无线IP网络实时流媒体应用中拥塞控制算法的研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fenghuayi
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无线通信的便捷性使其在民用和军用中迅速普及。随着Internet技术的进步和无线数据设备的大量增加,一个以IP网络为核心的无线工业体系正在逐渐形成。无线IP网络(如WLAN和ADHOC)和Internet的“无缝”融合将成为必然,它们将共同担负起承载各种Internet业务,特别是大量的实时流媒体业务,的任务。目前Internet上的多媒体业务都是通过TCP和UDP来传输的。UDP不具有任何拥塞控制机制,它使用和接收端回放速率相同的速率发送数据。大量的UDP流就会造成网络拥塞甚至崩溃。TCP具有拥塞控制机制,但拥塞控制机制会使接收端缓冲区填充速率产生很大的波动。这对于对传输速率改变比较敏感的实时业务流来说是不合适的。因此,在实时业务流的传输过程中使用拥塞控制是必要的,但是,目前的拥塞控制算法都不太适应无线Internet中大量实时流媒体业务流的传输,需要设计新的拥塞控制算法。 高数据丢包率是无线媒介的一个重要特征,它也是设计多媒体无线网络所面临的关键挑战之一。尽管实时流媒体的传输可以容忍一定程度的数据包丢失,但差错控制机制仍是必不可少的。其中,重传机制因其简单易行、低成本、消耗的网络资源少等优点而倍受青睐。我们提出了一种时间戳和时延受限相结合的重传机制TS-ARQ,结合传输模型分析了该重传机制的可行性和性能。通过仿真实验,我们研究了影响该机制的几个关键因素以及该重传机制在WLAN和ADHOC网络中的性能。结果证明该机制以较小的代价换取了较大的差错恢复概率,同时,在很大程度上保证了实时流媒体传输所需的延时。 拥塞是当前“尽力而为型”的Internet的固有特性,因此,传输协议通常使用拥塞控制机制来使业务流的发送速率和网络的可用带宽相适应。目前的实时流媒体传输都使用基于速率的端到端流控机制。基于速率的(或基于NACK的)拥塞控制机制不适应实时流媒体在无线网络的传输,也不适应大量业务流共存的情况。为了克服这些困难,我们提出了一种新颖的基于速率的具有数据丢包可伸缩性的二项式拥塞控制算法SCCW(ScalleCongestionControlforWireless),它在无线环境下性能良好,且能有效地满足实时应用所需要的各种条件。此外,我们分析了该拥塞控制算法的效率、公平性、收敛特性和可伸缩性,得出了一些有意义的计算结果和结论。 为了支持上述的拥塞控制算法,我们发现,业务流需要对端到端路径上的窄链路容量有精确估计,同时,终端要能正确区分数据包丢失的原因。我们在本节的前一部分提出了一种自适应带宽估计(ABE)算法,该算法适用于终端不断移动的网络环境,可以有效地滤除不精确的带宽抽样,补偿网络拓扑不稳定对链路容量估计造成的影响。同时,我们对无线链路是路径上的窄链路的情况进行了理论分析。在后一部分,我们首先分析了几种不同的LDA(LossDifferentiationAlgorithm)算法,发现它们仅采用一种性能指标作为判断网络状态的标准,造成了判断上的不准确性,然后,提出了一种多指标联合检测的方法,该方法可以更准确地判断网络当前的状态,同时,也正确地识别了丢包原因。 本文主要分析了无线Internet中的单播多媒体的拥塞控制问题。目前流行的拥塞控制方案是将网络的复杂性推到网络的边缘,端到端的拥塞控制机制正是适应了这一需求。但是,它需要终端尽可能多地收集网络信息,采用复杂的算法对当前的网络状态进行准确的判断,然后采取响应的措施。这对终端有很强的计算能力和很大的功率需求,同时,这一点对功率有限的移动终端来说尤为重要。在将上述拥塞控制算法应用于实际之前,我们还有很多工作要做。 基于上述各种分析方法,作者编写一些NS2仿真程序,分析了一些具体实例,并将部分结果与其它方法的结果进行了比较。
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