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TCP traffic control over access networks.

机译：接入网络上的TCP流量控制。

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摘要

This thesis focuses on design and analysis of Transport Control Protocol (TCP) traffic control mechanisms to alleviate the last hop congestion over wired and wireless access links, in order to minimize Quality of Service (QoS) damaging congestions and maximize the access link utilization. We leverage on the TCP congestion control mechanism to pace downstream traffic flows at their sources as necessary to prevent buffer overflows and packet losses.; In part I of the thesis, we analyze the buffer occupancy dynamics of a TCP connection for a single-hop system. Our focus is on a single connection experiencing either no losses or one loss. Both TCP Reno and TCP Tahoe implementations are considered, and the results are compared. The model provides insights into the statistics of the buffer dynamics and TCP performance parameters.; In part II, we study efficient ways to adjust the TCP retransmission timeout (RTO), in order to avoid or minimize harmful TCP timeouts. Our approach exploits the recursive RTO estimation algorithm used by the TCP timer management system. A one-step optimization and a multiple-step maximization problem are studied first. The analysis suggests a promising solution through controlling the RTT variance. Following the main concept, we propose and analyze a fast-queue-slow-queue implementation structure at the edge router, so that a controlled delay variance can be generated, which indirectly controls TCP timers within all end TCP hosts.; We then propose and analyze a load-adaptive acknowledgement (ACK) pacing mechanism. Whenever the access router experiences increasing load pressure, the ACK pacing mechanism gradually manipulates the TCP congestion control windowing algorithm. Consequently the traffic growth generated by active TCP flows is slowed down, and QoS is protected. Control theoretic modeling is used to build the general framework for the ACK pacing scheme, which enables system stability analysis and provides guidance to parameters selection. In particular, we study a PI-type ACK controller.; Finally, suggestions for future work are proposed, including the joint design of uplink ACK pacing and downlink queuing scheme, as well as the application of buffer occupancy modeling in a scheduling algorithm.
机译：本文着重于设计和分析传输控制协议（TCP）流量控制机制，以减轻有线和无线访问链路上的最后一跳拥塞，从而最大程度地减少破坏服务质量（QoS）的拥塞并最大化访问链路的利用率。我们利用TCP拥塞控制机制在必要时调整下游流量在其源处的速度，以防止缓冲区溢出和数据包丢失。在论文的第一部分中，我们分析了单跳系统TCP连接的缓冲区占用动态。我们的重点是没有损失或发生任何损失的单个连接。考虑了TCP Reno和TCP Tahoe的实现，并对结果进行了比较。该模型提供了有关缓冲区动态和TCP性能参数的统计信息。在第二部分中，我们研究了有效的方法来调整TCP重传超时（RTO），以避免或最小化有害的TCP超时。我们的方法利用了TCP计时器管理系统使用的递归RTO估计算法。首先研究了单步优化和多步最大化问题。分析提出了通过控制RTT方差的有希望的解决方案。遵循主要概念，我们提出并分析了边缘路由器上的快速队列-慢队列实现结构，以便可以生成受控的延迟差异，从而间接控制所有最终TCP主机中的TCP计时器。然后，我们提出并分析了负载自适应确认（ACK）起搏机制。每当接入路由器承受越来越大的负载压力时，ACK调步机制就会逐渐操纵TCP拥塞控制窗口算法。因此，由活动TCP流量生成的流量增长会减慢，从而可以保护QoS。控制理论建模用于构建ACK起搏方案的通用框架，从而可以进行系统稳定性分析并为参数选择提供指导。特别地，我们研究了PI型ACK控制器。最后，提出了对未来工作的建议，包括上行链路ACK步调和下行链路排队方案的联合设计，以及缓冲区占用模型在调度算法中的应用。

著录项

  • 作者

    Sun, Yishen.;

  • 作者单位

    Northwestern University.;

  • 授予单位 Northwestern University.;
  • 学科 Engineering Electronics and Electrical.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2006
  • 页码 168 p.
  • 总页数 168
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 无线电电子学、电信技术;
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