光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中TCP性能的研究.pdf

1、光突發(fā)交換(OBS)是近年來出現(xiàn)的一種新型交換技術(shù)，由于它充分結(jié)合了光的高速傳輸能力和電的靈活處理技術(shù)，被認(rèn)為是未來IP/DWDM全光網(wǎng)絡(luò)的可行性方案，已受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注和重視。但是，OBS網(wǎng)絡(luò)距離真正的實(shí)用化，還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，例如，如何更好地支持目前Internet上廣泛使用的傳輸控制協(xié)議? 本文首先簡(jiǎn)要介紹介紹“863”計(jì)劃“業(yè)務(wù)導(dǎo)向的OBS系統(tǒng)研究”支持的基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換(LOBS)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)

2、，通過仿真與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分析OBS網(wǎng)絡(luò)特性(丟包與突發(fā)包組裝)對(duì)TCP性能的影響；而后利用三種不同途徑改善OBS網(wǎng)絡(luò)上TCP性能：突發(fā)組裝參數(shù)的優(yōu)化、基于ACK報(bào)文的組裝調(diào)度算法、引入重傳機(jī)制的復(fù)合隊(duì)列批量調(diào)度算法。第一種方案通過實(shí)驗(yàn)與仿真對(duì)組裝參數(shù)的進(jìn)行優(yōu)化從而最大化TCP可用帶寬，但該方案不能降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞丟包率，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能改善相當(dāng)有限；第二種方案則與丟包相關(guān)，通過控制確認(rèn)報(bào)文ACK的丟失達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)性能的目的，但是該算法在低丟包率

3、下由于無法克服錯(cuò)誤超時(shí)Fro(False Time Out)的固有弱點(diǎn)，所以改善并不明顯；針對(duì)該固有缺點(diǎn)，第三種方案通過引入重傳機(jī)制與復(fù)合隊(duì)列盡量克服FTO的影響，仿真表明TCP性能的改善相當(dāng)明顯。 論文的主要工作歸納如下： 1．因?yàn)镺BS網(wǎng)絡(luò)相比于分組網(wǎng)絡(luò)的新特征，如采用突發(fā)組裝增大傳輸交換粒度等，TCP傳輸在OBS網(wǎng)絡(luò)中會(huì)產(chǎn)生新的特性。本文首先通過實(shí)驗(yàn)與仿真研究突發(fā)包丟失對(duì)TCP傳輸性能的影響，得出結(jié)論：為了提高網(wǎng)絡(luò)

4、性能，應(yīng)該盡可能地降低突發(fā)包丟失的概率，這一結(jié)論構(gòu)成了整個(gè)論文工作的基礎(chǔ)。而后，研究突發(fā)組裝對(duì)上層TCP傳輸?shù)挠绊?，即延時(shí)損傷效應(yīng)與報(bào)文段關(guān)聯(lián)增益。最后，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)突發(fā)組裝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，綜合考慮延時(shí)損傷和報(bào)文段關(guān)聯(lián)增益的影響，存在一與丟包率無關(guān)的特定組裝時(shí)長(zhǎng)門限，使得TCP可用帶寬最大。但該措施不能改善OBS網(wǎng)絡(luò)中的丟包特性，所以對(duì)TCP性能的改善作用相當(dāng)有限。 2．修正以往文獻(xiàn)中關(guān)于確認(rèn)報(bào)文ACK無丟失的假設(shè)，建立了

5、更貼近現(xiàn)實(shí)的OBS網(wǎng)絡(luò)上TCP的吞吐量模型。仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了所修正模型的準(zhǔn)確性，同時(shí)表明ACK報(bào)文的無丟失或者少丟失有助于改善OBS網(wǎng)絡(luò)中TCP的性能。在此基礎(chǔ)上，本論文提出兩類基于ACK的組裝調(diào)度算法：基于TCP/ACK的組裝算法、ACK優(yōu)先調(diào)度算法。仿真表明，兩種機(jī)制都能有效改善網(wǎng)絡(luò)性能，并且后者有著更好的表現(xiàn)，如0.6％丟包率下，相對(duì)于傳統(tǒng)算法，基于TCP/ACK組裝算法改善網(wǎng)絡(luò)性能7％，而ACK優(yōu)先調(diào)度算法改善網(wǎng)絡(luò)性能1

6、7％。但在低丟包率(低于0.1％)情況下改善并不明顯，主要是因?yàn)榈蛠G包率情況下，網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)包丟失很少發(fā)生，使得ACK報(bào)文無丟失或少丟棄的保證變得無足輕重，并且無法克服錯(cuò)誤超時(shí)FTO的固有弱點(diǎn)，造成TCP吞吐量的下降。 3．本文在OBS層引入突發(fā)包重傳機(jī)制，從而確保丟包發(fā)生時(shí)，先由OBS層對(duì)丟失的突發(fā)包進(jìn)行重傳，盡量避免不必要的TCP擁塞控制機(jī)制的作用。本文建立了基于OBS重傳機(jī)制的TCP吞吐量模型，仿真與解析結(jié)果表明，重傳機(jī)制會(huì)

7、在一定程度上優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，但在相當(dāng)高的突發(fā)包阻塞率及高負(fù)載的情況下改善不明顯，甚至?xí)夯W(wǎng)絡(luò)性能。為此，提出了一種基于突發(fā)包重傳機(jī)制的復(fù)合隊(duì)列批量調(diào)度算法RGMQ，通過引入批量調(diào)度機(jī)制，增加批量調(diào)度窗口⊿T，改善網(wǎng)絡(luò)突發(fā)包阻塞特性；另外，基于突發(fā)包重傳機(jī)制的復(fù)合隊(duì)列保證重傳次數(shù)多的突發(fā)包優(yōu)先傳送，也在一定程度上提高了帶寬利用率，仿真結(jié)果表明相對(duì)于傳統(tǒng)算法，RGMQ在低沖突率(低于0.1％)下提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，如0.1％概率下，TCP吞吐量