计算机网络拥塞模型的研究

计算机网络拥塞模型的研究

张高峰

张高峰

（南京苏河电子科技有限责任公司，南京210019）

摘要：本文主要介绍了计算机网络的非线性理论和混沌学理论，集中介绍计算机网络拥塞控制算法中的基于流量控制的端到端拥塞控制算法和基于队列的路由拥塞控制算法以及它们的优缺点。以TCP-RED拥塞控制系统为重点研究对象，分析了其特性，为TCP-RED拥塞控制系统的深入研究提供基础理论依据。

关键词：计算机网络；拥塞控制；研究

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1007-9599(2010)05-0000-01

StudyonCongestionModelofComputerNetwork

ZhangGaofeng

(NanjingSuheElectronicsTechnologyCo.,Limited,Nanjing210019,China)

Abstract:Inthispaper,wechieflyintroducecomputernetworkandnonlinearsystemtheoryandalsomainlyintroducekindsofcomputernetworkcongestioncontrolalgorithms,alsowehavetogettheircharacteristics,advantagesandshortages.WeresearchandanalysethebehaviorandcharacteristicsofTCP-REDcongestioncontrolsystemonthebaseofnetworkcongestioncontrolalgorithmsandnonlinearsystemtheory.Thiswillprovidethetheoreticfoundationforthenextstep’sstudyofTCP-REDcongestioncontrolsystem.

Keywords:Network;CongestionControl;Study

在短短数十年内，随着Internet的迅猛发展，各种现代社会的网络技术，主要包括网络视频、网络电话、网上银行等逐步取代了传统的手段，为现代生活构造了沟通的桥梁[1，2]。计算机的诞生对现代社会具有至关重要的作用，而整个计算机网络控制体系核心算法的网络拥塞控制算法则一直是人们争相追逐的热点话题[3-4]。

我国计算机网络的发展十分迅速，在社会的各个方面扮演着越来越重要的角色，成为人们生活中不可缺少的部分。计算机网络尤其是其间拥塞行为的研究不仅关系经济生活，还关系国防安全的问题。

一、计算机网络拥塞控制的分析方法

（一）网络拥塞控制的非线性理论

非线性理论是跨许多专业之间的一门极其重要的新学科，是研究非线性动力系统的一个数学分支，主要研究非线性系统的局部线性特征。非线性系统引入了高次幂、交叉乘积、时间延迟等非线性项，改变特征向量空间，使其轨迹变得复杂。非线性理论的崛起，推动了数学、物理、化学等基础学科和机械、电子、工程控制等大量的应用课程的进步。试验证明，世界上绝大多数的现象都是服从非线性规律。

（二）网络拥塞控制的混沌学理论

混沌学的研究主要集中在两个方面，一是研究混沌运动的特征，揭示动力系统进入混沌状态的途径以及混沌状态所包含的内秉特性，主要体现在：混沌运动只有非线性系统才可能发生，对初始状态的敏感性大，出现“蝴蝶效应”；二是研究混沌动力系统的可控性，将动力系统的运行状态控制在预期的运行轨迹上。

二、网络拥塞控制的算法

（一）基于流量控制的端到端拥塞控制算法

为了充分地利用网络资源，达到最大的数据发送速率，缓减拥塞现象，只要数据接受终端有足够的处理速度，那么数据发送端就可以以增加性的方式提高数据的发送流量；或通过减少发送终端的数据流量，来缓减网络的拥塞。基于流量控制的端到端拥塞控制算法主要包括TahoeTCP、TCPReno、TCPNewReno三种方法。

（二）基于队列的路由拥塞控制算法

网络中的中继路由节点上都会设置一定量的内存来暂存需要转发的数据分组，称之为“队列”。随着网络的扩展，路由拥塞控制的更新会导致节点增多，成本提高。路由节点上的内存过大，队列容量也会过大，可能会造成数据分组的传输时延过大导致计算机网络性能的恶化；内存过小，队列容量也会过小，导致网络的承载能力减小，拥塞更容易发生。因此，路由节点的选择是一个关键问题。

三、网络拥塞控制系统的特性分析

现选择以TahoeTCP为基础算法的端到端拥塞控制算法和以RED为基础算法的路由拥塞控制算法为整体，对此进行研究，具有实际意义。图1为TCP-RED拥塞控制系统。

图1TCP-RED拥塞控制系统

在TCP-RED拥塞控制系统中，TCP与RED两者间存在矛盾，TCP拥塞控制算法具有AIMD特性，TCP数据流自身带有震荡现象；而RED算法要求路由节点的数据流要平稳。要使计算机网络通畅、高效，就要使两者矛盾调和，关键就是要注重RED算法的基本参数ω、qmin、qmax、、pmax，ω一般取较小值，pmax一般设定在0.1左右。RED算法内置于路由节点，属于计算机网络中的骨干节点，设定后基本不变，而且路由节点可以为多个数据链路所共享，属于网络共享设备。

四、结论

本文主要研究了计算机网络拥塞控制的非线性理论和混沌学控制理论的性质特征和方法，详细介绍了端到端拥塞控制算法和路由拥塞控制算法两种算法，两者协同工作，相辅相成。以TCP-RED拥塞系统为例，分析了其特性，TCP拥塞控制算法依赖终端环境，没有统一、固定的设置，针对网络拥塞模型的研究为将来提供一个成熟、有效、可行的网络拥塞系统的解决方案。

参考文献：

[1]林闯.多媒体信息网络QoS的控制.软件学报,1998(10):1017-1024

[2]V.Jacobson.Congestionavoidanceandcontrol[J].ComputerCommunityReview,1988,18:314-329

[3]罗万明,林闯,阎宝平.TCP拥塞控制研究[J].计算机学报,2001(24):1-18.

[4]章淼,吴建平,林闯.互联网端到端拥塞控制研究综述.软件学报,2002,3:26~34

作者简介：张高峰，男，学历：大专，职称：工程师（助理），研究方向：计算机网络