高带宽延时网络下拥塞控制协议比较与分析

随着网络技术的飞速发展和接入性能的不断提高,如今全世界的互联主干网络呈现出一种高带宽高延时(High Bandwidth-Delay Product Networks)的网络特性.在这种网络特性下,传统网络中的TCP拥塞控制协议已经开始显现出不适应性,如带宽利用率低下、流量抖动频繁等问题.近些年来,各国学者均提出一些适应这种网络环境变化的拥塞控制协议,基于这些协议中窗口调节机制所采用的反馈信息,本文将其划分为三类:基于丢包反馈的协议、基于路径延时反馈的协议和基于显式反馈的协议,并分析了这些协议的优缺点.在总结了高带宽延时网络下拥塞控制协议研究成果的基础上,进一步分析了网络中的传输延时RTT、瓶颈路由器缓存和路由器队列管理算法对现有拥塞控制协议的影响,并通过NS2对各协议在高带宽延时网络下的性能进行了一次全面的比较和评价.最后文章在总结前人工作的基础上,指出了高带宽延时网络下拥塞控制协议性能优化的研究方向.     

高带宽延迟网络中的拥塞控制

本文针对传统TCP协议及其改进协议在多瓶颈路由器网络拓扑环境下的传输效率、稳定性和收敛性特别差的问题,提出了一种显式反馈拥塞控制ARROW TCP协议。理论分析和使用NS2仿真实验表明,协议在多瓶颈路由器和Web流网络环境中具有很强的稳定性,能够在常数时间内收敛到高效率传输和公平共享网络资源的性能状态,其稳定性要胜于XCP、RCP等其他分布式拥塞控制协议。     

管道流量泄漏监测的传感器网络中拥塞控制协议的研究

针对管道流量泄漏和管网突发性的爆管,以管道流量泄漏为应用对象,将一种协同式拥塞控制协议应用于管道流量泄漏监测中,提出TCP(transmission control protocol)拥塞控制改进协议C3P(cooperant congestion control protocol),通过C3P源端检测RTT(round trip time)延时信息和路由器反馈的1bit显式预测信息来判断网络拥塞状态,自适应地调节拥塞窗口.仿真实验表明C3P协议能够有效地适应高带宽延时网络的传输特性,以保证网络获得更优的链路利用率、TCP友好性以及流与流之间的公平性.     

V2G网络中基于带宽自适应的拥塞控制协议优化

V2G网络下PLC链路带宽受限、高误码率等特点导致现有的TCP NewReno拥塞控制机制缺乏对丢包类型的有效判断,将链路上由噪声干扰的随机错误丢包与网络拥塞丢包统一当做拥塞事件处理,从而造成不必要的拥塞避免,导致了低吞吐量问题.根据此问题,提出了一种基于带宽自适应的拥塞控制算法.该算法通过分组预测拥塞等级感知网络状态,由此估计可用带宽来判断丢包类型,实现了拥塞窗口自适应调节.仿真结果表明该算法在拥塞窗口的增长、吞吐量、公平性、收敛性和友好性等方面都优于现有算法,V2 G网络的吞吐量得到明显提升.     

一种基于带宽估计的无线网拥塞控制机制

针对无线网提出了一种基于带宽估计的拥塞控制机制。该机制利用TCP确认帧携带的数据包到达时间来估算包到达速率,从而得到带宽的估计值。在此基础上用带宽的估计值更新拥塞窗口,避免在发生链路错误时启动拥塞控制机制,由此提高了TCP在无线网上的性能。实验结果表明,算法能减少链路差错对TCP性能带来的影响,提高了TcP在无线网上的吞吐率。     

高带宽时延乘积网络中的TCP性能仿真分析

在高带宽时延乘积网络中,现有TCP协议由于其使用的拥塞控制机制使得数据流长时间以低速率发送数据,不能有效利用网络带宽,造成带宽利用率随着带宽的增大而下降。对高带宽时延乘积网络中TCP的性能进行仿真,结果表明在该网络环境中使用TCP传输数据不能有效利用网络带宽。最后详细分析拥塞控制机制造成TCP使用带宽利用率低的原因。     

变结构拥塞控制协议的改进算法

在高速网络情况下,变结构拥塞控制协议(VCP)能够很好地解决网络瓶颈处带宽利用率的问题,其公平性相对于其他高速算法也有了很大的提高.但VCP拥塞状态划分不够精确,存在着粗粒度的拥塞反馈信息和收敛速度慢等方面的不足.针对以上问题提出了VCP的改进算法,结合源端检测延时信息和路由器反馈的负载因子来综合判断网络的拥塞状态,自适应地调节拥塞窗口.仿真结果表明该算法能有效提高VCP的公平性和收敛速度.     

高速网络拥塞控制协议VCP的研究

互联网正在逐步进入一种高带宽延时积的高速网络时代.当网络的带宽或者时延增大时,TCP协议的性能严重下降,最显著的就是网络瓶颈处带宽利用率很低.在高速拥塞控制方面比较理想的XCP协议却存在部署方面的问题.变结构拥塞控制协议(VCP)可有效地解决上述问题.VCP协议联合使用ECN机制的两个二进制来编码拥塞信息.根据来自接收端的拥塞信息,VCP协议的发送端选择控制算法来响应拥塞信号.仿真实验表明VCP协议与TCP协议、XCP协议相比不仅具有较高的链路利用率,并且对现有的协议改动非常小,有利于逐步地实施.     

一种基于噪声模型带宽估计的拥塞控制改进算法

无线传输中,拥塞控制算法Ntcp估计带宽波动性较大且估计值偏低。提出了Ntcp改进算法Ntcp',它通过对发送端发送数据量更精确的计算,来消除带宽估计的波动性和纠正估计值偏低的问题。理论分析和仿真结果表明Ntcp'算法效果显著。     

一种基于深度强化学习的TCP网络拥塞控制协议

在面对网络变化时,传统的TCP拥塞控制协议因其固有的规则机制只能做出固定的动作,既未充分利用链路带宽,也未从历史经验中学习,并且在发生拥塞时带宽恢复所用时间较长。近年来基于强化学习的拥塞控制协议(Reinforcement Learning Congestion Control, RL-CC)虽然可以有效地从历史经验中学习,但是它没有考虑历史经验在时序上存在的因果关系。对这种因果关系进行隐式提取,提出一种基于时序卷积网络和强化学习的拥塞窗口自适应智能化拥塞控制协议(Temporal convolutional network and Reinforcement Learning Congestion Control, TRL-CC)。TRL-CC通过NS-3仿真不同带宽的网络环境。大量的仿真实验表明,与NewReno和RL-CC做对比,TRL-CC在吞吐量方面提升32.8%和8.5%,时延降低41.3%和12%。     

一种基于窗口的拥塞控制：TCPImpv

在高带宽延迟积网络中,传统TCP导致很低的网络效率。我们研究了窗口增量函数对网络稳定性和效率的作用,并提出TCPImpv拥塞控制。仿真结果表明,在高带宽延迟积网络中,TCPImpv的网络效率和分组丢弃性能明显优于HSTCP;在一般网络条件下,TCPImpv保持了传统TCP的性能。     

一种适合于宽带卫星网络的均滑式慢启动策略

分析了标准慢启动策略在宽带卫星网络中性能下降的原因,提出了一种均滑式慢启动策略,通过定时器中断来控制数据发送,均匀网络负载,减少网络拥塞.NS仿真表明,均滑式慢启动在高带宽时延积的宽带卫星网络中平滑了数据突发,改善了传输性能.     

具有显式反馈的拥塞控制系统研究进展

近年来越来越多的高带宽光纤网络和长时延的卫星网络融入到Internet中来。研究发现,传统TCP协议的拥塞控制机制随着网络带宽和延迟的增大而趋于不稳定。研究这种高带宽时延乘积网络环境下的拥塞控制机制成为热点研究课题,其中一个重要趋势就是采用显式反馈方法。本文讨论了基于IP网络中的显式反馈机制,包括传统ECN、各种类ECN机制以及新的拥塞控制协议;分析了各种机制的特点,总结了现有研究的问题并指出了几个值得继续研究的要点。     

一种新型的端到端TCP拥塞控制机制

拥塞控制机制是决定TCP协议性能的重要因素。传统拥塞控制机制在卫星网络中运用时会导致TCP性能的大幅下降。本文提出了一种新的适应于卫星网络大延时特点的端到端拥塞控制机制,通过观察连续的不同长度的数据包的RTT的变化来确定网络带宽和适宜的拥塞窗口。实验结果证明,这种新机制在吞吐量、公平性、友好性方面均好于当前主流的端到端拥塞控制机制。     

TCP拥塞控制技术及探讨

讨论了TCP拥塞控制技术,分析了两种TCP控制算法的性能,同时提出了自己对TCP慢启动算法的改进构想,最后谈到了TCP拥塞控制进一步研究所面临的问题。     

改进的高速长距离网络慢启动策略

分析了慢启动在高带宽时延积高速长距离网络中性能下降的原因,提出了一种改进的均滑式慢启动策略,该策略仅仅均匀了突发数据传输,没有破坏TCP的本质。NS仿真试验表明均滑式慢启动延迟了慢启动结束时间,获得了很好的最大窗口改善,在高带宽时延积网络中有效地改善了吞吐量性能。     

一种改进的高速TCP拥塞控制算法

论文在深入分析了高速TCP协议的缺点和不足的基础上,提出了一种基于双重拥塞避免的高速TCP拥塞控制算法DA-HSTCP,并对改进算法进行了深入分析。测试结果表明改进后的算法提高了高速TCP协议的传输性能。     

Adaptive explicit congestion control based on bandwidth estimation for high bandwidth-delay product networks

Existing congestion control protocols for high bandwidth-delay product (HBDP) networks either suffer from efficiency degradation caused by insufficient feedback of the network state, or are difficult to deploy in real networks because they require modification in IP header to provide enough feedback information. Based on VCP, this paper proposes the VCP-BE protocol that can provide more accurate network state information by estimating available bandwidth for sender with an adaptive bandwidth estimator. The estimator can dynamically adjust its parameters (e.g., observing interval) to achieve different accuracy and responsiveness to adapt to the network state indicated by two ECN bits, without no more modification in IP header than VCP. Furthermore, when the network load is high, VCP-BE calculates the ratio of current throughput to the available bandwidth to judge if network is close to the overload state. With these fine-grained network state estimation, VCP-BE can adjust the congestion window more precisely than VCP, thus greatly improves its convergence speed of achieving high bandwidth utilization and fairness. Simulation results show that VCP-BE also outperforms MLCP, which uses seven bits for explicit feedback while VCP-BE only uses two ECN bits.     

面向无线多跳网络的TCP协议改进研究综述

无线多跳网络应用日益广泛,但它的特殊性如共享无线信道、多跳连接、节点移动等,使得针对有线网络设计的TCP协议不能很好地工作在该网络环境中,经常误判网络拥塞状况而且反应迟钝,严重损害了网络性能。本文深入分析无线多跳网络中影响TCP性能的因素,总结目前提高TCP性能的改进方案并对这些方案进行比较,为无线多跳网络中TCP的研究方向提供参考。     

面向数据中心租户带宽特征的虚拟拥塞控制方法性能分析

数据中心租户使用的遗留设备中仍存在没有实现显式拥塞通知ECN的情况,导致数据中心网络中存在ECN流抢占非ECN流带宽资源的不公平现象。虚拟拥塞控制方法通过修改数据包接收窗口字段进行拥塞控制,改善了上述不公平现象。从租户主机数目、带宽需求、网络拥塞程度、拥塞控制算法等四个角度出发,建立对应的符合数据中心租户带宽特征的仿真场景,通过仿真实验分析虚拟拥塞控制方法在上述场景中的性能。结果表明：（1)虚拟拥塞控制方法的性能良好,不受租户主机个数、租户带宽差异以及网络拥塞程度的影响;（2）虚拟拥塞控制算法的性能在拥塞控制算法不同环境下的表现存在差异,当使用YeAH TCP时解决ECN不公平性效果较差。