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基于组播的拥塞控制研究

作　者: 周坚
导　师: 杨云
学　校: 扬州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 拥塞控制分层组播 TCP友好区分服务响应速度
分类号: TP393.07
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

以TCP/IP协议为基础的Internet自从九十年代以来,其网络规模、用户数量及业务量都呈现爆炸式的增长,新型网络应用也不断涌现,网络参数(如激活连接数、回路往返时间)动态变化,这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量(QoS)性能指标下降,严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此,拥塞控制一直是网络研究领域的热点问题。Internet主要依赖TCP端到端拥塞控制来避免网络拥塞,但它在很多方面已经不能满足复杂网络中各种应用的需求。在路由器中引入适当的队列管理机制,可以有效地对拥塞进行监测和预防,路由器中的拥塞控制策略已经成为一个研究热点。近年来,音频、视频等多媒体应用在Internet上不断涌现,多媒体流的传输大多采用UDP协议,但UDP流不采取拥塞控制机制,从而造成了对TCP流不友好的问题。因此有必要对多媒体流进行拥塞控制,在保证一定QoS的同时,保持对TCP流的友好性。本文从组播基本概念出发,首先深入分析了组播拥塞控制存在的TCP友好性、可扩展性、公平性等问题及其产生原因;其次讨论了组播拥塞控制算法的分类标准,比较分析现有组播拥塞控制算法的优缺点;然后介绍了分层组播与视频流分层编码技术。通过比较DiffServ和IntServ的优缺点,详细阐述了DiffServ体系中各模块的功能及工作原理。分析了DiffServ和组播结合优势及所带来的问题。在此基础上针对IP网络实际应用需求展开了系统深入的研究。本文研究主要内容及创新点如下:(1)针对Internet多媒体业务的快速发展对组播拥塞控制提出的要求,在对现有分层组播算法存在问题进行分析的基础上,提出了一种接收端快速自适应的TCP-Friendly主动分层组播拥塞控制机制ALMCC。它采用主动标记分层,并在接收端根据分组延时,快速的自适应网络带宽。仿真实验表明,ALMCC算法提高了分层组播拥塞控制性能,具有拥塞响应速度快、丢包率低和TCP-Friendly特性。(2) Internet多媒体业务的发展使得网络异构性问题更加突出,它对传统组播拥塞控制提出了新的要求,分层组播是适应网络异构性的一种有效方案。为了克服传统分层组播质量不稳定、控制复杂、组播树变动频繁等问题,提出了一种基于区分服务的分层组播拥塞控制机制LMCC。它在考虑预约带宽公平性的前提下进行分组标记和转发,适应了网络异构性。算法性能分析表明LMCC机制具有较快的拥塞响应速度、较好的稳定性、TCP友好性和较低的丢包率。组播拥塞控制是一个极其复杂的问题,本文仅对其中一些方面做了研究,要想完全解决拥塞问题必须综合多种策略,从网络的各部位、多角度、全方位对拥塞加以控制。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 研究背景  11-13
    1.1.1 概述  11-12
    1.1.2 拥塞产生的原因  12-13
  1.2 传统网络拥塞控制机制  13-15
    1.2.1 拥塞控制算法分类  13-14
    1.2.2 传统网络拥塞控制机制  14-15
  1.3 拥塞控制算法  15-16
  1.4 拥塞控制算法评价标准  16-17
    1.4.1 资源分配公平性  16-17
    1.4.2 资源分配效率性  17
  1.5 本文主要研究工作与论文组织结构  17-19
  1.6 本章小结  19-20
第2章组播拥塞控制策略研究  20-41
  2.1 端对端系统中拥塞控制任务概述  20-22
  2.2 组播拥塞控制协议中关键问题  22-28
    2.2.1 公平性  22-25
    2.2.2 可扩展性  25-27
    2.2.3 拓扑结构选择  27-28
  2.3 组播拥塞控制分类标准  28-30
    2.3.1 单速率与多速率拥塞控制协议  28-29
    2.3.2 基于窗口和基于速率的拥塞控制机制  29
    2.3.3 端到端拥塞控制与基于路由器支持拥塞控制  29-30
  2.4 组播拥塞控制算法  30-37
    2.4.1 单速率拥塞控制  30-33
      2.4.1.1 TCP Emulation 算法  30-32
      2.4.l.2 TCP Formula-based 算法  32-33
    2.4.2 多速率组播拥塞控制  33-35
    2.4.3 各种算法的分析与比较  35-37
  2.5 分层组播与视频流分层编码  37-39
    2.5.1 分层组播概述  37-38
    2.5.2 分层编码策略  38-39
  2.6 组播拥塞控制发展趋势  39-40
  2.7 本章小结  40-41
第3章一种TCP-FRIENDLY 主动分层组播拥塞控制机制  41-51
  3.1 引言  41-42
  3.2 主动分层组播服务模型  42-43
    3.2.1 分组封装格式  42
    3.2.2 优先级标记分层传输机制  42-43
  3.3 ALMCC 算法设计  43-46
    3.3.1 拥塞检测  43-44
    3.3.2 链路TCP 友好可用带宽的测量  44-45
    3.3.3 速率控制机制  45-46
  3.4 仿真实验及性能分析  46-50
    3.4.1 仿真环境配置  46-47
    3.4.2 TCP 友好性  47
    3.4.3 丢包率  47-48
    3.4.4 吞吐率  48-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章 IP 组播与DIFFSERV 结合的优势与问题  51-62
  4.1 INTSERV  51-52
  4.2 DIFFSERV  52-57
    4.2.1 DiffServ 体系结构  52-56
    4.2.2 DiffServ 的典型服务  56-57
  4.3 IP 组播与DIFFSERV 结合的优势  57-58
  4.4 组播引入DIFFSERV 域产生的问题  58-60
    4.4.1 被忽视的预留子树问题NRS(Neglected Reservation Subtree)  58-59
    4.4.2 异构组播组问题HMG(Heterogeneous Multicast Groups)  59
    4.4.3 组状态可扩展性问题SPS(Scalability of Per-group State)  59-60
  4.5 对IP 组播与DIFFSERV 结合所产生问题的已有解决方法  60-61
    4.5.1 基于状态的方法  60
    4.5.2 基于边界的方法  60
    4.5.3 基于封装的方法  60-61
  4.6 本章小结  61-62
第5章一种基于DIFFSERV 的分层组播拥塞控制机制  62-74
  5.1 引言  62-63
  5.2 基于区分服务的分层组播网络模型  63-64
  5.3 基于区分服务的分层组播拥塞控制机制LMCC  64-70
    5.3.1 自适应公平预约算法AFR  65-66
    5.3.2 分层组播分组标记算法LMPM  66-68
    5.3.3 分层组播分组丢弃算法LMPF  68
    5.3.4 算法性能分析  68-70
  5.4 仿真实验  70-72
    5.4.1 仿真环境配置  70
    5.4.2 仿真结果与分析  70-72
  5.5 本章小结  72-74
第6章结束语  74-76
  6.1 研究总结  74-75
  6.2 下一步研究工作  75-76
参考文献  76-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目  84-85

基于组播的拥塞控制研究

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