线异构网络的传输性能。仿真结果表明,此方案对网络拥塞判断准确性和灵敏性都有极大提高,并在此基础上保证了网络传输性能。     

随机早期检测算法研究

RED消除了全局同步现象．较大地提高了物理线路的利用率，减少了对突发业务的偏见。但在有大量活跃TCP连接时，RED不能有效估计拥塞的严重性．从而降低链路利用率。针对这些问题提出了RED的改进算法。仿真表明．该算法在突发业务下能对拥塞作出更及时有效的反应．并能保证链路利用率。     

Analysis of link-level hybrid FEC/ARQ-SR for wireless links and long-lived TCP traffic

Since the TCP protocol uses the loss of packets as an indication of network congestion, its performance degrades over wireless links, which are characterized by a high bit error rate. Different solutions have been proposed to improve the performance of TCP over wireless links, the most promising one being the use of a hybrid model at the link level combining Forward Error Correction (FEC), Automatic Repeat Request with Selective Repeat (ARQ-SR), and an in-order delivery of packets to IP. The drawback of FEC is that it consumes some extra bandwidth to transmit the redundant information. ARQ-SR consumes extra bandwidth only when packets are lost, its drawback is that it increases the round-trip time (RTT), which may deteriorate the performance of TCP. Another drawback of ARQ-SR is that a complete packet can be retransmitted to correct a small piece of errored data. We study in this paper the performance of TCP over a wireless link implementing hybrid FEC/ARQ-SQ. The study is done by simulating and modeling long-lived TCP transfers over wireless links showing Bernoulli errors. We are motivated by how to tune link-level error recovery, e.g. amount of FEC, persistency of ARQ, so as to maximize the performance of TCP. We provide results for different physical characteristics of the wireless link (delay, error rate) and for different traffic loads (number of TCP connections).     

LIAD: Adaptive bandwidth prediction based Logarithmic Increase Adaptive Decrease for TCP congestion control in heterogeneous wireless networks

For accessing plentiful resources in the Internet through wireless mobile hosts, diverse wireless network standards and technologies have been developed and progressed significantly. The most successful examples include IEEE 802.11 WiFi for wireless networks and 3G/HSDPA/HSUPA for cellular communications. All IP-based applications are the primary motivations to make these networks successful. In TCP/IP transmissions, the TCP congestion control operates well in the wired network, but it is difficult to determine an accurate congestion window in a heterogeneous wireless network that consists of the wired Internet and various types of wireless networks. The primary reason is that TCP connections are impacted by not only networks congestion but also error wireless links. This paper thus proposes a novel adaptive window congestion control (namely Logarithmic Increase Adaptive Decrease, LIAD) for TCP connections in heterogeneous wireless networks. The proposed RTT-based LIAD has the capability to increase throughput while achieving competitive fairness among connections with the same TCP congestion mechanism and supporting friendliness among connections with different TCP congestion control mechanisms. In the Congestion Avoidance (CA) phase, an optimal shrink factor is first proposed for Adaptive Decreasing cwnd rather than a static decreasing mechanism used by most approaches. Second, we adopt a Logarithmic Increase algorithm to increase cwnd while receiving each ACK after causing three duplicate ACKs. The analyses of congestion window and throughput under different packet loss rate are analyzed. Furthermore, the state transition diagram of LIAD is detailed. Numerical results demonstrate that the proposed LIAD outperforms other approaches in goodput, fairness, and friendliness under diverse heterogeneous wireless topologies. Especially, in the case of 10% packet loss rate in wireless links, the proposed approach increases goodput up to 156% and 1136% as compared with LogWestwood+ and NewReno, respectively.     

一种Ad Hoc网络端到端的TCP拥塞控制改进方案

传统的TCP协议是为有线网络而设计的,它假定数据包的丢失是由网络拥塞引起的,然而在Ad Hoc网络中,除拥塞丢包外,其它非拥塞因素也会引起数据包的丢失。分析Ad Hoc网络影响TCP性能的主要因素,在原有拥塞控制方案MMJI的基础上,提出了一种端到端的TCP拥塞控制改进方案（Imp MMJI）。该方案能根据前向路径跳数自适应调整拥塞窗口的大小,防止拥塞窗口过快增长,当发生路由改变或链路中断时,重新计算拥塞窗口cwnd和ssthresh的值,以确保路由重建前后TCP连接负载率的一致性;并在ACK应答包的TCP首部增加了状态标志位,结合多个度量参数联合判断网络状态,提高网络状态识别的准确性,使发送端实时采取相应的措施。仿真结果表明,该方案能使网络吞吐量得到明显的提高,改善了TCP的性能。     

Evaluating TCP-friendliness in light of Concurrent Multipath Transfer

In prior work, a CMT protocol using SCTP multihoming (termed SCTP-based CMT) was proposed and investigated for improving application throughput. SCTP-based CMT was studied in (bottleneck-independent) wired networking scenarios with ns-2 simulations. This paper studies the TCP-friendliness of CMT in the Internet. In this paper, we surveyed historical developments of the TCP-friendliness concept and argued that the original TCP-friendliness doctrine should be extended to incorporate multihoming and SCTP-based CMT.Since CMT is based on (single-homed) SCTP, we first investigated TCP-friendliness of single-homed SCTP. We discovered that although SCTP’s congestion control mechanisms were intended to be “similar” to TCP’s, being a newer protocol, SCTP specification has some of the proposed TCP enhancements already incorporated which results in SCTP performing better than TCP. Therefore, SCTP obtains larger share of the bandwidth when competing with a TCP flavor that does not have similar enhancements. We concluded that SCTP is TCP-friendly, but achieves higher throughput than TCP, due to SCTP’s better loss recovery mechanisms just as TCP-SACK and TCP-Reno perform better than TCP-Tahoe.We then investigated the TCP-friendliness of CMT. Via QualNet simulations, we found out that one two-homed CMT association has similar or worse performance (for smaller number of competing TCP flows) than the aggregated performance of two independent, single-homed SCTP associations while sharing the link with other TCP connections, for the reason that a CMT flow creates a burstier data traffic than independent SCTP flows. When compared to the aggregated performance of two-independent TCP connections, one two-homed CMT obtains a higher share of the tight link bandwidth because of better loss recovery mechanisms in CMT. In addition, sharing of ACK information makes CMT more resilient to losses. Although CMT obtains higher throughput than two independent TCP flows, CMT’s AIMD-based congestion control mechanism allows other TCP flows to co-exist in the network. Therefore, we concluded that CMT is TCP-friendly, similar to two TCP-Reno flows are TCP-friendly when compared to two TCP-Tahoe flows.     

一种基于历史连接的网络拥塞控制算法及其性能分析

TCP拥塞控制机制在Internet中的执行有效地避免了拥塞崩溃现象的发生，但是慢启动算法作为TCP拥塞控制的重要阶段，在Internet的主流应用(如WWW)中常表现出较差的性能．为此，提出一种结合使用历史连接参数和令牌技术的改进算法，该算法在建立新连接时通过查找缓存的历史记录初始化拥塞参数，使用令牌技术将数据包在第1个RTT时间内均匀发送，并在传输过程的适当时刻将连接的拥塞参数保存在缓存中．仿真实验表明，与传统TCP算法及大初始窗口相比较，该算法能够显著减少数据(特别是短连接)的平均传输时间，并能够与TCP流友好共存．     

TCP传输中往返时延偏移智能响应机制研究

为了提高高丢包率环境下的TCP传输性能,提出一种往返时延偏移智能响应机制。对往返时延偏移值进行标准化处理得到标准延迟因子,用这个因子对拥塞窗口增长和减小量进行修正,实现拥塞窗口增长速度随往返时延偏移自适应调整,能够区分随机丢包和网络拥塞。开发Linux内核模块实现了往返时延偏移智能响应机制,可快速部署到所有基于AIMD策略的拥塞控制机制。仿真结果表明,使用往返时延偏移智能响应机制,平均吞吐量超过cubic算法57%,能够有效提升高丢包率环境的带宽利用率。     

基于强度控制的并行TCP拥塞控制策略研究

随着网络带宽的不断提升,基于并行TCP的应用方式得到广泛使用。当节点为同一个应用打开多个TCP连接时,对于使用单一TCP连接的网络用户存在严重的不公平。提出一种基于强度控制的并行TCP拥塞控制方案TCP C,使这些TCP流共享拥塞信息,同时限制并行TCP流的有效连接数量,以控制并行流的侵略性。实验结果显示该方案能够较好地保证公平性,同时有效地利用网络带宽。