基于机器学习的拥塞控制研究

• 作 者: 余雅君
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 可靠传输协议 QUIC协议 丢包分类器 拥塞控制 有监督学习

可靠传输协议一直以来备受关注,许多研究人员基于传统TCP协议对拥塞控制算法做了大量研究,网络性能也得到相应提升。但随着互联网和网络设备的快速发展,传统可靠传输协议的设计弊端逐渐显现。最近旨在改善Web应用页面加载时间的QUIC协议引起广泛关注,其相关机制及性能有待进一步全面研究。另一方面,当前所有的可靠传输协议的拥塞控制算法均默认网络中所有的丢包均由网络拥塞导致,即使是新型的QUIC协议。然而在许多有损网络中,例如无线网络,非拥塞丢包是常见的,这将极大地损害网络传输性能,因此正确的区分丢包类型是值得关注并探讨的。本文中,我们针对上述两个问题展开研究。1.研究了典型的网络可靠传输协议,针对QUIC协议和TCP协议进行了分析,并在测试平台和真实网络中的不同网络环境下进行了对比实验。首先,将重点放在分析QUIC协议传输层面的功能,同时对其数据包速率调节机制进行了研究。通过解耦,我们可以在除HTTP/2之外的其他应用场景中充分利用QUIC协议传输方面的潜力。通过研究基于QUIC协议流传输中对象与网络中基于其他传输协议的对象之间的资源竞争,帮助改进QUIC协议本身。实验结果表明,使用Cubic拥塞控制算法时,在丢包率较大,缓冲区较小或传播延迟较小的网络中,QUIC协议相对表现更好;QUIC的主要优势体现在多路复用特性及无线头阻塞问题;此外,权衡之下,我们认为速率调节机制是有效的。2.设计了一种基于有监督学习的丢包分类器,采用随机森林算法作为训练方法,实现了基于QUIC并结合拥塞控制的丢包分类器。为使选取的参数不依赖于网络环境,我们基于丢包距离和RTT等参数进行计算,选取其变体为特征。通过对比不同算法,综合考虑训练时间、复杂性等因素,最终选择随机森林作为训练算法,该模型的准确率可达到94.4%。鉴于QUIC协议实现于应用层,具有易部署性,因此我们在QUIC协议上结合拥塞控制算法实现丢包分类器,并已成功部署于服务器,无需对客户端进行任何修改。实验结果表明,丢包分类器成功部署后,当丢包率为0.5%左右时,页面加载时间降低了11%以上,且网络延迟越大,效果越明显。