（计算机应用技术专业论文）无线网络中tcp友好拥塞控制技术研究.pdf

硕士论文 无线弼络中t e l 友好拥塞控制技术研究 摘要 近年来，无线网络中音频视频等实时多媒体流应用需求不断增长，这些应用一般 都是基于u d p 传输协议的，u d p 没有拥塞控制机制，这些应用的大量涌入将引起带 宽的不公平分配甚至引起拥塞崩溃。目前，一些适用于实时流应用的t c p 友好拥塞 控制机制已经提出，但是它们最初是为有线网络设计的，在无线网络中表现并不是很 好。在有线网络中，包丢失被视为网络拥塞信号，会触发拥塞控制机制来缓解拥塞状 况避免拥塞崩溃，而无线网络中，很大部分包丢失是由于无线网络误码或者切换引起 的，这类丢失没有必要地触发了拥塞控制机制，必然引起网络吞吐量和带宽利用率的 下降。因而，针对如何提高无线网络中t c p 友好拥塞控制机制性能是当前计算机网 络领域的研究热点。 当前的很多t c p 友好拥塞控制机制普遍缺乏对多媒体流最小带宽要求的考虑， 不能很好地确保多媒体流应用的服务质量。针对这种情况，结合无线网络的特点，本 文在t c p 友好性的基础上，增加了对多媒体流最小带宽要求的考虑，分析了t c p 友 好性和最小带宽要求的权衡问题。 通过研究和分析众多t c p 友好拥塞控制机制，t c p 友好速率控制机制1 f r c 平 滑地调节发送端发送速率，适合于多媒体流应用，是发展较好的一种机制。本文在 r c 的基础上，针对无线网络高误码率特点和最小带宽要求，提出一种确保最小带 宽要求的t c p 友好拥塞控制机制c q t f c c ( c e r t m e dq u a l i t yt c p f r i e n d l yc o n g e s t i o n c o n t r 0 1 ) 。该机制通过网络结点和端点相结合，在路由器中采用r e d 主动队列管理策 略，对r e d 参数进行合理设置，使得路由器端不会丢弃包( 即零丢弃率) ，结合显示 拥塞指示e c n ，对到来的包按照一定的概率进行标记，将网络的早期拥塞通知发送 端，发送端根据接收端的包标记概率而不是包丢弃概率按照t c p 友好的速率调节机 制在确保最小带宽的要求下调节发送速率。 通过在n s 2 模拟平台上的实验表明，该机制较好地解决了确保最小带宽要求和 t c p 友好之间的权衡关系。 关键字：无线网络，t c p 友好，拥塞控制，c q t f c c 硕士论文 无线网络中t c p 友好拥塞控制技术研究 a b s t r a c t o v e rt h ep a s ts e v e r a ly e a r s ，t h ew i r e l e s sn e t w o r kh a sau e m e n d o u sg r o w t hi nt h eu s e o fr e a lt i m em u l t i m e d i as t r e a m i n ga p p l i c a t i o n s ( v i d e o a n d i o ) t h e s ea p p l i c a t i o n su s eu d p a si t st r a n s p o r tl a y e rp r o t o c 0 1 h o w e v e r , u d pi t s e l f p r o v i d e sn oc o n g e s t i o nc o n t r o ls c h e m e s ot h a tt h eg r e a te m e r g e n c eo f t h e s ea p p l i c a t i o n sw i l lc 硼娣u n f a i ra l l o c a t i o no f b a n d w i d t h e v 髓c o n g e s t i o nc o l l a p s e p r e s e n t l y , s e v e r a lt c p - f r i e n d l yc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m s a p p r o p r i a t ef o rr e a lt i m es 廿e a m i n ga p p l i c a t i o n sw e r ep r o p o s e d b u tt h e ya r cd e s i g n e d o r i g i m f l l yf o rw i r e dn e t w o r k , i nw i r e l e s sn e t w o r kt h e yd o n td ow e l l i nw i r e dn e t w o r k , p a c k e tl o s si ss c c na sc o n g e s t i o ns i g n a li tw i l lt r i g g e rt h ec o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s mt o s o l v et h ec o n g e s t i o np r o b l e mi no r d e rt oa v o i dc o n g e s t i o nc o l i a p s e b u ti nw i r e l e s s n e t w o r k , m o s to ft h ep a c k e tl o s si sc a u s e db ye r r o r - p r o n el i n k so rw i r e l e s ss w i t c h t l l i s k i n do f l o s su n n e c e s s a r i l yt r i g g e r st h ec o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m , a n di tw i l lc a u s et h e d e g r a d a t i o no f t h r o u g h p u ta n dp 豇向暇n a n c e t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nh o w t oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo ft h et c p f r i e n d l yc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s mi nw i r e l e s sn e t w o r ki sa h o t s p u to f r e s e a r c hi n t h ep r e s e n tc o m p u t e rn e t w o r ka 慨 m a n yp r o p o s e dt c p - f r i e n d l yc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m sa r cn o r m a l l ys h o r to f c o n s i d e r a t i o na b o u tt h em i n i m a lr a t er e q u i r e m e n tf o rr e a lt i m em u l t i m e d i at r a t 五e t h e y c a n tg u a r a n t e et h es a v i c eq u a l i t yo f t h em u l t i m e d i as t r e a m i n ga p p l i c a t i o n s t os o l v et h i s p r o b l e m , t h i sp a p e rp a y sm u c ha t t e n t i o no nt h em i n i m a lr a t er e q u i r e m e n ti no r d e rt o a c h i e v eag o o dt r a d e o f f b e t w e e nt c p - f r i e n d l i n e s sa n dm i n i m a lr a t e b yc o m p a r i n gt h ec l l 仃跗tt y p i c a lt c p - f f i e n d l yc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m s w e f i n dt h a tt f r c ( t c p f r i e n d l yr a t ec o n t r 0 1 ) m e c h a n i s mi sv e r ys u i t a b l ef o rm u l t i m e d i a s t r e a m i n ga p p l i c a t i o n s t f r cs e n d e r sa 4 i u s ti t ss e n dr a t es os m o o t h l yt h a ti tm e e t st h e r e q u i r e m e n to fs m o o t h n e s so ft h em u l t i m e d i at r a f f i c a i m e da tt h ee r r o r - p r o n ew i r e l e s s l i n k sa n dt h em i n i m a lr a t er e q u i r e m e n t , t h i sp a p e rp r e s e n t sac e r t i f i e dq u a l i t yt c p f r i e n d l y c o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m ( c q t f c c ) t h i sm e c h a n i s mi n c l u d e st h ee n d - t o - e n d c o n g e s t i o nc o n t r o la n dt h er o u t e rq 咖em a n a g e m e n t t h et o u t e r sa d o p tr e da c t i v eq u e u e m a n a g e m e n ta l g o r i t h m t h er e dp a r a m e t e r sa r cr a t i o n a l l ys e tt oa c h i e v ez c a op a c k e tl o s s a tr e dg a t e w a y s w i t ht h e h e l po fe c n ( e x p l i e i tc o n g e s t i o nn o t i f i c a t i o n ) m a r k i n g c a p a b i l i t y , e a r l yc o n g e s t i o ns t a t ei sn o t i f i e dt ot h es e n d e r t h es e n d e rc a l c u l a r c st h es e n d r a t eb yt h ee c n - m a r k e dp a c k e tp r o b a b i l i t yi n s t e a do fp a c k e tl o s sp r o b a b i l i t ya n da d j u s t s t h es e n dr a t ee n s u r i n gt h em i n i m a lr a t er e q u i r e m e n t 堡主望壅 重垡苎竺! ! 里垄堑塑墨丝型垫垄里塞 t h es i m u l a t i o nr e s u l t si nn s 2s i m u l a t o rs h o wt h a tt h i sm e c h a n i s mr e s o l v e sm l m d l y t h el m d e o f f b e t w e e nt h et c p - f r i e n d l i n e s sa n dt h em i n i m a lr a t er e q u i r e m e n t k e y w o r d s ：w i r e l e s sn e t w o r k , t c p - f r i e n d l y , c o n g e s t i o nc o n t r o l , c q t f c c 声明 本学位论文是我在释师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，滁了热以拣注弱致谢懿郄分豁，不篷含英毽久己经发 液或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使髑过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 琵在论文中终了夔确熬谈襞。 研究生签名：l 趁垦如占年移月矽臼 学僚论文使用授权声明 露寒疆工大学有权缣存奉学位论文静电子帮纸覆文橙，可馥借阕 或上网公布本学饿论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 予保密论文，按霖密豹有关援定裙程序楚瑾。 秘究生签名：缒羔渺6 年8 露嚣 硕士论文无线网络中t c p 友好拥寒控制技术研究 1 绪论 1 1 引言 近年来，i n t e m e t 中涌入大量的音频、视频等实时多媒体流应用，如视频点播 ( r o d ) 、视频广播、视频会议、远程教育等。同时随着无线网络技术迅速发展及3 g 标准的发展，无线网络己成为i n t e r a c t 的重要组成部分，可以预料，实时多媒体流业 务将在无线网络中得到广泛的应用。 目前i n t e r a c t 上大多数多媒体实时业务流都是基于u d p 协议的。u d p 是一种无 连接传输协议，比t c p 更适合传输媒体流。u d p 协议没有拥塞控制机制，当这些基 于u d p 的应用和基于t c p 的应用共享网络带宽时，前者将不公平地获得大量带宽， 而t c p 流因其慢启动，拥塞避免、快速重传和快速恢复【1 3 】的拥塞机制而饥饿，最终 可能导致拥塞崩溃【2 1 。拥塞控制是计算机网络中的一个重要机制。广泛的研究及实践 表明，如果缺乏有效的拥塞控制机制将会导致严重的后果1 9 8 6 年1 0 月，由于拥塞 崩溃的发生，美国l b l 到u cb e r k e l e y 的数据吞吐量从3 2 k b p s 跌落到4 0 b p s t n 。拥 塞控制机制对保证i n t e r n e t 的稳定具有十分重要的作用，成为计算机网络领域的重要 研究问题。 t c p 拥塞控制机制对i n t e m e t 的稳定性起了非常重要的作用。而随着实时多媒体 流应用在口网络上逐渐增多，t c p 拥塞控制已表现出不足。主要是因为实时流媒体 应用与普通的文件数据传输有着不同的q o s 要求g ( 1 ) 视频、音频等实时多媒体流应 用都要求数据流的平滑性，即发送方的发送速率不能有过于剧烈的抖动。而t c p 拥 塞控制每发现一个分组丢失就会将窗口大小减半，极大地破坏了数据流的平滑性，影 响了接收者的接收质量。( 2 ) 实时媒体流对数据包延时比较敏感，却不要求可靠传输， 超时或失序的数据包不需要进行重传，但t c p 将拥塞控制与数据传输可靠性结合在 一起，用于实时媒体流控制，效率将是低下的。因此，按网络拥塞水平适当地调整发 送速率更适合发送速率相对稳定( 即相对“平滑”，s m o o t h n e s s ) 、时延抖动受限的多 媒体数据流 4 1 。t c p 友好拥塞控制机制应该是管理和控制实时多媒体流应用的必由之 路。 无线网络自身的特点对多媒体流传输质量有很大的影响。无线网络误码率很高， 导致丢包率增加，使得传输吞吐量低，严重影响流媒体的播放质量。无线网络的有限 带宽对带宽需求量较大的多媒体流应用来说也是一个很大的限制。还有终端的移动性 对媒体流性能也有很大影响。 有线网络中的t c p 友好拥塞控制机制直接应用到无线网络中，性能明显下降。 因为它没有办法区分拥塞丢失和无线误码丢失，每个包丢失都会触发拥塞控制机制， 1 硕士论文 无线网络中t c p 友好拥塞控剖技术研究 而由于误码丢失引起拥塞控制是毫无必要的，这样会明显影响网络吞吐量和信道利用 率，浪费无线网络资源。 本章首先对无线网络进行了简单的介绍，包括无线网络的分类以及无线网络中包 丢失原因，分析了现有的t c p 友好拥塞控制机制在无线网络中存在的缺陷；介绍了 目前t c p 友好拥塞机制的研究现状；在此基础上，给出了论文的研究内容和总体结 构。 1 2 无线网络概述 无线网络是一个快速涌现的研究和发展领域，是对已有的有线网络和服务的自然 扩展与增强。它是利用无线电波而非线缆来实现计算机设备与位置无关的网络数据传 送的系统。它是一种灵巧的数据传输系统，是从有线网络系统自然延伸出来的技术， 使用无线射频) 技术通过电波收发数据，减少使用电线连接。 无线网络能极大地减少建设成本，如节省了铺设电缆和维护电缆的开支；能在有 线网络无法实现的地方建立，这对偏远的乡村尤其具有实际意义；无线网络实现了无 处不在的互联网访问。 1 2 1 无线网络分类 目前，无线网络主要分为两种：带固定设施的网络( 撕c t u r e dn e t w o r k ) 和无固 定设施的移动网络( i n f t a s t r u c t u r e l e s sm o b i l en e t w o r k ) 。前者受到固定的网络基础设施 ( 如基站系统等) 的支持；后者无固定的路由器，网络中的节点既是通信终端，同时也 是转发数据包的路由器，通常又称这种形式的网络为移动a dh o e 网络( m a n e t ) 。相 应网络技术有无线个域网、无线局域网、无线广域网和移动a d h o e 网络等 s - t ： 1 、无线个域网 1 9 9 8 年提出的个人局域网( p e r s o n a l a r e a n e t w o r k , p a n ) 是与广域网、局域网相并 列、范围更小的网络，通信距离为1 0 m 左右。1 9 9 8 年3 月，i e e e 正式成立了研究无 线个人局域网( w i r e l e s sp a n ，w p a n ) 的小组，以制定无线个人局域网的通信标准，寻 求能耗少、体积小、价格低廉的无线通信技术。目前无线个人局域网的技术主要有 h o m e r f 和蓝牙。 2 、无线局域网 1 9 9 0 年，早期的无线网络产品w i r e l e s sl a n 在美国出现。此质，关于无线网络 技术不断发展。目前应用于无线局域网的技术主要有i e e e 8 0 2 1 1 系列标准和e t s i ( 欧 洲电信标准学会) 无线局域网h i p c r l a n 系列标准。也提出了蓝牙局域网概念。 3 、无线城域网 2 硕士论文 无线网络中t c p 友好拥塞控制技术研究 无线城域网是固定无线接入技术或无线本地环路，主要有l m d s ( l o c a lm u l t i p o i n t d i s t r i b u t i o ns y s t e m ) 、m m d s ( m u l t i - c h a n n e lm u l t i p o i n td i s t r i b u t i o ns e r v i c e ) 等。i e e e 8 0 2 委员会于1 9 9 9 年成立了8 0 2 1 6 工作组来专门开发宽带无线标准。此外，e t s i 的 b r a n ( 宽带无线接入网络) 项目组也在开发新的h i p e r l a n 标准，如：用于无线a t m 远程接入骨干网的h i p c r l a n 3 ( 后更名为i - i i p e r a c c e s s ) 用于无线a t m 互联的 h i p e r l a n 4 ( , r 言更名为h i p e r l i n k ) 4 、无线广域网 无线广域网技术可使用户通过远程公共网络或专用网络建立无线网络连接。通过 使用无线服务提供商所维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地 理区域。随着人们对数据传输的要求，g p r s 技术、第三代移动通信技术等提供了分 组数据的传输能力。移动伊由因特网工程任务组瑾t f 于1 9 9 2 年6 月制定，子1 9 9 6 年1 1 月由因特网工程指导组i e s g 通过，并公布为建议标准，其中r f c 2 0 0 2 定义了 移动口协议；r f c 2 0 0 3 、2 0 0 4 和1 7 0 1 定义了移动口中用到的一种隧道技术；r f c 2 0 0 5 叙述了移动p 的应用；r f c 2 0 0 6 定义了移动口的管理信息库m i b 。 5 、移动a dh o c 网络( m a n e t ) 移动a dh o c 网络无固定的路由器网络中的节点既是通信终端，同时也是转发数 据包的路由器，通常又称之为自组织网络( s t i r - o r g a n i z e dn e t w o r k ) 。由于发送端与接收 端之间常涉及多段无线链路，它又被称为多跳网络( m u l t i - h o pn e t w o r k ) 。在a dh o c 网 络中，节点可以自由移动，任意组合，形成网络，这与传统的蜂窝移动通信系统不同。 基于阳。i s c ，r 的移动性管理和路由模式无法直接在a dh o e 中使用，由基站控 制的信道接入方式也不能直接应用于a dh o c 网络。a dh o c 网络采用完全分布式结构， 具有组网灵活、快捷、抗毁能力强等特点。它在许多特殊的环境中具有独特的优势， 如可用作紧急搜救的通信系统，战地通信系统，发生地震或水灾、火灾后的营救和l 晦 时商务会议的通信系统等。在国外，许多大学的研究机构( 如b e r k l e y 大学) 、国际标 准化组织( 如i e t f 成立了独立的m a n e t 研究组) 、大公司( 如n o k i o ) 正在对a dh o c 网络的关键技术进行研究。 1 2 2 无线网络包丢失原因 与有线网络相比，无线网络通常表现出误码率高、传输时延及时延抖动大、有限 的链路带宽、移动终端的频繁移动等特性。数据包丢失的原因可能是由于网络拥塞， 也可能是因为链路传输错误或移动终端进入小区切换。 无线网络中的包丢失可以大致分为三类： ( 1 ) 误码丢失 在无线网络环境下，由于噪声的突发性、多径衰落、移动性和干扰的影响，使得 3 硕士论文无线网络中t c p 友好拥塞控制技术研究 无线链路有很高的差错率。由于传输链路质量问题造成的误码丢失，是无线链路上产 生丢包的重要原因当数据包在质量较差的无线链路中传输时，极易受环境影响造成 数据包的受损，损伤的数据包通常在数据链路层就被丢弃而并不被应用层接收，从而 导致大量的误码丢包。 ( 2 ) 拥塞丢失 与有线网络相比，无线链路的带宽相对比较小，传输速度也比较慢，通常是数据 流传输中的瓶颈链路，比有线链路更容易发生拥塞丢失。 几个输入数据流共享同一个输出端口，数据包在这个端口处就会建立排队如果 没有足够的存储空间可供使用，数据包就会被丢弃，引起拥塞丢失。高速数据流输入 低速链路也会产生拥塞，任何信道都有自己的信道容量，如果发送速率超过信道容量 必然会在低速链路上形成瓶颈，引起拥塞。如果路由器的c p u 在执行排队缓存，更 新路由表等功能时，处理速度跟不上高速链路也会发生拥塞。同样，低速链路对高速 c p u 也会产生拥塞 ( 3 ) 移动丢失 在无线通信系统中，移动切换也是必须考虑的一个重要问题。主机在移动过程中， 可能离开了原m 地址标识的那个区域，从而无法连接到网络。这时，由源端发送给 移动主机的数据包会因网络链路的中断而被迫丢弃，引起移动丢失。对于移动频繁的 用户，在切换过程中，可能还会因为不断变动的移动节点在数据包到达之前已离开了 原属的子网，但暂时未能与新的子网建立联系而造成数据包的丢失此外，由于无线 链路的误码性能是时变的，终端的移动将改变传输链路上的衰落与干扰，也会大大增 加数据包在越区切换期间被丢失的概率。 1 3 传统t c p 友好拥塞控制机制在无线网络中的缺陷 目前提出的t c p 友好拥塞控制机制最初都是为有线网络设计实现的，它们的假 设是链路是可靠的，不存在链路误码问题，包丢失作为网络拥塞信号，触发相应的速 率调节机制来进行拥塞控制避免拥塞崩溃与有线网络相比，无线网络中网络拥塞、 移动切换和链路误码都是产生数据包丢失的原因。误码丢失、切换丢失不同于拥塞丢 失，源端不需要控制发送速率，而拥塞丢失反映了网络拥塞状况，有必要降低发送速 率来避免更严重的拥塞状况发生。现有的t c p 友好拥塞控制机制，无法区分包丢失 是拥塞引起的丢失还是无线误码或切换过程引起的，它们将包丢失都视为网络拥塞信 号，会采取相应的控制措施来避免更严重的网络拥塞发生，而无线误码或切换引起的 包丢失并不能视为拥塞信号，这类丢失触发拥塞控制机制是毫无必要的，只会降低无 线网络吞吐量和带宽的利用率，浪费宝贵的无线网络资源。 4 硕士论文无线网络中t c p 友好拥寒控制技术研究 1 4 国内外研究现状 为了解决u d p 流和t c p 流共享网络资源时的不公平问题，近几年来，大量的研 究投入到t c p 友好( t c p - 衔c n d l y ) 拥塞控制机制睁1 钟。t c p 友好的定义为嘲：在相同 的网络环境中，如果一个非t c p 流长期的吞吐量不超过相同条件( 相同的路径、丢包 率、包大小、往返时间) 的t c p 连接的吞吐量，就可以称此非t c p 流为t c p - f f i e n d l y 流。 t c p - f r i e n d l y 有类似t c p 的特点，它会根据网络状况的变化做出响应，能与共 同存在的t c p 流友好相处，不会侵略性地抢占网络可用带宽，引起t c p 吞吐量的大 量减少，致使t c p 业务的饥饿状态发生t c p - f r i e n d l y 分离了t c p 协议的拥塞控制 与纠错机制，只模拟t c p 协议对网络拥塞产生的速率变化，而不会重传丢失的包， 也就避免了因为重传带来的延时，因此更加适合实时多媒体流应用。 t c p - f r i c n d l y 协议主要分为两类：一类是基于a i m d 的，如文献【9 - 1 5 等，另一 类是基于数学模型的，如文献 1 6 - 1 9 等。下面从这两类来分别介绍目前t c p 友好拥 塞控制机制的研究现状。 a i m d ( a d d i t i v ei n c r e a s em u l t i p l i c a t i v ed e c r e a s e ) 控制算法最主要的特点就是：和 式增加积式减小( a 西仍) 的窗口( 速率) 调节机制，数学式表示为 1 ：哪+ r4 - - 嵋+ a g 口 0 ( 1 1 ) d ：嵋峨4 - - m ；0 。d ：形础卜形一夕( 形y ；。 ( 2 1 5 ) 其中7 t 是步长，却是所有经过链路，的各种连接的流率之和，称为汇聚速率，臼是链 路，的带宽，a l 是常量，q l 是链路，上t 时刻瞬时队列长度，矿是链路，上队列长度的 目标值。可以看出，价格是随着队列长度和链路上汇聚速率的增加而增加的，这个价 格函数将使队列长度达到目标值，并完全利用链路的带宽。 r e m 的“指数标记”定义为： m a t ) = 1 一”“( 2 1 6 ) 其中中l ，是常数。肌，澎是标记概率，标记概率和价格印之间是指数关系。 假设一个报文经过工条链路，可见整个端到端包标记概率与路径上所有链路价格 和也成指数关系，端到端分组标记概率可以表示为： l 争最( ， m = l 一兀( 1 一m a t ) ) * l 一妒智一 ( 2 1 7 ) ，i l “指数标记”对于在信源和信宿之间存在多条拥塞链路的路径来说相当有用。由 于标记概率随着“总价格”的增长而指数增长，准确反应了该通信路径的拥塞程度。 这样，源端可以通过探测丢失分组的多少来判断路径的拥塞状况，采取相应的速率控 制机制，从而适应链路的变化，达到较高的链路利用率。 1 9 硕士论文无线网络中t c p 友好拥塞控制技术研究 0 ) p i t p r o p o r t i o n a li n t e g m l ) h 柳 r e d 算法采用滤波方式求取平均队列长度，系统响应时间比较长。低通滤波器 目的是平滑突发数据流，但是这样会增加系统响应时间，解决这个问题的简单办法是 去掉低通滤波器，用比例控制器代替。 比例控制器是用瞬时队列长度作为反馈信号，控制信号等于误差信号( 队列长度 与且标队列长度的差) 乘以一个比例系数。比例控制器存在稳态误差问题，在控制器 中引入积分环节，就是p i 控制器。 p i 控制器利用概率p 标记每个分组，p 根据如下方式周期性更新： p k i = p j + 口 “一日啪一6 ( 吼一q r e f ) ( 2 1 8 ) 其中，q r e f 是目标队列长度。p i 可以有效消除“稳态误差”，但同时系统响应时间又 会增加。另外一个问题是，在一组给定的参数下，p i 控制器只能很好的工作在一定 范围的网络环境中。 2 5 小结 本章介绍了t c p 友好拥塞控制机制的一些基础知识，包括拥塞以及产生的原因， 拥塞控制概念及其分类，t c p 友好提出的背景及概念，对目前已经提出的t c p 友好 拥塞控制算法进行了简单分析，并对主动队列管理中的几种典型算法做了简单分析， 为下一章提出的无线网络中确保最小带宽要求的t c p 友好拥塞控制c q t f c c 奠定了 理论基础。 硕士论文 无线网络中t c p 友好拥塞控制技术研究 3 一种无线网络中确保最小带宽的t c p 友好拥塞控制机制 3 1 引言 近年来，无线网络作为对有线网络的扩展和增强，在i n t c r n e t 中所占比重越来越大。 同时随着音频视频等实时多媒体流应用需求不断增长，可以预测，实时多媒体流业务 将在无线网络中得到广泛的应用。 这类应用一般都是基于u d p 传输协议的，u d p 没有拥塞控制机制，它们的大量涌 入将引起对带宽的不公平竞争，不能与有拥塞控制的t c p 流和平共处，严重时会导致 网络过载甚至引起拥塞崩溃。t c p 友好”成为研究人员关注的热点问题。目前，一 些适用于实时流应用的t c p 友好拥塞控制机制已经提出，这些方案的主要目标是试图 以一种公平的方式与那些基于t c p 的应用分享可用带宽但是它们最初是为有线网络 设计的，在无线网络中表现并不是很好。在有线网络中，包丢失被视为网络拥塞信号， 会触发拥塞控制机制来缓解拥塞状况避免拥塞崩溃，而无线网络中，很大部分包丢失 是由于无线网络误码或者切换引起的，这类丢失没有必要地触发了拥塞控制机制，必 然引起网络吞吐量和带宽利用率的下降。因而，针对如何提高无线网络中t c p 友好拥 塞控制机制性能是当前计算机网络领域的研究热点。 当前的很多t c p 友好拥塞控制研究大多集中在为多媒体流提供一种相对平滑的 且t c p 友好的发送速率上，普遍缺乏对多媒体流最小带宽要求的考虑，不能很好地确 保多媒体流应用的服务质量。实时多媒体流有一个基本码速，当网络带宽低于这个码 速时，业务实际上已经不可用了可见，如何在t c p 友好和最小带宽要求之间作出较 好的权衡，也是值得研究的重要问题。一方面，要保持对共存的t c p 流的友好性，避 免对网络带宽的不公平竞争；另一方面要保证多媒体流的最小带宽要求，确保应用的 服务质量。 基于以上考虑，本章提出了一种无线网络中确保最小带宽要求的t c p 友好拥塞控 制机银j c q t f c c ( c c r t i f i e dq u a l i t yt c p - f r i 朗d l yc o n g e s t i o nc o n t r 0 1 ) 。该机制通过网络结 点和端点相结合，针对无线网络高误码的特点，只对拥塞丢失进行相应的速率调整， 而不管无线误码或切换引起的丢失。在路由器中通过r e d 算法的主动队列管理策略， 对到来的包按照一定的概率进行标记，以e c n 的方式将无线网络的早期拥塞状况通知 发送端，发送端根据接收端反馈的包标记概率而不是包丢失率计算友好发送速率，然 后按照最小带宽要求调节发送速率。 3 2 相关工作 近年来，研究人员相继提出了许多t c p 友好拥塞控制机制，在本文第二章中已 硕士论文 无线网络中t c p 友好拥塞控制技术研究 对部分算法进行了简单介绍。文献 4 9 】对当前t c p 友好拥塞控制机制进行了较为全面 的概括，表3 2 1 列出了其中一些协议的特性 表3 2 1 当前的主要t c p 友好拥塞控制协议的特性 单播， 拥塞控制网络协议速率t c p 协议 多播机制 支持复杂度平滑性友好性 i b 心 单播速率端到端低锯齿状 有限 l d a ( + )单播速率端到端高锯齿状 可接受 1 1 f 置屺 单播速率端到端中等平滑好 1 1 b 蛾 多播速率 端到端低平滑好 p l a & u ? r 多播窗口端到端低 锯齿状好 m