几种主动队列管理算法的比较研究

本文对几种主要的主动队列管理算法Drop Tail、RED和ARED的性能在基于NS2仿真实验的基础上进行了比较研究,研究的性能分组括队列长度、TCP全局同步问题、连接数对系统稳定性和鲁棒性的影响等;仿真结果表明ARED性能优于Drop Tail和RED算法。     

基于NS2的RED算法研究与仿真分析

主动队列管理（Active Queue Management）算法是近几年网络研究的重点。详细讨论了RED主动队列管理算法的关键问题,研究了近年来对RED算法的几种改进算法,采用NS2对其改进算法仿真分析,通过大量仿真实验,结论表明其自适应ARED和改进的ARED（NewARED）算法减少了排队时延,提高系统稳定性和可靠性。     

一种新的自适应RED算法

主动队列管理算法(RED)存在很多问题,如参数难以配置、对负载变化敏感等,为此采用控制理论的方法改进RED算法,提出一种基于比例控制的自适应RED算法,PRED。仿真结果表明该算法的稳定性好,队列的稳态值不受负载变化的影响。与已有的几种主动队列管理算法的性能比较表明,PRED算法的性能明显优于ARED,PI控制,DRED,SRED和REM几种算法。     

一种新的自适应RED算法

主动队列管理算法(RED)存在很多问题,如参数难以配置、对负载变化敏感等,为此采用控制理论的方法改进RED算法,提出一种基于比例控制的自适应RED算法-PRED.仿真结果表明该算法的稳定性好,队列的稳态值不受负载变化的影响.与已有的几种主动队列管理算法的性能比较表明,PRED算法的性能明显优于ARED,PI控制,DRED,SRED和REM几种算法.     

一种链路负载自适应的主动队列管理算法

随机早检测(random early detection,简称RED)是IETF推荐部署的主动队列管理(active queue management,简称AQM)算法.RED存在参数难以配置、无法得到与流量无关的平均队长等问题.ARED(adaptive RED)是RED的自适应版本,它根据平均队长动态调节最大标记概率参数,从而得到稳定的平均队长.但ARED没有克服瞬时队列长度振荡问题,且在动态流量环境下性能明显降低.分析了ARED性能问题的原因,并提出了一种链路负载自适应的主动队列管理算法LARED(load adaptiveRED).LARED具有两个特点:自适应链路负载、快速响应队长变化.分析和仿真实验表明,与ARED等其他AQM算法相比,LARED在保持高链路利用率和低时延的同时可以得到稳定的瞬时队长,并且具有良好的响应性和鲁棒性.     

基于ARED的主动队列管理改进算法

随机早期检测（Random Early Detection,RED）是IETF推荐部署的主动队列管理（Active Queue Management,AQM）算法。 RED存在参数难以配置、无法适应动态网络环境的缺点。 ARED（ Adaptive RED）是RED的自适应版本,通过平均队列长度来动态调整最大丢弃概率,从而达到稳定平均队列长度的目的,但是存在瞬时队列长度振荡的问题。文中研究了拥塞控制中的主动队列管理,对ARED算法进行了改进,优化丢弃概率计算函数,提出TTS-ARED算法,实现在动态网络环境下队列长度的稳定以及丢包率降低。 NS2的仿真结果表明,TTS-ARED算法显著地降低了丢包率,队列长度稳定性比ARED算法更优越。     

状态无关主动队列管理算法博弈的Nash均衡

状态无关的主动队列管理算法处理分组时不区分分组所在的流的信息，因此在Internet中，它易于设计和部署。文中通过数学分析和仿真方法研究AQM博弈和Nash均衡存在性。假设业务流是Poisson分布的且用户可自由修改发送速率，因而有结论：Drop Tail、RED不能获得Nash均衡，CHOKe可以获得近似Nash均衡。依据判定条件，推导出一种与状态无关且具有效率的Nash均衡AQM算法。     

主动缓冲管理算法分析

在Internet中,拥塞现象是不可避免的一个问题。拥塞现象的存在,造成了网络资源的浪费,同时也严重影响了网络的性能。解决拥塞问题,一方面靠网络协议机制,比如基于TCP协议;另一方面,需要合适的缓冲管理技术。传统的提供尽力转发服务的路由器中,来自不同流的分组在同一队列中缓冲,当队列满时,随后到达的分组因为无缓冲空间而被丢弃,这一被动的缓冲管理算法称为Drop Tail。Drop Tail缓冲管理算法存在两个重大的缺陷:首先,Drop Tail会造成封锁(Lock-Out)现     

基于NS2的队列管理算法研究

研究了传统的队列管理DropTail、RED的算法原理,依据实验结果,说明DropTail算法存在死锁、满队列、全局同步等问题;RED算法虽然可有效地避免系统出现TCP流全局同步现象,提高了网络利用率和系统的鲁棒性,但对参数设置过于敏感,可能会造成较高的丢包率和较大的时延。本文提出了一种新的ARED算法,通过将RED的控制参数进行动态调整,进一步提高了RED算法的鲁棒性和响应的快速性,使之更能适应网络流量的变化,获得更加稳定和优异的性能。     

一种新的主动队列管理算法

提出一种新的主动队列管理（AQM）算法。本算法以V. Misra的TCP流量随机微分方程模型为基础,在计入窗口限制的约束条件下,由局部线性化方法导出本文主动队列管理模型的传递函数,并以其作为受控对象,利用比例积分微分（PID）调节器控制该传递函数输出与理想队列长度之差。仿真分析表明,本算法性能优于RED和ARED算法。     

基于S排队的被动队列管理算法

为了解决网络拥塞问题,基于“弃头”方式建立了一种新的被动队列管理算法（DFSQ）。该算法首先利用S排队推导网络队长的数学表达式,并提出丢包概率和丢包策略。同时,通过仿真实验深入研究了影响网络队长的关键因素,并将DFSQ与随机早期检测算法(RED)、“弃尾”算法进行对比分析,结果表明DFSQ算法性能更优。     

基于NS的主动队列管理算法的仿真与分析

当前网络拥塞研究的热点主要集中在主动队列管理算法上,为了能够测试主动队列管理算法对于网络性能的影响,研究人员可以使用多协议网络仿真器（NS）来仿真需要的场景,测试各种算法的效果。文章介绍了NS软件的原理和特点,并对应用了RED算法进行主动队列管理的网关进行了仿真实验。通过对产生的跟踪文件分析结果可以看到,在使用了RED算法后,网关可以防止因多个连接同时进入“慢启动”状态而产生全局同步,而且与传统的“队尾丢包”方法相比,不仅提高了整个链路的利用率,还减小了网络的平均时延。     

Dynamic queue level control of TCP/RED systems in AQM routers

One main TCP congestion control objective is, by dynamically adjusting the source window size according to the router queue level, to stabilize the buffer queue length at a given target, thereby achieving predictable queueing delay, reducing packet loss and maximizing link utilization. One difficulty therein is the TCP acknowledging actions will experience a time delay from the router to the source in a TCP system. In this paper, a time-delay control theory is applied to analyze the mechanism of packet-dropping at router and the window-updating in TCP source in TCP congestion control for a TCP/RED dynamic model. We then derive explicit conditions under which the TCP/RED system is asymptotically stable in terms of the instantaneous queue. We discuss the convergence of the buffer queue lengths in the routers. Our results suggest that, if the network parameters satisfy certain conditions, the TCP/RED system is stable and its queue length can converge to any target. We illustrate the theoretical results using ns2 simulations and demonstrate that the network can achieve good performance and converge to the arbitrary target queues.     

基于云模型的被动队列管理算法

为了解决因拥塞而带来的网络性能问题,基于“弃头”方式提出了一种新的被动队列管理算法DFCM。该算法首先结合业务流队长和到达速率给出了丢包策略和丢包概率,同时利用云模型对实际队长进行求解;最后,通过利用NS2和Matlab进行仿真实验,深入分析了影响算法性能的关键因素。与“弃尾”(Drop Tail)和DFSQ算法相比,DFCM在瞬时队长方差、有效传输数据包等方面显示了较好的适应性。     

Bounds estimation and practical stability of AIMD/RED systems with time delays

The Additive Increase and Multiplicative Decrease (AIMD) congestion control algorithm of TCP deployed in the end systems and the Random Early Detection (RED) queue management scheme deployed in the intermediate systems contribute to Internet stability and integrity. Previous research based on the fluid-flow model analysis indicated that, with feedback delays, the TCP/RED system may not be asymptotically stable when the time delays or the bottleneck link capacity becomes large [3]. However, as long as the system operates near its desired equilibrium, small oscillations around the equilibrium are acceptable, and the network performance (in terms of efficiency, loss rate, and delay) is still satisfactory. In this paper, we study the practical stability of AIMD/RED system with feedback delays and with both homogeneous and heterogeneous flows. We obtain theoretical bounds of the flow window size and the RED queue length, as functions of the number of flows, link capacity, RED queue parameters, and AIMD parameters. Numerical results with Matlab and simulation results with NS-2 are given to validate the correctness and demonstrate the tightness of the derived bounds. The analytical and simulation results provide important insights on which system parameters contribute to higher system oscillations and how to set parameters (such as buffer size and queue management parameters) to ensure system efficiency with bounded delay and loss. Our results can also help to predict and control the system performance for Internet with higher data rate links multiplexed with heterogeneous flows with different parameters.     

RED算法的数学模型研究

RED算法能够及时预测网络拥塞的到来,并同过标记避免网络拥塞,同时还解决了TCP全局同步的问题.RED算法对参数过于敏感一直是研究的主要问题.建立RED算法的数学模型,从数学角度分析RED算法的原理以及工作过程.对数学模型的静态分析、参数分析研究各个参数在算法中所起的作用以及其影响因子;给出如何设定参数才能使RED算法达到更好的性能.     

Stability of TCP/RED systems in AQM routers

By applying the time-delay control theory to a TCP/RED dynamic model, this note establishes some explicit conditions under which the TCP/RED system is stable in terms of the average queue length. Then, the stability region is discussed. Finally, the results are illustrated by using ns2 simulations, which demonstrates that it is able to choose an appropriate control parameter max/sub p/ of RED based on the stability conditions derived in this note, to achieve satisfactory network performance. It is found, by comparison, that this improved performance is better than that of three other typical active queue management (AQM) schemes-the random exponential marking (REM), proportional-integral (PI) controller, and adaptive virtual queue (AVQ) schemes.