基于精确测量的TCP拥塞控制

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随着互联网规模的扩大和用户数量的增长，用户需求及各种网络应用种类不断增加，网络数据流量呈现激增趋势，网络拥塞也日益严重。TCP的拥塞控制协议一直是网络拥塞控制研究的集中点。目前的TCP拥塞控制协议已经演进了诸多版本，主要有基于隐式检测和基于显式通知的方法。但随着各种新型网络结构以及不同网络环境下不同性能需求的提出，传统的TCP拥塞控制方法很难获得更好的传输效率。本文针对以上问题进行了以下几点研究： 1）首先分析了传统TCP拥塞控制协议的基本原理以及基于隐式检测的经典算法如Reno、Cubic、Westwood、BBR等。研究发现基于丢包的拥塞控制算法存在对随机丢包的敏感性，基于时延的算法在公平性和带宽利用率上也很难取得很好的效果，而基于其他性能参数如可用带宽的方法也局限于利用时延变化来得到可用带宽的估计值，精确粒度较粗。基于以上研究，本文旨在高时延高丢包率的网络场景下，通过对可用带宽的测量获取更精准的网络拥塞信息，进而获得较好的带宽利用率和竞争公平性。 2）鉴于可用带宽的精确测量对TCP拥塞控制的重要意义，本文基于可用带宽测量值的反馈来改进Pathchirp算法，提出了Pathchirp-R方法，优化测量组的速率收敛。并在iRouter设备和FAST架构的基础上开发实现了路径时延的精确测量方案，将时延测量的精确度提升到纳秒级别，进一步提升可用带宽测量的精确度。将该可用带宽测量方法与Pathchirp方法进行对比，实验结果证明Pathchirp-R方法提高了可用带宽测量的精确度和收敛速度。 3）在以上可用带宽精确测量的基础上，本文对Cubic拥塞控制协议进行改进，提出了Cubic-M协议，主要包括三个部分的优化：一是基于可用带宽的慢启动阈值机制，通过将可用带宽和慢启动阈值结合的方式避免慢启动后期的拥塞窗口的暴增；二是丢包区分机制，通过发送速率和可用带宽值的比较来区分丢包是否是拥塞导致的；三是窗口大小调整机制，在网络空闲时迅速提高带宽的利用率。本文通过TC搭建了模拟真实网络性能的实验环境，对Cubic-M协议在不同网络环境下的带宽利用率和公平性进行分析，并与其他的TCP拥塞控制协议进行对比，实验结果显示Cubic-M方法在高时延、高丢包情况下能保持较高的带宽利用率，且公平性表现良好。

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作者
葛文锦;
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作者单位

东南大学;

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授予单位东南大学;
学科计算机科学与技术
授予学位硕士
导师姓名程光;
年度 2018
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正文语种中文
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关键词
精确测量;

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