计算机网络拥塞的高效控制方法

时间：2022-10-05 22:03:01 计算机毕业论文我要投稿

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计算机网络拥塞的高效控制方法

　　计算机网络拥塞的高效控制方法【1】

　　摘要：计算机网络拥塞会造成数据丢失、网络资源分配率低、吞吐率减小等问题，严重影响计算机网络服务质量。

　　传统TCP拥塞控制机制无法满足飞速发展的计算机网络，本文以传输控制层网络拥塞机制为基础，配制网络资源队列管理策略对传统计算机网络拥塞控制机制进行了改进，仿真实验表明，改进之后的控制机制能够有效解决网络拥塞问题，还提高了其服务质量。

　　关键词：网络拥塞控制方法队列管理

　　随着信息时代的到来，计算机网络开始在社会上普及，迎来了一个飞速发展的时代。

　　广泛应用的计算机网络极大的丰富了人们的生活，正逐渐成为人们日常生活中不可缺少的一部分，并被应用到军事、文化等诸多领域。

　　尤其是最近几年，我国的网民数量呈级数增长，不断激增的数量直接导致了计算机网络规模的急剧碰撞。

　　但是计算机网络的资源容量并没有伴随着网民数量的增加而增加，或者说其速度远远达不到网民增加的速度，这就导致了计算机网络的拥塞问题。

　　一旦发生拥塞，计算机网络的性能就会大幅下降，甚至导致网络崩溃。

　　其造成的数据延时、性能下降、网络数据包丢失等问题，已经成为计算机网络发展的关键性难题，并严重影响着计算机网络服务质量的高低。

　　所以如何高效控制计算机网络拥塞问题，已经成为当下的热点问题。

　　数据能否准确传输，资源分配是否合理，都影响着计算机网络的服务质量。

　　传统TCP拥塞控制机制只是单向的尽力而为理念，往往在访问激增的时候造成数据丢失、数据传输不准确，资源分配不合理等问题。

　　为了解决这个问题，本文提出了一种改进之后的计算机网络拥塞控制方法。

　　这是一种基于TCP层网络拥塞机制，配制IP层资源队列管理模式的一种新型拥塞控制方法。

　　在解决计算机网络拥塞的同时，也能够保证计算机网络的服务质量，是一种高效计算机网络拥塞控制方法。

　　1 拥塞控制相关理论概述

　　为什么会发生网络拥塞呢?主要是因为计算机网络中需要传输处理的数据分组数量，已经接近其处理数据的能力极限，从而导致用户的通信请求被延迟或者丢失，降低了计算机网络的服务质量。

　　基于这个问题我们首先应该看到的是，计算机用户的数量和其传递的数据资源数量，是无法控制的，所以之所以会发生计算机拥塞现象，本质上还是网络无法适应用户超载的要求，一旦用户的请求超过了其处理能力和资源容量，就会产生网络拥塞现象。

　　详细总结起来，计算机网络拥塞的原因有两个。

　　第一，计算机网络的资源分布极度不均。

　　每一个处于计算机网络中的传输节点，都有着各自的传输能力，而它们的能力是不一样的。

　　也许上一个节点传递过来的数据速率，经由下一个节点传递下去的时候，会因为传输能力的不同而消弱很多，造成计算机网络拥塞。

　　第二，计算机网络中的节点流量分布不均。

　　每一个网络节点都是和其他的节点相连的，当同时有多个数据从多个节点向一个节点传来的时候，就可能因为节点的资源容量有效，而出现网络拥塞现象。

　　由以上我们可以得出这样一个结论：处理好网络拥塞问题的关键在于协调好网络负载、吞吐量和响应时间之间的关系。

　　避免数据同时传递，可以进行优化设计，使计算机网络始终处在高速运行状态。

　　如此看来，传统的TCP拥塞控制机制就无法满足我们的设想了，因为该机制奉行尽力而为的理念，并不是一定传输。

　　如果在数据传输的时候发生拥塞现象，那么该机制可能就会因为不能替很多数据找到路径而丢弃他们，这就是所谓的数据丢失。

　　传统拥塞控制机制具有较高的数据丢失率，而且因为丢弃数据包，也会降低网络的吞吐量，而吞吐量和网络的数据传输效率是正比的关系。

　　由此可以看出传统控制方法很难控制数据丢失和传输分配的效率，导致计算机网络服务质量下降。

　　基于此我们提出了以传输控制层网络拥塞机制为基础，配制网络资源队列管理模式的一种新型拥塞控制方法。

　　2 改进的计算机网络拥塞高效控制机制

　　传统TCP层拥塞控制机制虽然能够在一定程度上解决计算机网络拥塞问题，但是由于秉承的是“尽力而为”的机制，常常会在网络规模不断扩大的现在出现数据丢失，网络资源难以访问等难题。

　　通过传输控制层网络拥塞机制联系网络资源队列管理模式，改进拥塞控制机制，提高计算机网络的服务质量。

　　前面已经对传输控制层拥塞控制机制进行了简单的理论介绍，下面对网络层的资源队列管理模式进行简单的论述。

　　2.1 先进先出原则的建立

　　先进先出原则又叫先到先服务原则，简单的说就是第一个到达的数据进行优先服务。

　　网络数据包一般是经由发送端发出，通过网络进行数据传输，然后到达路由器之后进行数据储存服务，该服务服从先到先服务的原则。

　　但是要注意的是路由器的储存空间毕竟是有限的，如果接受的数据包过多，堆积满缓存空间之后，之后传输过来的数据就会丢失。

　　2.2 网络资源队列管理策略

　　构建了先到先服务原则之后，接下来应该对网络资源的队列策略进行规定。

　　一般可以分为公平排队和在其基础上建立起来的加权公平排队。

　　基于先进先出原则，对最先到达并且存储在缓存空间中的数据包展开服务，随后就是利用加权公平排队的调控器循环服务于各项数据包，并一直重复这种服务，直到循环停止。

　　能够在一定的时间之内，收到符合要求数量的服务是加权公平排队最大的优点。

　　也就是说在其控制下，保证在一定的时间之内，分配权值的某个类能够得到符合要求数量的服务。

　　包括网络吞吐量等都可以用其来控制。

　　另一个关键的控制是对于平均队列长度和数据丢失率的监控。

　　相关研究表明，对一个传递过来的数据包进行处理的时候，对处于队列中的数据进行长度监控，观测其长度和设定的判别阈值的大小关系。

　　如果队列长度小于设立的最小判定阈值，那么对其直接放进队伍，进行传输服务;如果是处于最小阈值和最大阈值之间，则需要监控计算该数据包的丢失率，随后依据计算得来的丢失率判断是否对该数据进行丢弃处理。

　　如果队列长度大于设立的最大阈值，那么应该直接将数据丢弃，不进行数据传输。

　　这样一来，依靠只能判断，就高效地完成了计算机网络拥塞的控制。

　　3 计算机网络拥塞高效控制机制的评价

　　完成了拥塞控制方法的设计之后，需要对设计的机制进行评价。

　　依照评价计算机服务质量的指标：吞吐率、数据包丢失率、时间延迟等，但是因为计算机一旦出现拥塞现象，将会影响整个网络的有效运行，所以应该选取能够反映整个网络性能的量，常用的就是数据丢失率以及网络资源的分配效率。

　　前者表征了拥塞控制机制保证网络数据信息完整传输的能力，从最基本的数据信息层面上保证了网络的健康。

　　而后者表征建立的高效拥塞控制机制在解决了一些问题之后，优化网络的能力大小。

　　两者都可以通过相关的公式计算出来。

　　评价应设立一个调节系数，如果重视的是网络的吞吐率，则调节系数要大于1，如果重视的是响应时间的控制，调节系数要小于1。

　　通过相关仿真实验可以看出，新的拥塞控制机制丢包率仅为8%，远远低于传统机制的37%，无论是响应时间还是网络资源的分配效率，都远远优于传统控制机制。

　　综上所述，改进之后的拥塞控制机制以传输控制层网络拥塞机制为基础，配制网络资源队列管理策略，能够很好的解决网络拥塞问题。

　　根据仿真实验可以看出，改进之后的各项评价指标都优于传统机制，不仅解决了计算机网络拥塞问题，还提高了其服务质量。

　　参考文献：

　　[1]周敏，陈前斌，唐伦等.基于RTT相位图的TCP拥塞控制[J].重庆邮电大学学报(自然科学版)，2009，21(5)： 638-641.

　　[2]董洪灿，刘涛，芦静蓉等.复杂计算机网络中拥塞控制的研究及若干新思路[J].信息技术，2007，31(7)：12-15，19.

　　[3]杜佳.计算机网络拥塞模型及控制方法的研究[J].硅谷，2010，(16)：105.

　　[4]梁伟，张顺颐.高速长时延拥塞控制的系统稳定性研究[J].南京邮电大学学报(自然科学版)，2011，31(3)：67-71.

　　对TCP/IP计算机网络拥塞控制的研究【2】

　　摘要：为提升计算机的网络性能，更好地避免拥塞现象的发生，需要对其进行必要的技术控制。

　　鉴于此，对基于TCP/IP协议的网络拥塞控制方法进行分析。

　　在TCP拥塞控制中主要采用TCP Tahoe，TCP Reno，TCP New Reno以及TCP Sack四种方法，其中TCP New Reno对快速恢复算法进行了改进，通过对TCP协议中的Reno进行可视化处理，实行对网络拥塞的有效管理。

　　而IP拥塞控制方法则分为FIFO，FQ和WFQ，RED以及ECN四种类型，通过队列调度管理方式实现了对网络拥塞的有效管理。

　　关键词：网络拥塞; 优化技术; 控制技术; TCP/IP协议

　　0 引言

　　网络存储空间、带宽容量、处理器自身性能以及网络结构不合理等都有可能造成网络拥塞的现象发生，具体表现为数据信息包接收延误、丢弃概率增加、上层应用系统的性能降低等。

　　现阶段，TCP/IP协议是互联网采用的主要数据流，因此，目前对网络拥塞控制的研究主要集中在互联网TCP/IP协议上。

　　现在比较典型的网络拥塞控制机制是应用于互联网设备、基于TCP的拥塞控制方法和用于端系统以及基于IP的拥塞控制方法。

　　本文主要阐述了TCP拥塞控制和IP拥塞控制的几种常见算法，通过对比分析指出这些算法的优缺点，并对这些网络拥塞控制算法进行优化升级。

　　1 网络拥塞的原因分析

　　网络拥塞主要是指用户对网络资源的需求量超过了现有的容量，从而造成过载状态。

　　因为在互联网络中，势必会在某一些通信子网中存在较多的分组，这样就会降低网络的通信性能，也就是网络拥塞现象。

　　当计算机传输到通信子网中的分组数量在标准容量范围内，这些数据信息将会全部送达目的地，而且送到的数量与发送的数量成比例。

　　但是，一旦网络传输的数据信息量急剧增加，造成路由器瘫痪，就会出现分组丢失，并且会导致情况持续恶化。

　　在网络传输数据量不断增加的同时，拥塞范围也会持续扩张，以至于几乎没有分组能够送达。

　　造成网络拥塞的原因主要有以下几个方面：

　　1.1 存储空间限制

　　网络信息的传输端口都有一定的存储空间，如果输入数据流增多，就需要暂时保留在存储空间内等待输出。

　　此时如果端口的数据转发速率低于数据包的到达速率，存储空间就会由于传送不及时而被占满，此时后面到达的数据包就会被丢弃。

　　虽然可以通过增加存储空间缓解输出端口的压力，但是伴随着存储空间的无线增加会造成数据包在转发过程中虽然已经超时，但是源端仍然会因这些数据包在传输过程中被丢弃而要求重发，这样不仅严重降低了互联网的工作效率，而且还会使网络拥塞现象更加严重。

　　1.2 带宽容量的限制

　　根据香农理论，信息源的发送速率必须小于或者等于信息通道的容量，此时网络才能正常运行。

　　但是如果网络带宽容量无法满足高速数据流的输入，即源端带宽大于链路带宽时，会造成数据包在网络节点中积压，形成网络拥塞。

　　1.3 处理器性能的局限性

　　处理器性能无法满足高速链路的需求，影响其工作效率，从而造成网络拥塞。

　　除此以外，在互联网中由于网络结构的不合理等原因也会造成网络拥塞现象。

　　网络拥塞过程如图1所示。

　　图1 网络拥塞过程图

　　2 TCP/IP网络拥塞控制研究

　　控制网络拥塞是一项系统工程，仅仅从某一方面入手无法有效地控制网络拥塞，有时甚至会加重拥塞，因此必须把网络拥塞当作是一个复杂的系统进行深入研究。

　　从控制论的角度出发，可以将网络拥塞的控制当作一个反馈系统，该系统主要输入网络拥塞的各种信息，而输出的则是端系统对发包速率的调整，此时端系统的发包速率影响着网络拥塞的程度。

　　下面主要从TCP和IP两个方面分析网络拥塞控制的算法研究。

　　2.1 TCP拥塞控制方法

　　传输控制协议(Transmission Control Protcol，TCP)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

　　该协议主要是为广域网设计，提供可靠的数据流服务，通过带重传的肯定确认技术实现传输的可靠性。

　　因此对于TCP的拥塞控制一直都是网络拥塞研究的重点内容。

　　传统的TCP网络拥塞控制方法主要是基于Van Jacobson提出的 “拥塞避免”算法、“慢启法”算法以及一个用于估计周转RTT的算法等。

　　可以说这些算法为后期TCP网络拥塞控制的进一步研究提供了理论基础，以至于后期的TCP网络拥塞控制研究都是在这些算法上进行的升级和改进。

　　目前主要有TCP Tahoe，TCP Reno，TCP New Reno以及TCP Sack四种类型。

　　TCP Tahoe分为加性增和乘性减、慢启动以及快速重传三个部分。

　　加性增和乘性减主要是通过对拥塞窗口值增加或者减少的方式实现对网络拥塞的控制;而慢启动则是在数据发送的初始化阶段对数据包进行慢速率的发送，但以指数的速度快速增加其发送速率来避免初始化阶段由于发送窗口过小造成的带宽浪费;而快速重传则主要针对丢失包，在不必等到重传超时的情况下就可以立即发送。

　　TCP Reno可以说是TCP Tahoe的升级优化，与TCP Tahoe相比TCP Reno拥有快速恢复功能，可以将拥塞窗口减半从而进入拥塞避免阶段;TCP New Reno则更加避免了TCP Reno在快速恢复阶段出现的重传超时，更好地提升网络性能;TCP Sack是在检测到网络拥塞的丢失包后，对这些数据进行选择确认后有选择性的重传。

　　TCP网络拥塞控制方法比较见表1。

　　表1 TCP网络拥塞控制方法

　　[类型\&优点\&缺点\&TCP Tahoe\&建立了TCP拥塞控制的基础，避免了拥塞崩溃的发生\&没有快速恢复，轻度时，

　　拥塞窗口减小，降低吞吐量\&TCP Reno\&增加了快速恢复，轻度拥塞时保持较高的拥塞窗口\&检测到丢包，重传所有

　　丢失与检测到所有丢失包\&TCP New Reno\&利用一个ACK确认部分发送窗口，避免过多的重传\&在高速网络中不能

　　有效利用带宽\&TCP Sack\&检测到拥塞时，选择性的重传包，避免不必要的重传\&需要修改TCP接收端，

　　实现复杂\&]

　　2.2 IP拥塞控制方法

　　网络互联协议(Internet Protcol，IP)主要是为计算机网络互联过程中的通信而设计的一种协议，因此可以说，在互联网中IP规定了计算机在互联网上进行通信时所遵守的规则。

　　典型的IP拥塞控制方法包括FIFO，FQ和WFQ，RED以及ECN四种类型。

　　先入先出原则(First Input First Output，FIFO)，顾名思义就是对先到达的数据包进行优先服务，被广泛用于队列调度的管理方式中;FQ和WFQ，即公平排队原则(Fair Queuing)和加权公平排队原则(Weighted Fair Queuing)，通过识别对话例如数据流的形式，并将其按照对话形式进行分组，确保传输容量被这些独立的对话公平分享，加权公平排队可以在网络拥塞发生时自动稳定网络运行，减少分组重发;随机检测算法(Random Early Detection，RED)包括监控队列长度和丢弃数据包两个部分，主要是通过对路由器中的数据包队列长度进行实时监控。

　　在发生空间占满之前随机的将一些数据包丢弃，从而减少进入输出端口的数据信息量;显示拥塞指示算法(Explicit Congestion Notifcation，ECN)，在发送端可以更好地得到拥塞通告，避免不必要的丢包事件发生。

　　IP网络拥塞控制方法见表2。

　　表2 IP网络拥塞控制方法

　　[类型\&优点\&缺点\&FIFO\&简单且易于实现\&会导致全局同步和

　　公平性问题\&FQ和WFQ\&可实现链路的公平分配\&需要维护每个数据流的

　　状态，实现复杂\&RED\&早期预测拥塞，有利于

　　处理突发数据流\&参数确定较难，而且

　　稳定性存在问题\&ECN\&通过标记，不是丢包通知

　　拥塞，避免不必要的丢包\&不兼容ECN的连接，会忽略通告信息。

　　通告信息本身可能丢失\&]

　　2.3 TCP/IP网络拥塞控制比较

　　通过以上分析，可以看出TCP网络拥塞控制方法主要是对在端系统中，对信源进行有效控制，在拥塞发生和控制过程中会产生一定的延迟，很有可能传递拥塞信息反馈在数据传输完成后才到达发送源端。

　　而IP则主要集中在网络中，通过感知网络拥塞的发生采取必要的控制措施，可以区分不同的发送源端产生的数据信息，通过队列调度方法实现对带宽的公平使用，因此，适用于短期的网络拥塞控制。

　　TCP/IP网络拥塞控制比较见表3。

　　3 结语

　　综上所述，TCP/IP是为广域网设计的，其目的是为了解决Internet的稳定性、易定性、各流之间享用带宽的公平性、使用效率及拥塞控制等问题，从而为Internet提供可靠、健壮的端到端通信。

　　因此TCP/IP网络拥塞控制就成了拥塞控制研究的重点问题。

　　本文通过对比分析TCP和IP拥塞控制的方法，可以看出这些拥塞控制方法都是基于传统的控制理论衍生出来的，在发展过程中虽然有所改进，但是自身都会存在一定的局限性，因此缺乏一套系统完善的理论分析工具进行指导。

　　希望今后在网络拥塞控制研究中引入智能控制理论，解决好拥塞算法分布性、复杂性以及对性能等方面的要求，从而取得突破性的进展。

　　表3 TCP/IP网络拥塞控制比较

　　[\&TCP拥塞控制\&IP拥塞控制\&实现位置\&端系统\&网络内部\&延迟\&较大\&无\&不同数据流间的公平性\&难以实现\&可以实现\&长期拥塞\&可以处理\&无法处理\&短期拥塞\&可以处理\&较好处理\&]

　　参考文献

　　[1] 赵晨.基于无线网络的TCP跨层拥塞控制机制[D].沈阳：辽宁大学，2011.

　　[2] 邵永刚.基于主动队列管理的网络拥塞控制算法研究[D].郑州：郑州大学，2010.

　　[3] 孙旭.基于TCP/IP协议的网络拥塞控制方法研究[D].济南：山东科技大学，2011.

　　[4] 尹翔.异构网络环境下拥塞控制方法研究[D].杭州：浙江大学，2013.

　　[5] 王宏伟.TCP/IP网络拥塞控制中主动队列管理算法研究[D].沈阳：东北大学，2009.

　　[6] 夏仲平，蒋泽军，王丽芳，等.对Windows TCP/IP协议栈的一种简化设计[J].现代电子技术，2012，35(8)：93?96.

　　基于P―RED算法的计算机网络TCP拥塞控制【3】

　　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。

　　3 TCP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--flow buffering策略，这种策略是现阶段较为流行的一种策略。

　　所谓的per--flow buffering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--flow buffering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。

　　4 AQM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。

　　4.1 RED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。

　　4.2 P--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。

　　新提出的P--RED算法，能够有效的克服时延RTT对AQM控制产生的不利影响。

　　P--RED原理框图如图2：

　　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--RED AQM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=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=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。

　　参考文献

　　[1]陈依群，翁亮，顾尚杰，诸鸿文.分离TCP拥塞控制和可靠传输机制[J].上海交通大学学报，2000(06).

　　[2]朱丽，温晓晖，李伟.Internet的TCP拥塞控制机制改进[J].广州航海高等专科学校学报，2003(02).

　　[3]孔莹莹，蒲海涛.一种基于不完全微分PID的随机早期检测算法[J].青岛大学学报(工程技术版)，2010(04).

　　[4]陈依群，铁玲，顾尚杰，诸鸿文.改进的随机提前检测算法[J].上海交通大学学报，2001(11).

　　[5]肖道举，王悦，陈晓苏.基于侦听机制的网络拥塞控制模型[J].华中科技大学学报(自然科学版)，2003(08).

　　[6]蔡文郁，张昱，金心宇，周绮敏.一种基于PID控制的自适应随机早期检测算法研究[J].浙江大学学报(工学版)，2006(11).

　　[7]姜文刚，孙金生，王执铨.TCP拥塞控制中的死锁与混沌[J].南京理工大学学报2011(04).

　　[8]蔡文郁，张昱，金心宇，陈抗生.RF-RED：一种速率公平的RED改进算法[J].浙江大学学报(工学版)，2007(04).

　　[9]李仁发，莫铁强，刘钰锋，孙婷.随机早期诊断(RED)队列管理算法的改进研究[J].小型微型计算机系统;2003(03).

　　[10]陈宇，苏慧峰，张乃通.采用E--2CN拥塞控制的TCP连接时延模型分析[J].计算机工程，2005(11).

　　[11]邓晓衡，陈志刚，王建新，曾志文.基于测量的TCP拥塞控制的公平性研究[J].小型微型计算机系统，2004(11).

　　[12]董世强，万建成，赵刚.基于区分服务模型拥塞控制的改进RED算法[J].计算机系统应用，2005(02).

　　[13]叶攀，罗红霞，刘光鹏，李若愚.基于AJAX和JSF的WebGIS应用研究――以西南大学WebGIS为例[J].测绘科学，2001(02).

　　[14]黄静，许力.基于可信度的簇间多跳LEACH算法[J].华侨大学学报(自然科学版)，2012(03).

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