单播与组播共存网络中的公平资源分配

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1、上海交通大学博士学位论文单播与组播共存网络中的公平资源分配姓名：董谦申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：谢剑英20040201单播与组播共存网络中的公平资源分配摘要近年来在Internet上迅速增长的多媒体业务大都采用基于UDP的单播或组播方式传输由于UDP协议本身缺乏内建的拥塞控制机制不执行端到端拥塞控制的UDP单播或组播数据流将排斥TCP数据流造成网络资源在不同协议数据流之间分配的不公平性随着UDP数据流在Internet和Intranet上日益增多网络易发生过载和性能下降严重时甚至导致拥塞崩溃本文深入研究了单播与组播共存网络中的资源分配问题旨在获得具有

2、实用性的解决方案新方案需要满足的基本设计要求是1有效控制网络拥塞提高网络的利用率2保证不同协议的单播和组播数据流能遵从一定公平性准则共享网络资源3对于有实时QoS要求的多媒体应用传输速率要平滑调节论文首先分析TCP拥塞控制及其公平性和TCP连接稳态吞吐量模型以奠定基础随后从三个方面展开研究1如何设计符合多媒体应用QoS要求的单播传输控制方案2如何设计对TCP友好的多速率组播拥塞控制方案3如何以用户效用和最大化为目标实现网络资源在单播和组播流之间的公平分配论文的创新成果主要包括1提出了一种新的多媒体单播流速率控制协议RDRCRDRC协议在往返时间测量过程中采用的虚拟测量算法能

3、够明显降低逆向信道上的通讯开销并且接收方驱动的工作方式极大减轻了发送方负担因此RDRC协议不但适应对称网络而且适应非对称网络还易于升级到组播网络为了能够有效地抑制往返时间测量滞后带来的速率振荡保证闭环速率控制系统在更宽的时间范围内有好的鲁棒性RDRC协议中应用比例微分算法调整报文发送间隔时间RDRC协议中还加入对显式拥塞指示技术的支持能进一步提高连接吞吐量2提出了一种基于模型的多速率组播拥塞控制协议MCLMMCLM协议采用累积分层组播方式各层的发送速率能够根据本层主动参与者拥塞情况的实时变化基于底层成熟的单速率协议TFMCC自适应调节为了将各层独立控制的单速率任务融合为一体

4、以实现多速率控制协议中设计了和式增加层各层接收者判断传输路径上可用带宽增加后可以尝试加入下一连续层以获得更高的接收速率因此网络资源得到有效利用由于MCLM协议-I-本质上是基于精确的TCP吞吐量模型所以具备速率调节平滑对TCP公平性好的优点MCLM协议支持多速率组播因而在异构的组播环境中有更好的可扩展性和灵活性MCLM协议开发利用了相对独立的层内控制功能因而要比现有多速率协议更易于实现此外MCLM协议不要求路由器提供除基本的组播路由与管理之外更多的功能支持所以有很强的实用性3提出了一种基于优化的单播和组播速率控制算法针对单播和多速率组播共存网络中资源最优分配问题论文以用户效

5、用和最大化为目标考虑组播异构性将单播和组播任务纳入统一的凸规划模型研究并应用惩罚函数法推导出一种启发式速率控制算法算法在网络中分布式实现时路由器基于某种形式的概率函数标记报文反馈拥塞信息端系统提取拥塞信息计算最优速率并根据计算结果更新速率该算法对源方驱动单播和接收方驱动组播都适用并且网络与用户的联络及计算开销都很低采用该算法的优势在于无需集中化的接纳控制资源预留或复杂的调度机制也能使网络提供低报文丢失率低传输延迟服务该算法能够保证TCP单播与多速率组播公平共享网络资源算法选择不同的效用函数可使资源分配满足不同的公平性准则资源利用获得不同的效率关键词单播组播惩罚函数效用函数速

6、率控制拥塞控制公平性李雅普诺夫稳定性-II-FAIRRESOURCEALLOCATIONINNETWORKSWITHCOEXISTINGUNICASTANDMULTICASTFLOWSABSTRACTFastincreasingmultimediaapplicationsinthecurrentInternetaremostlyusingUDP-basedunicastormulticasttransmissionmethod.SincetheUDPprotocolitselflacksinherentcongestioncontrolmechanism,theUDPuni

7、castormulticastflowswithoutemployingend-to-endcongestioncontrolwillblackballTCPflows,sothatnetworkresourcesareunfairlyallocatedamongdifferentprotocolflows.MoreandmoreUDPflowsappearingintheInternetandIntranetthreatennetworkstability.Theproblemoffairresourceallo