论文部分内容阅读
随着网络结构的不断演进与发展，虚拟专用网和虚拟租用专线等新的边缘到边缘业务的出现，使得Internet网上采用的传统的端到端的拥塞控制机制已难以满足要求。良好的可扩展性、对业务支持的灵活性以及其广泛可达性等优点，使得几乎所有的业务都试图通过Internet传送。然而由于传统的Internet缺少各类业务的业务质量保证的机制，因此能够提供多业务传输的业务质量保证的研究成为当今国际上互联网技术发展中极具挑战性的课题。本文以拥塞控制机制问题作为基点，在详细阐述了当前网络边缘到边缘的拥塞控制机制及算法存在的问题之后，提出一解决边缘到边缘拥塞控制和业务质量保证的方法：在保证网络可扩展性的前提下，引入边缘节点和网络节点之间进行资源请求信息和带宽可用信息的交互，通过显式拥塞反馈，在边缘节点进行拥塞控制。本文重点研究了具有可扩展性的边缘到边缘拥塞控制结构和具有带宽保证的边缘到边缘的拥塞控制算法。其主要贡献如下：
1.研究了TCP聚集的拥塞控制。TCP聚集的拥塞控制既是端到端拥塞控制机制下的重要问题，也是边缘到边缘拥塞控制中的重要问题。TCP聚集的性能对于采用的队列管理算法非常敏感，但是大多数主动队列管理算法缺少对算法和TCP聚集相互作用时的性能以及其对参数的敏感性的分析，因此难以在理论的高度对这些不同算法进行评价。本文专门对近期提出的改进的队列管理GREEN算法进行了建模分析。利用建立的模型对于GREEN算法的性能以及参数对网络条件的敏感性等给出了定量的理论分析。基于分析结果指出了TCP拥塞控制和AQM算法在应用中值得注意的一些问题，文中同时指出Diff-Serv结构下核心节点的AQM算法也存在同样的问题。主动队列管理算法的性能是针对TCP聚集进行优化的，这造成了网络节点和业务特性的相关性。按照保持网络可扩展性的要求，网络节点的功能应独立于业务的特性。因此，将TCP业务聚集进行优化的队列管理算法移到网络的边缘，在边缘进行拥塞控制以保证网络的可扩展性的这一研究思路是具有发展前景的。
2.研究了弹性环上边缘到边缘的拥塞控制算法。在对已有算法的深入分析基础上，文中指出这些算法存在的主要问题是缺少弹性环上满足一致性要求的带宽公平分配的定义以及恰当的公平分享带宽估计方法。由此，文中提出弹性环上满足一致性要求的公平性定义：接入树公平性。基于此定义，设计了多拥塞链路下拥塞节点显式反馈的边缘到边缘的拥塞控制结构，并提出了一种新的非线性拥塞控制算法MC-SRP。它通过显式拥塞反馈，在业务的接入节点进行拥塞控制，达到了良好的性能。文中通过仿真比较了MC-SRP，SRP以及基于公平排队的AQM算法在RPR环上的性能，其结果表明MC-SRP在参与比较的算法中性能最佳。它不但能保证环上转发节点具有极低的排队延时、非常低的丢包概率以及业务之间良好的隔离性能，而且使得算法与业务的特性无关，具有良好的可扩展性。3.受以上研究结果的启发，本文首次提出了全新的扩展Diff-Serv结构(ExtendedDiff-Serv(EDS)结构)：通过在Diff-Serv结构的边缘节点间引入边缘到边缘的拥塞控制包，利用显式拥塞反馈，在边缘节点进行拥塞控制以期达到更好的拥塞控制性能。文中给出了一种公平的能够提供显式带宽分配的边缘到边缘的拥塞控制算法(ECC-ERA)。该算法利用边缘到边缘的反馈控制包传递与流相关的状态信息以及拥塞控制信息，从而保证了核心节点无需保留和维护流相关的状态。它既保留了Diff-Serv结构具有良好可扩展性的特点又获得了远优于原有的Diff-Serv结构的拥塞控制性能。本文在理论上证明了ECC-ERA算法能够保证边缘到边缘的显式带宽分配并实现了可用带宽的公平分配。仿真结果验证了ECC-ERA算法具有良好的稳定性、可扩展性、响应性能、稳态的平稳性、公平性以及对于非响应流的适应性。主要体现是：1)ECC-ERA算法解决了Diff-Serv结构下，TSW+RIO算法在预约速率比较大时无法保证预约带宽的困难。2)在保证预约速率的同时，能保证带宽的公平分配和业务之间良好的隔离性。3)能保证稳态时核心节点具有很短的队列，接近于零的丢包概率，比较平稳的队列行为，性能远比Diff-Serv下保证预约带宽的算法优越。4)算法对于网络的带宽、网络往返延时、流的数目以及拥塞路径的数目等具有良好的可扩展性。基于EDS结构，本文中还给出了一种支持低排队延时，具有显式带宽分配的公平的边缘到边缘的拥塞控制算法。因此基于EDS结构可以支持低延时、低丢弃以及带宽保证等多种不同的业务质量要求，它具有非常好的适应性。
从本文的研究结果看，作者认为基于本文提出的EDS结构以及拥塞控制算法ECC-ERA，通过各个边缘到边缘网络拥塞控制算法的配合，有望成为一种在保持可扩展性的同时实现端到端的拥塞控制和带宽保证的实施方案。