基于P―RED算法的计算机网络TCP拥塞控制

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摘 要计算机网络的盛行,让我们的生活和工作产生了很大的变化,从客观的角度来说,计算机网络将不同的需求转化为计算机语言来传输,在数据和软件共同作用的情况下,进行数据传输以及运行工作,从而达到人们的某一种需求.对于现阶段的发展而言,人们往往只是注重结果,而不关注过程.但是利用计算机来工作和达到需求,却需要关注过程.现阶段的计算机语言非常丰富,在算法方面更是在不断的深化和加强,基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制就是现阶段的一个重要研究对象.

【关 键 词】算法计算机网络TCP

基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制其实属于一种优化配置的研究项目,计算机自从诞生以后,就不断的追求速度和效率,虽然使用极其复杂的语言和程序,但是执行起来的速度却非常快.很多人认为这些程序和语言在相互配合的情况下,虽然会提升运行速度,但是全部运行结束之后,很难达到理想的速度.其实,如果我们在生活当中就可以发现,常用的计算机在开机的时候,只用了三十秒就启动了几乎一百个程序和大量的启动项,如果说利用基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制进行工作,势必能够得到一个更好的效果.在本文中,就基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制进行一定的讨论.

1概述

对于计算机网络TCP拥塞控制来说,源端到目的端的往返传输时延将给TCP拥塞控制的稳定性和快速性带来极大的不利,基于这样的情况,科研人员应用控制理论当中的Smith原理,并与随机早期检测（RED）算法相结合,提出了具有预测能力的P-RED算法,这样一来就能够从客观上减少部分不利的情况,同时在在一定程度上提高工作效率.相对来说,P--RED算法在实际的应用中,是RED算法的进化版.基于P--RED算法的计算机网络TCP拥塞控制从主观的角度来说,能够让TCP拥塞控制更加及时,同时控制的稳定性也表现出了大幅度的进步.除此之外,从理论上来分析,P--RED算法的稳定性较高,并且导出了算法中主要参数的理论趋势范围.理论上的成就对实际的工作来说,具有很强的指导作用,由于计算机网络属于高精度的一个工作项目,因此P--RED算法的理论成就能够对参数的设置起到较强的指导作用,这样的好处在于,有效的保证了TCP拥塞控制的品质.下面,本文将详细的阐述基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制.

2计算机网络TCP拥塞控制

主动队列管理技术是在传输控制协议窗口控制机制基础上发展的一种TCP拥塞控制算法,能在拥塞发生之前就对TCP源端的发送量进行控制,该技术是当今研究的热点问题之一.相对来说,在现实生活中应用计算机网络的居民和工作人员,有时需要同时开启多个窗口,在这个时候,计算机必须能够做出快速反应,并且要为人们提供最多的信息.计算机网络TCP拥塞控制在实际生活、工作中的应用范围是非常广泛的,其中,最为简单的AQM是尾部丢弃算法,当缓冲器中的队列长度超过设定阈值以后,Tail--Drop算法以概率1丢弃进入的分组,否则丢弃概率为0.通过这样较为简单的判定,能够在实际运行的时候,达到一个较好的效果,由于免去了部分复杂的运算,因此很多的问题都不会发生.通过对控制理论的阐述,我们可以得到如下结论：on--off控制机制是非常容易导致控制振荡的因素,有Floyd等提出的随机早期检测算法是一种最为著名的AQM,能够充分避免on--off控制机制的不足,具有明显的控制效果.因此,在今后的工作中,可以大力推广AQM,基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制不仅仅是在P--RED算法以及TCP拥塞控制方面努力,相关的工作也能够对这项研究产生较大额促进作用,所以,在相关领域进行探索,能够得到很大的助力.

3TCP流量AQM数学模型

图1为哑铃型拓扑结构的分组交换网络,在本文中,主要以上图为例,对TCP流量AQM数学模型进行一定的阐述.从整体的情况来看,TCP流量AQM数学模型,作为整体研究工作的一个模型基础,具有非常重要的作用.从客观的角度来说,基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制需要很多的模型来进行工作,TCP流量AQM数学模型就是其中之一.常用TCP流量控制分析的、具有单一瓶颈的哑铃型拓扑结构分组交换网络就是上图所表达的意思.在图中,S表示的是源端、D表示的是目的端、SW表示的是交换节点.在千兆位的高速网络中,为了充分提高公平性以及服务质量,很多的交换设备常常采用per--flowbuffering策略,这种策略是现阶段较为流行的一种策略.所谓的per--flowbuffering策略指的就是每一个TCP连接分配各自的缓冲区,本文主要是在per--flowbuffering策略的基础下以及下列假定的基础上对TCP流量控制分析研究.假定基础并不是随意进行假定条件的,而是在在详细数据的支撑下,对现阶段的一些情况进行调查后的结果.另一方面,假定情况与实际情况具有非常密切的联系,部分假定情况在实际的工作和生活当中,发生过很多次,利用假定的情况能够对日后的实际运用产生较大的积极影响.在本文中,假定情况如下：首先,TCP连接的目的端容量足够大,瓶颈存在于网络的中间节点.其次,TCP流量控制仅仅考虑网络过载的因素,这样一来在处理相关问题的时候,就会体现出较强的针对性.计算机网络上的问题和其他行业有所不同,针对性非常的强,多数情况下,一个指令只会有一个功能.第三,目的端一收到分组就立刻向源端发送确认信号,一定要确保在第一时间发送,否则时间上的迟疑,很有可能导致整体工作成果达不到一个理想的效果.第四,TCP窗口及缓冲队列长度以分组为计量单位,最重要的一点就是,所有的分组都要具有相同的长度.采用这种方式,可以帮助进行分组比对,从而进行其他的工作.TCP的窗口调节机制主要是基于和式增加积式减小算法,对某一对TCP连接,在护理了TCP的传输超时机制以后,AIMD算法的TCP流量窗口控制机制可以通过如下的公式来表达：在整个公式当中,W（t）表示的是TCP拥塞窗口的大小；q（t）表示的是缓冲队列的长度；C表示的是缓冲输出速率；P表示的是分组标记或者是丢弃的概率；表示的是RTT,并且,tT为不包含缓冲排队时间的往返时间.从以上的阐述当中,我们可以清楚的看到,TCP流量AQM数学模型对基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制具有较大的积极影响.另一方面,由于数学模型的精准度较高,并且能够在很大程度上对整体工作起到促进作用,因此在日后的工作中,还需要对其进行一定的深化和加强,相对的,基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制也能够得到一个较为积极的成果.

4AQM的P--RED算法

基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制工作,在实际的研究当中,单单依靠数学模型,并没有办法达到一个特别好的效果.现阶段的社会进程较快,部分人群对计算机网络提出了一些非同寻常的要求,无论是军方的科研,还是太空的某项研究,都需要在原来的成果上进一步努力.基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制的很多研究虽然在理论上可行,但是实际的情况具有很强的变动性,因此在未来的工作中,我们还需要对AQM的P--RED算法进行一定的研究,只有这样才能保证在日后的科研工作中,获得一个较为前沿的成果.

4.1RED算法

对于RED算法来说,是一种典型的AQM控制算法,这种算法主要是根据缓冲器中的分组队列长度来推测网络的拥塞程度.从客观的角度来说,RED算法能够较为全面的工作,由于它是通过缓冲器当中的分组队列长度进行推测网络的拥塞程度,因此较为符合现阶段的社会发展.随着网民数量的不断增多,RED算法的部分功能很有可能满足不了需求,并且在庞大的数据压力下,RED算法的一些处理方式也有可能达不到标准.但是,科研人员在应用RED算法的时候,就已经预见了未来的部分情况,因此现阶段的RED算法在原来的基础上,以一个与队列长度成正比的概率P来标记或者丢弃进入缓冲器的分组.从应用RED算法的情况来看,这种算法并不是特别的复杂,相对于一些较为复杂的算法,RED算法的结构较为简单,并且可以广泛的使用.但是,RED算法具有一个明显的缺点,那就是不能克服RTT的影响,并且在调节参数的选择上也是一个较为棘手的问题.

4.2P--RED算法

控制理论当中的Smith补偿原理是克服大纯时延影响的有效手段,本文认为,要想充分解决RED算法当中的一些棘手问题,必须与上述的原理相结合.将补偿原理与RED算法结合之后,提出了具有预测能力的P--RED算法.新

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从以上的阐述来看,R--RED算法在原有的基础之上进行了大量的优化工作,同时很多的问题都能够在P--RED算法当中找到合理的解决方法.相对来说,基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制需要在算法上进行一定的优化,虽然现阶段的算法能够在很大程度上满足人们的需求,但是未来的计算机网络必须更加高效、处理能力更强.算法作为一个较为基础的部分,其问题必须彻底解决.利用以上的P--RED矿图原理相信可以得到一个较好的效果.另一方面,在详细的分析矿图原理之后,我们得出了以下结论：如果说,那么P--REDAQM控制器的输入比就会超前时间τ,导致其控制输出P也相应的超前了τ.综上所述,本文提出的P--RED算法具有一定的预测控制能力,在很大程度上可以较好的补偿大时延RTT所带来的一系列不利影响.P--RED算法虽然在原来的基础上进行了一定的强化,但是对于现阶段的发展来说,P--RED算法的部分环节还是需要进一步的去优化,提高精度,不仅仅是补偿大时延RTT所带来的不利影响,而是要彻底解决这一不利影响,这样才能在计算机网络的应用发展中,做出较大的贡献.

5仿真结果

基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制在现阶段的研究当中,已经获得了一定的成果,将这些成果应用到实际的生活和工作以后,取得了预想的积极效果.但是,未来的研究不法依然不能停止,否则很有可能造成现有的研究停滞不前.针对基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制研究的特殊性,本文进行一定的仿真结果阐述.通过相关的仿真结果,能够从中分析出那些方面有所不足以及重点需要加强的部分,从而对未来的工作进行一个有效的指导.

5.1比较动态的响应

控制TCP连接RTT的预估值与实际对应的数值相等,都设定在50ms,另一方面,将k设置为0.01/packet,同时比较在P--RED、RED、Tail--Drop算法的控制,以及q（t）的动态响应.上述的比较方法是一种较为常用的比较方法,并且在很大程度上具有局限性.为了保证比对结果的正确性,还要改变k值进行比对,当k等于0.02packet的时候,在P--RED以及RED算法控制对q（t）的动态响应进行一定的比对.经过多次试验和研究,科研人员得出了以下结论：首先,增益会不断的提高,RED算法的振幅逐渐加大；其次,由于局限在k数值的范围以内,P--RED算法的控制性能较佳.在未来的工作中,k数值会有不同的变化,如果单纯的控制在某一个范围之内,很有可能导致计算机网络的局限性增大,因此需要通过模拟不同的k数值,能够在很大的程度上,让基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制得到一个较好的结果.

5.2比较鲁棒性

基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制研究工作,在很多的方面都需要进行一定的努力.仿真结果分析并不局限于上述的方面,还需要比较鲁棒性.本文认为,传输往返的时间会发生一定的改变,若是k等于0.01/packet时,RTT的实际数值为25ms,是在控制下预估数值的0.5倍,若RTT的实际数值是75ms,实际数值仍然为25ms,控制下的预估值则为1.5倍.两者进行比较,结果显示：P-RED算法在TCP连接RTT存在较大的预估值误差的情况下,输出响应仍然存在较小的波动,能够迅速的收敛在平衡状态下,显示出P-RED算法具备良好的鲁棒性.所以,基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制研究工作不仅非常可行,而且在很大程度上具有实践意义,能够为将来的计算机网络发展,产生较大的积极影响.6总结

本文就基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制进行了一定的阐述,从现有的情况来看,此项工作还需要进一步提高,并且彻底解决其中的问题.今后的工作重点在于,要对相关领域进行一定的研究,通过相关领域的研究成果,能够帮助基于P-RED算法的计算机网络TCP拥塞控制研究工作更好的进行.