路由器拥塞控制中RED算法的优化研究

【摘要】当今，互联网发展中遇到的主要问题之一，是网络拥塞所导致的资源缺乏和流量分配不均，而拥塞问题还会造成网络数据传输的延迟，进而加剧网络拥塞的程度，更严重的情况下将会导致网络崩溃，上述现象引起了研究者对网络拥塞控制的高度重视。目前，网络拥塞问题仍然是不可避免的，如果仅仅依靠源端的拥塞控制机制，那么会大大降低网络资源的利用率。解决这一问题最有效的办法就是队列管理算法，队列管理算法又分为主动队列管理算法和被动队列管理算法。目前广泛使用的是主动队列管理算法，它通过将路由器中的队列长度控制在一个适当值附近，从而能有效地减少数据包的延时，并且能够提高链路利用率。因此，对主动队列管理算法的研究具有非常重要的意义。随着互联网的飞速发展，现有的TCP拥塞控制机制在很多方面已经无法满足人们的需要，于是人们将拥塞控制研究扩大到网络的中间环节，出现了许多基于路由器的拥塞控制策略。随机早期检测算法RED(RandomEarlyDetection)是网络工程任务组IETF(InternetEngineeringTaskForce)推荐的基于路由器的拥塞控制算法。本文的主要工作如下：首先，本文详细介绍了RED算法的参数设置，对TCP最大窗口问题进行了分析，并从Misra的随机微分方程模型理论出发，利用数学手段对此模型进行了一系列的处理，最后得到了一种新的估计随机早期检测算法参数——最大丢弃概率的方法。其次，详细介绍了RED算法中重新设置最大丢弃概率的方法：对于一个已经确定的网络，在设置参数时，最大阈值通常设为最小阈值的2~3倍，期望的队列长度的大小可以根据实际需要设定。如果突发比较强或者对延时比较保守，就将队列长度设得稍小些；如果对丢包比较保守则将队列长度设得偏大些。这样，本文提出的最大丢弃概率估计方法其实只与最小阈值和队列长度有关，当这两个参数确定以后，由推导出的公式即可计算出最大丢弃概率值。最后，通过NS-2(NetworkSimulationVersion2)仿真实验，利用重新设置的最大丢弃概率值对RED路由与DropTail路由的吞吐率和延时进行了比较，并按照相同最大窗口限制和不同最大窗口限制两种条件，对两种算法下的瞬时队列长度、平均队列长度及丢包率进行了比较与分析。最终验证了在重新设置最大丢弃概率后，RED算法瞬时队长、平均队长、丢包率、源端连接数等技术指标均得到优化，从而达到了降低网络拥塞，提高传输质量的目的。
【作者】姜健；
【导师】杨晓萍；
【作者基本信息】吉林大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】拥塞控制；RED；最大丢弃概率；

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