BBR拥塞控制算法延迟及带宽探测优化

传统基于丢包的拥塞控制算法因为其高丢包率和引发缓冲区膨胀问题已经不能满足许多应用对网络性能的要求。谷歌提出的BBR（Bottleneck Bandwidth and Round Trip）算法以其抗丢包、高带宽利用率和低延迟等特性受到广泛关注与研究。但是BBR还存在排队延迟仍然较高、在RTT（Round Trip Time）较小环境下表现不佳、带宽探测不及时等问题。本文对BBR排队延迟和收敛性进行分析,进而提出改进方法：限制在外数据包数,并根据网络反馈适时减少拥塞窗口大小来降低延迟;在RTT较小环境下,将探测RTT阶段之前的带宽估计延续到探测RTT阶段之后;设置平稳状态最长保持时间及时退出平稳周期并进入探测周期。在NS3中的仿真实验结果表明,改进BBR降低了RTT及其抖动,提高了算法的收敛速度;能够在RTT较小环境下高效利用带宽;改进BBR能够显著提高长RTT流的带宽探测频率。     

一种改进的基于延迟的TCP拥塞避免算法

基于延迟的TCP拥塞避免算法（DCA）提高了系统的吞吐量，但在某些情况DCA表现出较差的性能。通过对RTT的分析发现，变化的传输延迟和延迟ACK将对使用RTT指示拥塞引入明显误差，从而影响DCA算法的准确性。为此提出了一种改进的DCA算法，在判断网络是否拥塞时，先消除这些明显误差。仿真试验表明，该算法更加准确地监测到网络拥塞，改进了TCP性能，提高网络的吞吐量。     

基于Dahlin算法的主动队列管理控制机制研究

主动队列管理 (AQM)是网络中间节点通过一定的分组丢弃策略来达到较低排队时延和较高吞吐量的一种机制。已有多种AQM算法被提出，但绝大多数没有考虑较大的RTT(往返时间)对算法性能的影响。该文针对大RTT的网络环境，实现了一种基于控制理论中Dahlin算法的AQM机制并分析了系统的稳定性和参数选择的准则。仿真实验结果表明，该算法在RTT较大的情况下稳定性、响应速度和鲁棒性都优于随机早期检测(RED)算法和比例－积分(PI)算法。     

基于CAN总线的实时DSP应用算法

根据控制局域网络（CAN）的特点及应用要求,提出一种新的动态调度协议（DSP）,通过动态选择时间间隙调度信息,同时考虑实时数据的重传机制,并在此基础上介绍基于CAN总线的实时DSP应用算法,该算法不仅能满足CAN网络中实时应用系统的性能要求,还能充分利用CAN网络带宽。实验结果表明,该算法降低了传输请求程序的平均信号延迟,同时提高了网络利用率。     

基于功率调节的IWSN实时可靠路由研究

针对工业无线传感器网络对延迟、可靠传输以及成本的特殊要求,研究了一种基于功率调节的实时可靠路由协议,将两跳速度策略引入到路由算法中,提高工业无线传感器网络的实时性;将节点剩余能量以及能耗同时考虑,以平衡网络能量并提高网络寿命;引入功率调节机制以绕开路由空洞,提高节点可靠性.仿真结果显示,与已有方法相比,采用的方法在总可靠度、截止期错失率以及包平均延迟上有着显著改善.     

基于实时传输的TFRC拥塞控制建模与实现

分析了TFRC拥塞控制机制的基本工作流程,通过建立基于丢失事件率P(Loss Event Rate)、往返时间RTT(Round Trip Time)以及发送分组长度S的TFRC(TCP-friendly rate control)网络吞吐量数学模型,实现了多媒体实时传输应用中的TFRC拥塞控制机制.     

一种基于支持向量回归的互联网端到端延迟预测算法

互联网端到端延迟是指IP分组沿着互联网中一条确定路径进行传输的延迟,端到端延迟的精确预测是大量网络活动的基础,从网络协议设计到网络监测,再从确保端到端QoS性能到各种实时业务性能提升。提出一种新的端到端延迟的预测方法,主要贡献有:a)将互联网端到端延迟预测的问题转换为多元回归的预测问题,提出了基于多元回归的端到端延迟预测框架;b)采用支持向量回归SVR方法来求解端到端延迟的多元回归问题,提出了基于SVR的互联网端到端延迟预测算法。最后使用互联网采集的RTT数据来验证提出的算法,实验结果表明,提出的预测算法具有快速和精确特点,是一种适合实际应用的预测算法。     

基于抽样流记录的RTT估计

往返时延(RTT)是网络测量中的一个重要测度,是刻画网络性能的重要指标。传统的RTT测量都是基于报文的,需要专门的主动或被动测量平台的支持。提出一种新的 RT T 估计方法,仅使用现有路由器设备提供的流记录,不需要额外的网络测量设施。通过对 TCP 块状流传输特性的分析,分别建立了当套接字缓冲区长度与带宽延迟积BDP相对较小、较大和相近这3种情况下的RTT估计模型。实验结果表明,这些模型都能很好地完成RTT估计。同时,由于在估计当中只使用了流持续时间和总报文两个变量,因此,该方法同样适用于以抽样流记录为输入的环境,能够有效地应用于现有的大规模主干网环境的网络检测与管理。     

异构无线网络中一种TCP增强算法

在异构无线网络中TCP Vegas、TCP Westwood＋等TCP拥塞控制算法存在低延迟向高延迟网络切换时最小往返时间（Round-Trip Time,简称哪不能更新问题。对于这一问题,通过改进最小IUT计算方法提出一种基于TCP Westwood＋的增强算法。仿真结果表明该增强算法解决了最小RTT在切换后的更新问题,提高了异构无线网络中链路的利用率。     

Ad-hoc网络的负载自适应MAC协议

基于Ad-hoc网络,提出一种负载自适应MAC协议——LAP。该协议综合考虑了站点个数、帧长度和帧到达率对网络负载的影响,并引入负载因子评估当前网络的负载状况。当负载因子小于切换阈值时,LAP采用基于竞争的CSMA/CA机制;反之,则采用基于非竞争的Token-Ring机制。仿真证明,该协议能在重负载和轻负载环境中有效控制接入延时,最终提高网络实时性。     

基于Richards模型的数据中心骨干网络带宽分配策略

针对数据中心间骨干网络中存在大量突发性强的小流而难以实时跟随流量变化对其进行带宽分配的问题,提出了基于Richards种群生长模型的数据中心骨干网络带宽分配策略(RBA)。该策略采用闭环反馈控制系统实时分配带宽,以基于Richards曲线设计链路的反馈控制因子作为此系统的反馈量,可对突发流量做出平滑响应,并根据时延敏感性的不同,采用不同的异速生长参数得到不同的流量速率增长曲线,以满足时延敏感流量的QoS需求。在Mininet平台上进行了实验仿真并与典型的带宽分配策略进行了对比,结果表明RBA不但可对突发流量提供较高的带宽分配效率,还确保了各流对带宽资源竞争的公平性。     

无线自组网络QoS流的准入控制和流量控制

作者曾提出一个QoS路由和准入控制机制－QDSR,并且在小规模实时视频传输实验床上实现了这些方案。虽然QDSR的准入控制只保证每个节点有足够的可用带宽给准入的所有流使用,但并不保证每个流在较小的时间尺度上得到请求的带宽。为此,作者对QDSR的准入控制机制进行了改进并增加了流量控制机制,以满足实时应用的QoS需求。在NS2仿真环境中实现了QDSR以及对QDSR的改进。仿真结果表明,改进机制改善了QDSR的视频流的传输质量,较好地提高了视频流的吞吐率和投递率,减小了数据包的端到端延迟,并且能很好地满足包括视频传输在内的多种业务的传输需要。     

DCN中基于前馈神经网络的动态多路径负载均衡方法

针对数据中心网络（DCN）中因大象流而引起的网络负载不均衡问题,提出一种基于前馈神经网络的动态多路径负载均衡方法。在拓扑感知和流量信息监控的基础上对大象流进行标记,将收集到的网络流量信息输入前馈神经网络以预估每段链路的负载,并结合优化蚁群算法为大象流寻找最优路径,使大象流根据链路的实时状态完成路径选择。仿真结果表明,该方法能够有效降低网络传输时延,提高链路利用率和网络吞吐量。     

An integrated congestion control mechanism for optimized performance using two-step rate controller in optical burst switching networks

Optical burst switching (OBS) is a promising solution to implement the optical internet backbone. However, the lack of adequate congestion-control mechanisms may result in high burst loss. Schemes such as fiber delay line (FDL), wavelength conversion, and deflection routing to reduce burst collision are unable to prevent the network congestion effectively. To address this problem, we propose and investigate a global solution, called Integrated Congestion-Control Mechanism (ICCM), for OBS networks. ICCM, which combines congestion avoidance with recovery mechanism, restricts the amount of burst flows entering the network according to the feedback information from core routers to edge routers to prevent network congestion. Also, a flow-policing scheme is proposed to intentionally drop the overloaded traffic with a certain probability at a core router to support fairness among flows. Moreover, the transmission rate of each flow is controlled to achieve optimized performance such as maximizing throughput or minimizing loss probability using two-step rate controller at the edge router. Simulation results show that ICCM effectively eliminates congestion within the network and that, when combined with a flow-policing mechanism, the fairness for competing flows can be supported while maintaining effective network performance.     

Tight end-to-end per-flow delay bounds in FIFO multiplexing sink-tree networks

Aggregate scheduling has been proposed as a solution for achieving scalability in large-size networks. However, in order to enable the provisioning of real-time services, such as video delivery or voice conversations, in aggregate scheduling networks, end-to-end delay bounds for single flows are required. In this paper, we derive per-flow end-to-end delay bounds in aggregate scheduling networks in which per-egress (or sink-tree) aggregation is in place, and flows traffic is aggregated according to a FIFO policy. The derivation process is based on Network Calculus, which is suitably extended to this purpose. We show that the bound is tight by deriving the scenario in which it is attained. A tight delay bound can be employed for a variety of purposes: for example, devising optimal aggregation criteria and rate provisioning policies based on pre-specified flow delay bounds.     

Deterministic delay analysis of AVB switched Ethernet networks using an extended Trajectory Approach

Audio Video Bridging (AVB) switched Ethernet is being considered as a promising network alternative solution for the automotive industry thanks to its high data transmission rate and dedicated bandwidth for real-time traffic. However, guaranteeing deterministic communications of an AVB switched Ethernet network remains a key issue for safety-critical applications in automotive domain. In order to ensure real-time timeliness constraints for any flow sent in AVB switched Ethernet networks, we establish new bounds on the worst-case end-to-end delay of any flow. Our contributions are the following: (i) We first develop a worst-case delay analysis in the context of AVB switched Ethernet network based on an extension of the Trajectory Approach. (ii) Then we take into account serialization constraints on frame transmissions to improve the computation of worst-case end-to-end delay bounds. (iii) Finally, we refine the proposed approach by taking into consideration the AVB traffic shaping characteristics. The performance of the proposed approach is illustrated on a set of representative automotive examples.     

基于接收端应用的TCP流量控制策略的研究

传统的TCP拥塞控制和流量控制机制没有考虑不同的数据流之间的竞争导致性能不能满足用户的期望的问题．根据不同类型的数据流的特性，提出了基于接收端应用的TCP流量控制策略，此策略通过改变接收端窗口的大小和确认信息的延时来满足接收端不同应用对带宽的需求．模拟试验表明了此策略是有效可行的．     

基于网络编码的无线传感器网络QoS性能分析

针对无线传感器网络中实时网络应用严格的服务质量（QoS）保证要求,本文提出基于网络编码的支持QoS的无线传感器网络模型。该模型将网络编码的特性应用到区分服务(Differented Service,DiffServ)机制中,编码节点将DiffServ分类得到的同类数据流进行编码组合再发送,减少需要转发的数据量,从而提升了网络的性能。利用随机网络演算理论工具分析得到模型的QoS性能,通过数值分析,所提出的模型能够有效提升基于区分服务的无线传感器网络的延时、积压等性能。     

一种隐形的非盲流水印技术

已有流水印技术向目标数据流中引入的时延较大,隐蔽性较差,攻击者可检测和移除其中所嵌入的水印信息,甚至提取出其中的水印信息并将其复制到其他未标记数据流中,进而误导追踪.提出一种隐形的非盲流水印技术,借鉴扩频通信原理,使用伪噪声码对水印位进行扩展,通过调制包间隔到达时延将扩展水印嵌入目标数据流中.实验结果表明,该技术可有效抵御时间分析攻击,且对时间扰乱具有鲁棒性.     

软件定义网络中延迟满足的路由选择与实时调度更新

由于数据流的动态性和流量负载转移,软件定义网络（software defined networking,简称SDN）需要频繁更新数据平面以优化网络性能.大多数已有路由更新策略首先根据网络当前流量状态确定目标路由配置,然后更新数据流的路由.然而,由于交换机基于TCAM（ternary content addressable memory）进行流表更新的速度较慢,导致路由更新的延迟通常较大.当网络规模大或网络拓扑结构经常变化时,路由更新的延迟可能更大.研究发现,大多数数据流的持续时间很短且整个网络的流量强度在一段时间后会发生变化.如果路由更新延迟过长,更新后的路由配置可能不再有效.为此,研究了SDN的实时路由更新问题,提出了延迟满足的路由选择和调度更新策略（delay satisfied route selection and updating scheme,简称DSRSU）.与大多数现有研究不同,DSRSU同时从控制平面路径选择和数据平面的更新调度两方面来联合优化,降低路由更新的延迟.路径选择阶段只选择部分数据流进行路由更新;更新调度阶段通过建立更新关系图挖掘数据流的更新先后顺序,进一步加快路由更新速度.仿真分析结果表明,与现有几种路由更新策略相比,DSRSU能够在大幅度降低路由更新延迟的同时,达到与现有策略相似的网络性能.