结第三章区分服务的仿真研究几种基础的主动队列管理方法算法的性能分析与仿真算法的性能分析与仿真算法的性能分析与仿真区分服务算法的性能分析与仿真算法算法改进的区分算法本章小结第四章基于神经元的自适应控制方法数字控制器的设计与实现控制器算法的仿真与分析神经网络的算法基于神经元的自适应控制改进方法仿真结果分析不同目标队长的性能比较不同连接数下队列长度的变化不同时延对队列抖动的影响不同连接数下网络延迟的变化不同连接数下丢包概率的变化万方数据吞吐量本章小结第五章总结与展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论网络拥塞控制的研究背景与意义网络技术的多样化，使得互联网上的媒体信息越来越多，互联网已经逐步从单的数据传输网向拥有数据语音图像等多媒体信息的综合传输网络演进。互连网与人们的生活及工作息息相关，但是网络用户膨胀所出现的问题也越来越严重。除了众所周知的地址匮乏问题，还存在缺乏服务质量，的保障。现有的互连网所提供的“尽力而为”服务显然已经不能满足多用户多业务对不同服务质量的要求。因此，为了提高网络资源利用率提供更好的服务质量，研究人员做出了很大努力。在网络发送数据流的时候，要权衡时间延迟，队列抖动，数据分组丢失率和吞吐量等系列服务要求。这里的服务要求具体指，数据分组经过网络节点时所接受的传输服务，它强调网络端到端的整体性。区分服务，也叫差异化服务，它是种服务质量体系。它将网络节点分为内部和边界节点，边界节点将单的传输流合并成集聚流而内部节点的作用是对每个集聚流提供致的转发行为，从而将复杂的处理留给边界节点，克服了综合服务的可扩展性问题。在区分服务的方式下，核心路由器并没有为每个集聚流保存相应的信息，而是根据分组报头将域分成不同的类型，每个类型对应种每跳行为，享受相同的服务质量保证。由于在核心路由器内不需要为每个集聚流保存信息，很大程度上降低了核心路由器的实现难度。采用区分服务方式的网络，其稳定性和可扩展性也比综合服务要好，由于区分服务方式对许多数据流进行统处理，因此分组的分类精度要低于综合服务，每个流所能确保的服务质量也低于综合服务，而这种代价也是无法避免的。在提供服务质量的问题上，要根据具体网络情况选择适合的服务。网络拥塞控制是保证网络稳定的重要手段，是当前研究的热门问题。基于窗口的端到端拥塞控制，可以有效地提高英特网的鲁棒性。单纯地增加网络资源并不能从根本上解决网络拥塞，解决这问题的有效途径是采用拥塞控制方法。网络拥塞指的是在分组交换网络中，当发送的分组数目太多，会出现网络传输性能下降的情况，这是因为存储转发节点的资源是有限的。网络发生拥塞时，般会出现数据丢失，延时增加，吞吐量下降，严重的时候甚至会导致拥塞崩溃。发送端有时会不顾当前的网络状态就盲目地发送数据，为了限制这种“行为”，拥塞控制算法要调整数据发送速率，其中主要包括慢启动拥塞避免选择性应答快速重传和快速恢复等几个重要算法。当协议接收拥塞通知后，根据上面说的算法万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论去调整数据发送速率，减少网络中流量，达到缓解拥塞的目的路由器利用队列管理算法管理缓存，这样的好处是可以在拥塞发生之前通知发送方，发送方收到拥塞通知立即调整发送速率，从而有效地避免拥塞的发生。拥塞控制的主要目标是网络的数据流量控制，确保通信网络合理地使用瓶颈资源，不会被用户发送的数据流阻塞。仅仅依靠协议并不能避免拥塞的发生，从本质上来看，网络拥塞控制系统可以看作是反馈控制系统，控制信号为丢包概率，控制目标为队列长度，但由于网络拥塞控制系统是个非线性时延变参数不确定的系统，而已有的控制算法大多都是基于在个工作点附近线性化模型来设计的，因此在参数变化大时并不能保证系统的稳定性。端到端的拥塞控制并不能完全控制拥塞，还必须涉及到网络中间节点对网络资源的控制。网络主要是基于存储转发和统计复用技术的，主动队列管理作为端到端拥塞控制的补充，其主要思想正是加强网络中间节点对拥塞控制的作用。路由器中队列的作用是吸收突发数据包，因此队列管理可以同时满足两项需求控制网络拥塞和保证服务质量。队列管理算法被算法会让部分数据流流占据队列空间，阻止其他数据流进入队列。满队列问题弃尾算法是只有在队列满的时候，才会发出个拥塞信号，因此队列会在很长段时间处于充满的状态。减少稳定状态下队列的长度是队列管理最重要的目标之，因为排队等待造成了端到端的延迟。另外队列满也容易导致丢弃突发数据。全局同步问题由于英特网上数据本质上是突发的，到达路由器的包通常也是突发的。如果队列已满，大量分组会在短时间内被连续丢弃。然后这些数据源将几乎同时降低发送速率，使网络负载短期内过轻，减少了网络资源的利用率然后此时所有数据源又将同时增加发送速率，出现下轮的网络拥塞，直影响网络的运行速率，这被称为全局同步现象。公平性问题被动管理算法在些情况下会造成些流独占路由器的缓冲资源，使其他的流不能得到资源。除了弃尾算法之外另外还有两种被动队列管理算法前端丢弃算法和随机丢弃算法。两种传统的分组调度方法，先进先出是种经典的分组调度策略，其最大优点的是可以万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章拥塞控制中的相关技术简单地实施。它又被称为先到先服务，即第个到达路由器的数据包被第次传输。先到先服务存在在排队的过程中没有考虑包的重要程度的问题，优先级排队是对先到先服务的简单改进。其基本思想是根据数据分组的不同分配优先级，数据分组内存放这个优先级标志，路由器要执行多个先进先出排队，每个队列对应相应的优先级。路由器在排队的时候总是给优先级高的队列先排队。公平排队算法是对的种改进，又称为。排队算法核心问题在于不能区分不同的数据分组。排队算法不会去约束所有数据源去遵守拥塞控制，又因为整个的拥塞控制是在路由的源端执行，这就有可能让行为不良的数据流强行占有大量的带宽。而在互联网环境中，如果个应用不使用协议是完全可行的，但是它将绕开端到端的拥塞控制机制，任意向路由器发送自己的数据包，从而出现其它应用的分组被丢弃的问题。公平排队算法则解决了这个问题。在公平排队算法中，每个输出线路都有个排队等待队列。路由器处理分组是按轮流询问的方式。当条线路处于空闲状态的时候，路由器就会遍遍地扫描所有队列，按照顺序将每队所有包发出。当数据包到达过快时，相应的队列就会很快处于充满状态，就会丢弃属于这个流新到达的数据分组。使用此种方法，每个数据流就会多占资源，因而牺牲其它数据流。此外，公平排队算法不会告知源端路由器的状态，所以公平排队算法仍然要依赖于端到端的拥塞控制。它只是简单地将数据流分隔，使行为不良的数据流不会影响其它数据流。所以公平排队算法与端到端的拥塞控制机制能够更好地协同，也提供了公平性。传统的队列长度管理机制是弃尾算法，类似于先入先出的存储方式。最大的优点是原理比较简单。当路由器队列的长度到达最大时，通过丢包来指示拥塞。先到达路由器的数据包首先会被传输。路由器缓存是定的，如果分组到达的时候显示缓存已经满了，那么就丢弃该分组。如果发生数据包丢失，立即告知发送端网络拥塞的消息，调整发送的速率，这种做法明显没有考虑被丢弃包的重要性。弃尾算法仍是目前互联网中使用最广泛的数据分组排队丢弃的方式。这种方式是网络边缘负责控制。所以假定路由器对拥塞控制没有起到任何作用，只是负责检测和响应拥塞。优先级排队是基于的种改进算法。它的基本思路是这样的每个分组都有个优先级的标志，路由器执行排队工作，每个队列都对应不同的优先级。非空的最高优先级队列总是先被传输。不过同组的优先级队列的分组仍按尾部丢弃方式来处理。但是会出现高优先级队列抢占其它低优先级的队列的问题。高优先级队列除非空闲，要不然低优先级队列就得不到应有的服务，因此不能允许用户自发指定高优先级。同时弃尾算法无法识别出面向连接的流，对上层流的快速恢复的效率很低，公平性也较差。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章拥塞控制中的相关技术除此之外，在实际中还存在许多弊端。如果缓冲器很长的话，那么每个数据包的延迟就会增加如果缓冲器很短，又不能够适应突发性数据流此外，全局同步现象将直接导致吞吐率的下降，所有这些都可能会导致网络崩溃。主动队列管理技术要防止拥塞的出现，应该预见式地而不是反应式地丢弃分组，这种预见式的方法称为主动队列管理方法，是近来端到端拥塞控制研究中的个热点。是种能让路由器选择出被标记过的数据包的算法，其特点是将闭环控制与包标记相结合，以智能的方式向系统端提供拥塞信息。整个系统的运行都会脱离以前机械单的闭环控制状态，进入个动态的状态。路由器在采用主动队列管理方式之后，将以流量汇总和的方式处理信息，而且系统也具有了拥塞指示与拥塞控制的功能。它主要有三种工作方式基于队长，基于传输速率和两者相结合的方式。它除了使用分组丢弃，还可以使用分组标记来通知源端降低速率。使用这种方法是为了避免拥塞，消除对突发数据流的歧视避免全局同步，即使存在非协作流也能减少数据包的丢弃，提供低延迟的交互服务。的主要技术目标在于减小排队时延，同时保证较高的吞吐量。机制的主要性能指标有报文丢弃率，链路利用率以及平均队列长度等。平均队长决定报文的排队延迟，队列动荡决定延迟抖动因而主动队列管理机制的目标之是将队长控制在较低的水平，并且队列动荡较小除此之外主动队列管理机制还需要达到其他的目标，如采用随机丢弃消除网络的全局同步现象和消除对突发流的偏见，该机制大大提高了系统的吞吐量及稳定性，并且丢包率及等待队列长度明显减小。对队列管理而言，吞吐量和排队延迟始终是对矛盾，由于英特网的数据在本质上是突发状态，所以路由器中队列的重要作用就是可以吸收突发的数据分组，允许传输突发的数据。更多突发的数据分组能够被较大的队列吸收，提高链路的吞吐量。但是，机制通常会保持较高的队列占用，因而排队延迟有所增加。在文献中也有说到，主动队列管理机制就是要维持个较小的队长以提高吞吐量，降低排队延迟。推荐的关键技术便是主动式队列管理技术，其基于路由器拥塞控制，结合端到端的拥塞控制，是解决目前互联网