论文研究-拥塞控制相关研究 .pdf

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拥塞控制相关研究,刘宁,王景尧,本文回顾了TCP/IP网络的原理,给出了IP网络QoS的定义以及实现思路和手段,在相关研究工作和进展的基础上,做出了如下创新工作:1提出��
山国武技论文在线 仿真的具体步骤是:()在思想的指引卜找到仿真突破点,即:基于路由器的网络拥 塞控制算法的硏究仿真;α)对路由器流量评判模型的建立及性能进行分析:()针对数据 流进行网络拥塞控制算法改动:()对于不同拥塞情况下数据流管理方案。 因时间有限,木文中将才以下情冮进行仿真来验证思想的可行性 文中提出了一和在中基于路由器上作状态的网络拥塞控制算法。首先通过对路由 器处流入数据速率的测试,即:给予数据特性分析,对路由器的上作状态进行分类,以便实 现门禁思想。然后利用中数据包的流标签格式,在路由器处根掂其不冋上作状态设置 特殊数据包标签,即对不同情况实行不同的门禁,通过在发送端提取反馈的数据包的特征对 发送速率进行调整以解决网络拥塞问题,并且可以实现在路由器处对数据流进行管理,通过 数据流的变化来解决拥塞同样也体现出自适应思想 同时在严重拥塞的情况下,对路由进行特殊化设置,从而使数据流选择其它无拥塞方 向进行传输。由于信息链路的核心路由器对网路的性能起关键作用,但其上作状态难以把握, 所以确定核心路由器的上作状态是解决问题的关健。由于中数据包具有流标签字段, 可以对数据包的优先级以及数据包所属的数据流进行说明,下文利用这一性质,进行对数据 流的自适应性进行提高,根据烙由器所处上作状态设置不同的流标签格式,然后根据反馈的 数据包的流标签格式在发送端调整发送速率,从而实现网络拥塞的控制。 拥塞策略的仿真与结果 拥塞模型的建立及性能分析 首先,我们要分析在存在瓶颈链路的情况下,对于拥塞研究分析的结果,建立一个多 节点模型,在简单的网终中,如下图中,到为瓶颈链路可以采取一定的丢包方案对 拥塞进行控制。 10Mbps TOMbs 50ms imPd SSME -m2) 1.5Mb UDP 图瓶颈链路图 现代网络中连接的数据流应遵守“保持守衡”的基本原则。首先,建立个网终 模型,选定网终中要研究的路由器假定为,此时,路由器的某一输入端口的通信容量为 丧示此时链接路由器的链路数口,路由器的输入容量为X∑」=1X1如果从路由器中 测得流入数据包数量人于路由器在某一时间段内此带宽内可以容纳的数据数量,即认为网终 中发生了拥塞。同理可以判断某个路由器在某一时刻的拥寒状态。 分析每个路由器的输出链路寳量,据此对当前的数据包走行处理,如果路由器的存储 容量中还有预留资源,则接受数据包,如果路由器的存储空间不足时,则对数据包进行处理。 为了实现这一日的,需要在每个路由器处建立路由表,对每一个数据流进行数据管理。具体 方法是接收与丟弃数据包,并对凵接收到的数据包进行数据流归类,以及根据路由器的状态 对于数据包的流量进行管理等。数据流的大小与路由器此时的状态有所联系 由于网终中路由器的工作模式是一种“ ”的模式,路由器的转发速率是某一 定值。我们只能根据路由器的输入速夲来判断路由器此时的状态。设接收到的数据包的平均 山国武技论文在线 间隔为,可以给峰由器分类为 路由器空闲状态 路由器止常状态 t>W平均 路由器轻度拥集状态 半均(t)<V 路由器重度拥塞状态,V)>V最大 最小·W均晟x为设定路由器输入速率的不同阚值v(t)为路由器当前转发数据包的 速率,路由器的输入流量的速率为X(。为当前的拥塞状态参数值,根据输入速率的大 小,可以设定不同的值。由此,在路由器不同的状态下采用不同的措施,以此缓解峰由 器的拥塞状况。 然而,对于复杂的网终,我们可以通过改变链路方向来避免拥塞,同样可以用值来 确定如何改变网路,具体如图:当节点严重拥塞的时侯,我们可以使数据流走其它链路, 即图中的空白结点。 TCP \10Mbps lAMps 50m sIms 15M Apms SdTs 1.5Mbps LDP 图瓶颈链路优化图 由于此种方法在设计和仿真中较为麻烦,且时间有限不做具体仿真实验,只对简单的网 终进行仿真,对此种复杂网络只做适当分析。 拥塞控制策略的建立与分析 根据数据包的标号判断其版本。如果是版,的包格式中包含了传输类型 字段的信息,路由器可以根据这所含的信息将一个数据包同一个指明的 数据流或优先级相关联。在此中选取两位作为拥塞指示位,共有四种状态,表示的 而在包格式中,流标号占其中 字段指明了数据包的业 务流类型,值用来指明数据流控制的ψ务流的时间敏感性值,用来指明非数据流的 业务流的优先级。剩下的 是一个数据流标识符,确定其流标签,然后根据流标签的值 对其进行流量管理。路由器将根据数据包的流标签,将数据包和数据流以及数据流的优先级 相联系。 根据参数的值来判断网络当前的拥塞状态,当的值为或者为时,说明网终 没有发生拥塞,在这种情况下,只需要对闷络流量进行管理。路由器接收一个数据包时,首 先根据数据包的流标笠判断此吋数据包属于哪个数据流,然后根据数据流的优先级判断数据 流的转发次序,建辶平缓,稳定的数据流,以减少数据流的抖动性。为此在发送端对数据包 的流标签进行设置,包括对数据包源地址、目的地址、流标号、优先级、最人生命期、下 条地址等。我们在路由器处建立一张路由更新表,对已经到达的数据包的分流、存储、转发 情况进行记录。设定一定的路由表的更新周期,日的是在路由表处对已经转发的数据包的记 录进行删除,对未转发及后继的数据包在此路由表中记录。 当的值为时,路由器此时的状态处于轻度拥塞状态。根据随机早期检测的思路, 在发送端设置定的丢包率,以改善此时路由器的拥塞状态·此时,丢包率的大小按照以 下公式计算 山国武技论文在线 temp 其中表示平均队列长度的权重,为采样时刻队列的实际长度,为路由器处队列 平均长度为最大丢包率,上temp为丢包率的中间值表小上次丢包后新增数据包的 个数,随着的增加,的取值缓慢增加如果直接用做丢包率,则丢包率就不会 随时间较均匀地分布。 在此,在计算队列长度时,通过建立数据库结构,可以计算出队列的最大佰和最小值, 根据路由对当前值的大小进行改进。 为所接收数据流的敏感值,对于敏感性高的数据,其对应的值小,的值缓慢 増加,可以使加强数据流的平穩性。最后,在发送端可以根据路由器反馈的信恳,以一定的 概率对数据包进行丢弃以解决网络的拥塞状态。 当值为时,路由器处于重度拥塞状态,对此仅仅以为概率云弃数据包并不能及 时减少网络的拥塞状态需要在发送端和路由器处同时采用一定措施,才可以缓解网络拥塞 状态。在发送端同样采用时的方法,计算丢包率在发送端减少发送数据包的数量, 同时,可以缩短更新路由器路由表的周期,以减少路由器的网终负载程度。嵱由器处将一些 过期没有经过处哩的数据包进行丢弃。从而从两个方向缓解当前网络的拥塞状态 算法的仿真说明及结果分析 本算法采用网络模拟环境,在中模拟数据包,可以在 文件中 的 数中修改文件 结构体确定的版木,在结构体 中增加数据 域,使路由器模型成为边缘核心模型。这样,边缘跻由器所得到的数据可以供核心跻由 器使用。即边缘路由器和核心路由器共享数据流 对于网络拓扑采用如图所示。 x annam: irootnszfoutnam E11eieb3上na1 roots/ut,nan P 1.14491了 ep* 2+0ms ④ ③-④ L I 图模犁图 网络拓扑中,各支路的带宽设置如下节点和节点之间带宽为,节点和节 点及节点和节点之间的带宽各为 节点和节点的带宽为时间延迟 为。路山器采用旱期随机检测的算法,路由器处缓冲防区的长度为个数据包,接受 方的窗口设置为个数据包。队列的长度为个数据包。 在此次实验中,为了观察节点之间的拥塞变化,设置三条数据流,节点在 开始土作,表示为两种状态节点在开始土作,节点在开始土作,所有 节点在后都结束土作。用文件记录实验过程中产生的数据,用土只分析文件 的整个过程。这样,可以观察为 吋路由器的丢包率。当网终状态最差时,路由 器的丢包率为。用 土具产生图像 山国武技论文在线 X Graph 03200 9= 0== oo 图仿真图像 在 中,设置=时,用 描述,时用 描述, 时用 描述,模拟时间为。图中说明:网络拥塞状态的为两个状态时,网终中路山器的 吞吐量比较大,随着网络中的流量逐步増加时,当网络状态为时,內络的吞吐量有所下, 但是釆取拥塞控制算法后,网络中路由器的吞吐量有所改善。综上所述,本文所采用网络拥 塞控制算法能够管理网络流量,提髙路由器的工作效率,使网终路由器拥塞得到改善。 结论 本文给出了以下几个方面内容 ()分析了前人的研究与成果,参考多方面文献,分析了现在网终存在的弊端 ()在多方面学习的情况下,提出了自己的想法,并给出了定义,在生活中寻找到与 知识的结合点,得岀一套思想,即:自适应思想和门禁思想 ()在提出相关思想的前提下,寻找一个力所能及的研究仿真方案,对其进行仿真, 得出仿真的结果,进而验证思想的可行性 综上可知,网络拥塞是不可避免的;解决网络拥塞问题,只有可能是不断追求拥塞发 生概率的最小化。随着科技的不断发展,终究会有一个完善的策略来解决网络拥塞问题。 致谢 应值此论文完成之际特别感谢我的同学与学长们。和他们在学习研究过程中的讨论给了 我诸多启发特別感谢所有教导过我的老师。感谢网络上曾经给我帮助而未曾诔面的朋友们 最后感谢所有关心和帮助过我的朋友和同学们。 参考文献 林闯,单志广,任丰原计算机网络的服务质量北京清华大学出版社, 章森,吴跫平,林闯,互网端到端拥塞控制研究综述软件学报, 谢希仁计算机网络第三版大连大连理工大学出版社 部晓雷高速网络中的控制影印版北京清华大学出版社, 于斌等与网络模拟人民电出版社 徐雷鸣等,《与网络模拟》,人民邮电出版社

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