探析基于主动队列管理的拥塞控制算法的研究

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1、天津理工大学硕士学位论文基于主动队列管理的拥塞控制算法的研究姓名：吴清申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：王怀彬20080101摘要主动队列管理(ActiveQueueManagement，AQM)技术是IETF(InternetEngineeringTaskForce)推荐的基于路由器拥塞控制的关键技术。到目前为止已经出现了数十种主动队列管理算法。作为AQM算法的代表，随机早期检测(RandomEarlyDetection，RED)算法被广泛地关注和研究。但是近期的大量研究表明RED算法存在公平性问题，它无法有效处理不响应拥塞通知的连接，而这样的连接经常会挤占大量的网

2、络带宽，导致各种连接不公平地共享带宽；此外，它对网络的参数设置和运行状况比较敏感，会出现节点队列大幅振荡、吞吐量降低、时延增加等网络不稳定现象。本文针对AQM算法在公平性方面存在的问题进行了改进。本文首先介绍了拥塞控制算法的国内外研究现状，及现今的拥塞控制算法中存在的问题。阐述了拥塞、拥塞崩溃及拥塞控制的定义，分析拥塞形成的原因。重点针对拥塞控制算法中主动队列管理算法的公平性问题进行研究。具体分析以下五种算法：RED、FRED(FlowRandomEarlyDetection)、CHOKe(ChooseandKeepforresponsiveflowsChooseandKillfo

3、runresponsiveflows)、CSFQ(Core—statelessFairQueue)、AFD(ApproximateFairDropping)。后四种算法实现公平性的方法各不相同，实现公平的程度也不一样。由于RED算法本身不具有公平性，本文使用它作为没有公平性保证的参照。本文从理论上对上述算法进行了分析，结合仿真实验，在不同的网络环境下对这些算法的公平性能进行了比较。本文重点研究主动队列管理算法中的CHOKe算法，针对CHOKe算法对非适应流的惩罚力度不够，不能够很好地实现带宽的公平分配这一问题进行了深入研究。在此基础上本文提出了一种改进的基于丢弃优先级的W-CHOK

4、e算法，并对W—CHOKe算法的实现进行了仿真实验。通过Linux下的网络仿真软件NS-2网络模拟器在同样拓扑结构的网络和链路、带宽、信息源等环境下对现有的三种CHOKe算法和W—CHOKe算法进行了仿真实验，来检测新算法的实现并对比四种算法性能。结果给出了w—CHOKe算法有效地控制了非适应流大量的挤占带宽，改进了CHOKe算法的性能。本文由六部分组成，第一章介绍了研究背景和意义；第二章介绍了拥塞控制的基本概念、队列管理算法的分类及主动队列管理算法的公平性问题：第三章介绍了五种典型的主动队列管理算法，并结合NS-2上实验比较上述算法的公平性能；第四章针对CHOKe算法的缺陷作了分

5、析并提出改进的W-CHOKe算法，并对算法进行仿真实验。最后，第五章对本文的研究内容作了总结，并提出了进一步的研究方向。关键词：主动队列管理公平性带宽TCP流UDP流AbstractActiveQueueManagementisakeytechnicofcongestioncontrolbasedonRoutersrecommendedbyInteractEngineeringTaskForce．Uptonow,therearealreadyafewnumberofActiveQueueManagementarithmetics．RandomEarlyDetectionarithm

6、eticistherepresentationofActiveQueueManagementalgorithms，itiswidelyattentedandstudiedbypeople．ButthenewlylargenumberofresearchesindicatesthatthereissomefairnessproblemwiththeRandomEarlyDetectionalgorithm．Itcan’tdealwiththeflowswhichdon’tanswertocongestioninformseffectively．Inaddition，itiscompa

7、rativelysensitivetotheparametersandrunningstatusofthenetwork．Therewillbenode—queuesurging，throughput—reducinganddelay—increasinginthenetwork．Inthispaper,wemakesomeimprovementsonthefairnessprobleminActiveQueueManagementalgorithms．Inthisp