无线网络多媒体拥塞控制算法的研究

【摘要】随着无线通信技术的快速发展，基于无线网络的应用已经深入到人们生活中的方方面面。由于用户接入方便，设备移动灵活等特点，无线网络深受广大用户的喜爱，已经成为全世界互联网一个不可或缺的部分。2013年12月，工业和信息化部向中国联通、中国电信、中国移动正式发放了第四代移动通信业务牌照，标志着中国的移动通信技术正是进入了4G时代。加上WLAN各种技术的日益成熟，无线网络带宽得到了空前的提升，极大程度促进了基于无线网络的多媒体业务的广泛应用，特别是实时音/视频在无线网络上的传输业务。这些业务的发展对传统基于有线网络的传输控制协议提出了新的挑战。由于有线链路的性能稳定，带宽充足，而在无线网络环境中，无线信道易受环境和噪声干扰，信道的特性比较复杂。因此我们在研究无线网络多媒体传输时不能简单的将传统的传输控制协议直接应用于无线网络。如何克服无线网络的复杂特性，改善无线网络传输控制算法的性能，提高无线多媒体业务的服务质量，是本文研究的最终目的。本文的主要研究工作包括以下几个方面：首先本文研究了基于无线网络的多媒体业务的相关技术特点，分析了几种无线网络拥塞控制的常用策略，其中基于端到端的拥塞控制策略由于算法实现简单与传统协议的语义相符得到广泛的研究。本文对其中几种经典的基于显式丢包区分的端到端拥塞控制算法进行了深入研究，为本文后续新算法的提出提供了借鉴。对传统的TFRC算法进行了深入研究，分析了算法在速率控制上的两方面不足：慢启动结束阶段反应迟缓造成突发丢包、拥塞避免阶段发送速率易受往返时延Rtt偏差的影响。针对这两点不足分别提出了改进策略，并进设计了仿真试验，仿真结果表明改进后TFRC对以上两点不足有很大改善。通过对现有丢包区分算法优缺点的分析，本文吸纳了不同策略的优点，并弥补了传统算法的不足，提出了一种新的丢包区分策略——带边界区域修正的ZigZag丢包区分算法（Z-BRC：ZigZagwithBorderRegionCorrection）。该算法首先利用单向传输时延ROTT和丢包数目n初步划分丢包类型，并将丢包类型容易误判的丢包事件划分在待定区，然后根据ROTT、n和分组到达间隔IAD综合判断这部分丢失事件的类型。这种多元化参数的算法使得网络对丢包的判断更加准确，能够更精确的掌握网络的拥塞程度，适合于网络结构复杂、以及环境多变的无线网络。并将Z-BRC丢包区分算法融入到改进后的TFRC之上，提出了一种新的适用于无线网络的多媒体拥塞控制策略。在仿真工具NS2上，对改进后算法的性能进行了对比分析。仿真实验分别在不同的信道误码率和不同的信号流的情况下进行，以求最大程度上接近实际网络。实验结果证明，本文提出的算法在网络拥塞丢失率、丢包区分准确度、无线带宽利用率上面较经典算法都有着不同程度的改善，在一定程度上弥补了传统算法由于参考变量单一、适应环境固定等原因造成的区分丢包准确度不高、网络资源利用率低的不足。
【作者】王志富；
【导师】祝宇鸿；
【作者基本信息】吉林大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】无线多媒体；端到端；丢包区分；速率控制；拥塞控制算法；

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