分组交换网络中拥塞率的计算

摘要

随着网络视频和流媒体等应用的逐渐普及，用户对带宽的需求日益增加。基于多TCP流的高带宽需求应用大量挤占网络带宽，影响网页浏览和电子邮件等低数据量应用的体验。如何在不过度限制高带宽需求应用的前提下，有效改善低数据量应用的体验，成为目前分组交换网络亟待解决的问题。基于网络拥塞量收费的网络计费策略是该问题的一种可行的解决方法。其基本思想是在网络发生拥塞时按照用户所造成的拥塞量来对用户进行收费。随着近年来ECN、Re-ECN机制的提出，统计网络拥塞量并适时地反馈给用户这一需求得以满足，这为基于拥塞量的收费策略提供的实现基础。但是目前对于这种计费机制的研究还停留在定性分析上。如何定量的计算单位时间内用户产生的拥塞量，以及如何建立用户行为与其产生的拥塞量之间的关系还是一个有待解决的问题。定量计算单位时间内用户产生的拥塞量对于运营商来说可以预计网络拥塞情况并合理定价，对于用户来说可以预估自己的支出。
　　拥塞率是指单位时间内网络中被标记的TCP数据包的个数。本文针对单拥塞点网络和多拥塞点网络分别求解了拥塞率。
　　首先，本文对单拥塞点网络中用户的行为进行了建模，并证明了在该模型下单拥塞点网络瓶颈链路中的应用个数的分布符合M/M/1队列模型。同时，本文通过TCP闭环反馈模型，推导出了单拥塞点网络中TCP流数与数据包标记率关系的闭式表达式，并根据仿真将其近似为线性关系。在此基础上，我们推导出了拥塞率与用户行为之间的关系。
　　其次，本文对多拥塞点网络的TCP稳态行为进行了建模。在模型中，我们用一组非线性方程组刻画网络状态，并依此求解出了多拥塞点网络中的拥塞率。此外，我们选用不同的迭代方法对此非线性方程组求解，并给出了求解的时耗与网络规模的关系。
　　再次，针对多拥塞点网络拓扑结构复杂，不便于分析的问题，将TCP流数改变对网络中队列长度的影响分为直接影响、二阶影响与高阶影响。在此基础上，提出“等效流数法”，将多拥塞点问题转化为多个相互关联的单拥塞点问题，并证明了TCP流数改变对队列长度的直接影响与二阶影响的大小均与原队列长度正相关，且直接影响与TCP流数成线性关系。
　　最后，本文搭建ns-2仿真平台，对文中的结论做了仿真验证。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 拥塞计费的研究背景

1.3 ECN与Re-ECN机制介绍

1.4 网络拥塞率及对于拥塞计费机制实现的意义

1.5 本人的研究工作和成果

第二章 单拥塞点网络中拥塞率的计算

2.1 TCP模型

2.2 用户行为模型

2.3 网络拥塞率的计算

2.4 本章小结

第三章 多拥塞点网络中拥塞率的计算

3.1 多拥塞点网络模型

3.2 多拥塞点网络方程组系统

3.3 方程组求解

3.4 本章小结

第四章 等效流及等效流数法

4.1 多拥塞点网络中流数对节点队列长度的直接和间接影响分析

4.2 等效流数法

4.3 本章小结

第五章 仿真与讨论

5.1 单拥塞点网络仿真

5.2 多拥塞点网络仿真与计算

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书

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