基于TCP/IP协议的拥塞控制算法的研究

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随着网络、计算机技术的发展,网络已经成为当今社会一个不可或缺的组成部分。在网络中网络拥塞的产生,会造成网络传输时延增大、丢包率增加,甚至网络崩溃等大问题。因此网络中的拥塞控制机制是网络通信协议中需要研究的主要部分。本文从网络信息传输的TCP/IP协议的TCP拥塞控制机制方面进行了研究。本文的主要工作如下:首先,本文研究分析了当前TCP拥塞控制算法,并且通过分析,提出在慢启动和重传机制中做出改进对网络的信息传输效率的改善有着重大的意义。其次,分析了原机制中的慢启动算法,得出原慢启动阶段中在后期易造成大量丢包和慢启动阈值设置过于固定的问题。在一种新的分阶段的慢启动算法(即能在慢启动后期能够平滑的增长拥塞窗口进入拥塞避免阶段)的基础之上,利用带宽测量方法实时的检测路径带宽而计算得到相应的慢启动阈值和拥塞窗口的增长幅度,结合两者,针对TCP数据传输的特性,提出一种新的源端的基于带宽测量的分阶段的慢启动改进算法。并进行了详细的理论分析。通过NS-2的仿真实验比较了改进后和原有的慢启动算法的拥塞窗口变化、瓶颈链路瞬时队列长度和丢包率的情况,结果表明改进算法能够降低丢包率,提高网络的处理能力,维持网络的稳定,以及提高网络的利用率。最后,分析了原拥塞机制中超时重传机制,得出超时重传的拥塞控制反应易造成网络吞吐量不稳定,以及网络利用率不高的问题。本文借鉴快速重传和恢复的拥塞控制机制,提出了一种新的超时重传算法,当数据传输中的重传定时器超时时,采用比原超时重传要比较平滑的发送速率减少机制,并进行了详细的理论分析。通过NS-2的仿真实验比较了改进后和原有的超时重传算法的拥塞窗口变化情况,结果表明,改进算法能够更快的恢复网络的处理能力,提高网络的利用率,减少网络吞吐量的振荡。实验表明,改进的慢启动算法和超时重传算法更能适应网络的变化,减少网络的抖动,提高网络传输的效率。更加重要的是,两种算法都是基于源端的,因此易于改进算法的实现。在本文最后,在实际网络中,对改进的拥塞控制算法进行了比较验证,即通过在网络中进行数据传输时,在改进后和原拥塞控制机制下分别传输相同的数据包,通过分析比较得到的数据包传输时延,得出改进的算法能够提高数据传输的效率。
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