EHSTCP改进的高速TCP算法

PAGEPAGE1EHSTCP：改进的高速TCP算法国家杰出青年基金（60525303），国家自然科学基金（60404022），河北省自然科学基金（F2005000390,F2006000270）资助。龙承念，男，博士，副教授，主要研究方向：高速网络拥塞控制、无线传感器网络。Email:dylcn@.杨会龙，男，1981年11月生，硕士，主要研究方向：高速网络拥塞控制。Email:beyondyang6@.李欣，男，1981年7月生，硕士研究生，主要研究方向：高速网络拥塞控制。Email:feiren2000_1@163.com.关新平，男，1963年6用生，教授，博士生导师，主要研究方向：无线传感器网络，网络拥塞控制。Email:xpguan@.龙承念1）杨会龙1）李欣1）关新平2）1)（燕山高校电气工程学院网络掌握与生物信息讨论中心，河北秦皇岛066004）2)（上海交通高校电子信息与电气工程学院自动化系，上海200240）摘要：TCP在高带宽时延积网络中不能获得良好的性能,主要表现为低的吞吐量和大的窗口震荡。HSTCP算法解决了传统TCP算法在高带宽时延积网络下的性能瓶颈,但HSTCP在拥塞点时会产生大量的数据包丢失，同时当队列管理为去尾算法时，存在着严重的RTT不公正性问题。针对HSTCP算法的性能缺陷，本文提出一种在拥塞避开阶段进行拥塞避开模式切换的改进算法,称为EHSTCP。基于拥塞窗口历史值的端到端可用带宽猜测方法，利用拥塞窗口历史信息来推断拥塞避开切换点。同时引入RTT公正因子，消除了HSTCP的RTT不公正性问题。NS2仿真实验验证了算法的有效性.关键词：HSTCP，拥塞掌握，TCP,包丢失，RTT不公正性1引言随着因特网的迅猛进展,网络规模、用户和应用急剧增加,随之而来的是日益突出的网络拥塞问题。拥塞掌握是确保因特网鲁棒性的关键因素,也是各种管理掌握机制和应用的基础，因此成为当前国内外计算机网络和掌握理论交叉领域的一个热点课题[1]。下一代因特网具有高带宽时延积特性,给现有的讨论提出了新的挑战。该问题主要体现在如下两个方面：第一，现有的TCP/AQM协议框架在包层次上的算法性能降低.主要缘由在于高的带宽时延积会带来格外大的TCP拥塞窗口（数量级为）。但传统的TCP拥塞掌握机制主要采纳加式递增乘式递减(AIMD）形式的拥塞避开机制[2—5］，在AIMD调整过程中，如此大的拥塞窗口必定会导致“过缓”或“过激”的效应.如加式提升，每一来回时延（RTT）仅增加一个包，这使得用户达到稳态吞吐量的时间过长。若可用带宽为1Gbps，一个包长为1500字节，RTT为200ms的TCP链接需要27分钟才能从包丢失的状态重新获得可用带宽。当发生包丢失和ECN标记时，将当前拥塞窗口（cwnd）减半,这种行为又显得过激,带来大的拥塞窗口振荡，导致低的网络吞吐量。其次,在流量层次上现有算法的鲁棒性和稳定性难以保证。保持大的平衡窗口需要微小的包丢失率(数量级为)，它们的关系如式(1）所示。(1)其中为用户的平衡窗口大小，为端到端的包丢失概率的平衡值，为比例因子。很显然随着带宽时延积的增加，在实际网络中该平衡状态将难以保证。当前国际上对于高带宽时延积网络拥塞掌握算法的讨论主要分为三类，一类基于包丢失机制，主要算法包括HSTCP[6]、STCP［7]、BIC［8］和L—TCP［9］;其次类基于端到端队列时延变化,如FASTTCP[10］;第三类基于多比特的全信息反馈掌握机制,主要算法有XCP[11］.还有一些其它的高速TCP算法,如H—TCP[12］、SQRT［13]、CUBIC［14]和AntiECN［15］。HSTCP算法在高带宽网络环境中解决了标准TCP算法的主要性能缺陷,并且实现简洁，便于在实际网络中推广，该方案已经被IETF所采纳。由于HSTCP在拥塞避开阶段采纳非线性的增长模式，当产生突发流时，在拥塞点会造成大量的数据包丢失[6］。文［16]提出采纳Block—pacing机制来减轻这一问题，Block机制将窗口的增长部分划分为两个阶段:快速增长阶段和线性增长阶段，即当HSTCP流没有获得可用带宽时采纳快速的增长方式，当接近可用带宽时转换为标准TCP的增长方式，这样可以避开过多的包丢失。文[18］同样采纳了双模态的窗口增长方式，该文献指出采纳两种模态相互转换的增长方式可以降低包丢失大事的发生频率，从而降低包丢失率。该机制运用于与传统TCP共同存在的混合网络中能提高传统TCP的吞吐量，改善HSTCP的TCP友好性，类似的工作还有文［19］。但上述方法均是依据队列时延的变化来猜测网络拥塞的，Biaz在文[20］指出运用来回时延的测量信息不能充分地反映路由器队列长度的变化,不能被用来作为拥塞发生的指示，因此运用队列时延难以精准地推断窗口增长模式的切换点,类似的工作还有[21］等。在高速网络环境下较小的缓冲区更加适合市场的需求，因此要求路由器缓冲区要小于带宽时延积，这使得运用队列时延变化进行可用带宽估量更难以实现.为解决这一难题，本文提出了一种新的切换点推断方法。该方法基于窗口历史动态来猜测网络的可用带宽。依据估量的端到端可用带宽，我们可以设定一个适当的切换阈值。当网络的瓶颈链路利用率超过切换阈值时,拥塞避开阶段从高速的增长模式切换为TCP的低速增长模式。在去尾算法下，HSTCP存在严重的RTT不公正性，即长时延的HSTCP流与短时延的HSTCP流相互竞争时带宽安排极其不公正[8]。文[16]通过选取RTT公正因子，使窗口的增加量与来回时延无关，但网络吞吐量与RTT成反比例关系，因此没有完全解决HSTCP存在的RTT不公正性问题。文[17］选取的RTT公正因子为,消除了RTT对吞吐量的影响。本文仍采纳引入RTT公正因子方法解决HSTCP算法的RTT不公正性,不同之处是我们把RTT公正因子扩展到了更为一般的形式,选取RTT公正因子为，依据不同算法的响应函数，合理的选取参数能够消除RTT对吞吐量性能的影响，该方法不但适应于HSTCP算法，同样适应于其它的高速TCP算法。2HSTCP算法性能分析和相关的改进工作2。1HSTCPS.Floyd针对TCP算法在高带宽时延积网络环境下存在的扩展性问题和响应缓慢的缺点，提出了一种基于包丢失的AIMD窗口调整算法HSTCP［6］.它与传统的算法设计思路相反，首先从流量层次着手来设计合适的响应函数，然后依据所设计的响应函数给出包层次上的拥塞避开算法。为了在低速网络环境下保持TCP友好性，HSTCP首先确定出一窗口阈值，当时,HSTCP保留了传统的TCP窗口调整机制,依据TCP的响应函数可以计算出当时。为了保证在传输媒介允许的包丢失率的范围内维持大的平衡窗口,HSTCP选取在包丢失概率为时窗口为83000，即,。然后选取和，它们之间成如下的对数线性关系(2）其中，代入,,，可得。由式(1)可得出HSTCP的响应函数（3）HSTCP依据上述响应函数，设计包层次上的拥塞避开算法。它仍采纳AIMD形式的窗口调整机制,但窗口的变化量，是随着窗口的大小自适应变化的。该算法在包层次上窗口动态调整如下：其中加式增加因子和乘式下降因子的选取直接影响到该算法的响应性能。HSTCP首先依据当前窗口大小来计算出,简略如下式：(4)其中。由上式可知是随着窗口的增加而削减的，且在之间变化。该设计确保了在大的窗口时，算法下降的调整量不会太大，避开了过大的窗口抖动，从而获得高的吞吐量。对于AIMD形式的算法，存在如下的窗口平衡状态（5）由上式可知：(6） HSTCP通过在流量层次上设计合适的响应函数,在包层次上设计自适应变化的窗口调整量、，保证了该算法的可扩展性。2。2HSTCP的RTT不公正性和TCP非友好性本节主要提出HSTCP存在的两个主要缺点:DropTail队列管理算法下RTT不公正性，以及HSTCP流与传统的TCP流在网络中共同存在时的TCP非友好性。 文[8]在同步反馈的模型基础上给出了不同时延的HSTCP流相互竞争时的吞吐量关系，如下式（7)所示（7）其中对于HSTCP，。从式(7)可以看出，当两条流的来回时延之比为1：2时，其吞吐量之比为76.11：1,可见HSTCP具有较高的RTT不公正性。 文［16，18,19］指出当HSTCP流与标准TCP流相互竞争可用带宽时，HSTCP流会过分地掠夺标准TCP流的资源，造成标准TCP流极低的吞吐量。其根本缘由在于HSTCP采纳相对于TCPSack过于侵略的增长方式和过于保守的下降方式造成。 除了上述两个缺陷之外，HSTCP还存在另外一个重要的缺陷,即突发的包丢失和由于其可扩展性带来的过多的包丢失，可扩展性带来的包丢失主要是由于HSTCP实行了过于侵略的窗口增加机制造成的。HSTCP算法在一个RTT内窗口的增加量为。当路由器发生拥塞时，源端要经过一个RTT的时间才能获得包丢失信息，在这段时间内，源端窗口又增加了，此时这些新增加的数据包都要被丢掉。文[16]中对该现象作了简略的分析和仿真验证，这里不再简略叙述。2.3相关的改进工作 针对上述HSTCP存在的性能缺陷，一些学者提出了改进算法，主要有TCPAfrica［18］、CB-HSTCP［16］和gHSTCP[19］.为了削减HSTCP可扩展性带来的过多的包丢失和改善HSTCP同标准TCP之间的友好性,这三种算法均采纳了两种拥塞避开模式相互转换的窗口增加模式。当HSTCP流没有获得可用带宽时，实行HSTCP的快速的窗口增长方式去探测可用带宽，当网络即将发生拥塞时，转换为标准TCP的低速的窗口增加方式，这样可以避开HSTCP可扩展性带来的过多的包丢失。同时可以改善同标准TCP流之间的友好性.下面我们简洁介绍TCPAfrica和CB—HSTCP算法的切换点推断机制.TCPAfrica的切换点的推断机制为其中可以视为当前源端的发送速率,为源端对链路队列时延的估量值,这样为源端对路由器缓冲区内该条流的数据包的估量值.当该估量值小于预先设定的阈值时，进行增长方式的切换。但毕竟应该怎样设置是一个问题:设得过大会造成切换点转换的过晚,甚至不能转换；设得过小会造成切换点的过早转换,造成低的吞吐量.抱负的设置应该是，其中为用户数。但是对于源端来说缓冲区大小是未知的，网络中的用户数也是时变的，这成为限制TCP—Africa难以精准推断切换点的重要缘由。CB-HSTCP的切换点推断机制为即CB-HSTCP是依据当前的队列时延占队列时延最大值的比值来推断切换点的,当该比值小于一个预先设定的阈值时，进行增长方式的转换，在实际网络中队列时延的变化是随机的，在每次发生包丢失时获得的队列时延最大值也是随机变化的.为说明此问题，在NS2中进行仿真跟踪了队列时延的动态变化情况，采纳图1所示的拓扑结构，瓶颈链路R1至R2之间的带宽为1000Mb，时延为10ms，其它链路时延均为20ms，其余参数见图1，两个源端均采纳HSTCP代理，5%的UDP背景流，仿真时间为300s。图2给出了源端S1跟踪的队列时延变化情况。图1仿真拓扑结构图图2源端跟踪RTT动态变化图由上图可以看出，队列时延的变化是随机的。包丢失发生时获得的队列时延最大值也是随机变化的，跟踪出的队列时延最大值为16ms，在120ms到150ms之间运用此最大值会造成HSTCP模式不能转换为标准TCP的增长模式,带来不必要的包丢失。 综上所述，用时延作为切换点的推断依据不能完全精准地推断出切换点.如果将HSTCP增长方式误判为标准TCP的增长方式会造成低的响应速度，而将标准TCP的增长方式误判为HSTCP的增长方式会造成较多的包丢失.另外这些方法中均用源端估量到的最小时延作为链路的物理时延,在实际网络中精准地估量链路的物理时延是十分困难的，例如当网络中已经有数据包排队时，新加入的数据流会过高地估量链路物理时延。3EHSTCP算法 针对HSTCP算法存在的性能问题，我们主要做了两个方面的改进。为了避开突发包丢失和改善HSTCP流和标准TCP流之间的友好性,提出了在稳态阶段运用窗口历史值来猜测当前可用带宽，并运用窗口历史信息来估量两种模式（HSTCP模式和标准TCP模式）相互转换的切换点。EHSTCP在起始阶段拥塞窗口快速的收敛到拥塞窗口增加模式的切换点（)，然后转为标准TCP的低速增加模式,该类型的窗口增加模式类似于文[22］中给出的窗口增加模式,保证了网络的稳定性和效率。另外EHSTCP针对HSTCP算法在DropTail算法管理下存在的RTT不公正性问题，通过引入RTT公正因子,解决了HSTCP的RTT不公正性问题。3。1基于历史窗口的切换点推断方法 HSTCP窗口增长分为两个阶段,即暂态阶段和稳态阶段。EHSTCP算法只在稳态阶段运用窗口的历史信息对当前可用带宽进行估量，并进行窗口增长模式的转换。图3中给出了抱负的EHSTCP算法的窗口随时间的变化图。EHSTCP在暂态阶段保留HSTCP算法的窗口调整机制,不作任何变化.定义为路由器丢失或标记数据包时源端的窗口大小，为源端窗口的最大值。由于当路由器发生拥塞时,源端要经过1个RTT的时间才能推断动身生了拥塞，在这段时间内源端窗口增加了，因此。暂态阶段主要分为两部分：第一部分为HSTCP流刚刚启动或由于重传超时重新启动时，HSTCP实行快速的窗口递增加模式去探测可用带宽，此时呈现出连续递增的趋势。其次部分为当网络中的某些数据流已经获得了可用带宽，此时有新的数据流进入网络时，原有的数据流会释放已经占据了的可用带宽，此时呈现出连续下降的趋势。则EHSTCP对暂态的推断准则为，若某段时间内呈现出连续次上升或连续下降的趋势,且每次上升或下降的值超过时，EHSTCP进入暂态阶段。依据HSTCP的窗口调整机制综合考虑对暂态阶段推断的精准性和快速性，通过仿真试验，选取和默认值分别为3和。定义为前一时刻发生包丢失时的窗口大小.暂态阶段推断的伪码为在稳态阶段，源端已经获得了可用带宽，此时的波动是较小的.在稳态阶段的推断准则为：若某段时间内,窗口呈现出连续次小范围内的波动，且波动范围小于时，EHSTCP进入稳态阶段。和的默认值分别为2和.稳态阶段的推断伪码为：EHSTCP只在稳态阶段对当前可用带宽进行估量,并依据估量结果进行窗口增长模式的转换。在估量可用带宽时，如果单纯利用上一次拥塞时的作为路由器发生拥塞的推断依据是不精准的，EHSTCP采纳在稳态阶段对所得到进行滤波的方法得到平滑的，并把作为当路由器发生拥塞时的源端窗口大小的猜测值，这样可以避开稳态阶段窗口的较大的波动对推断切换点造成的影响。简略的滤波算法为，其中选取，这样比较尊重历史值，同时可以消除小范围内窗口较大的波动对算法性能的影响。针对，EHSTCP设置了一个目标利用率，当窗口大于时，窗口的增长模式转换为标准TCP的增长方式。取得过小会造成EHSTCP由HSTCP的窗口增长模式过早的转换为标准TCP的增长模式,造成低的吞吐量；取得过大会造成过晚的增长模式的转换，使单位时间内的平均拥塞次数增加，造成多的包丢失。在这里选取可以达到吞吐量和包丢失之间的性能折中。该类型的窗口增加模式类似与文[22］中给出的窗口增加模式，保证了网络的稳定性和效率。同文［22］相比,两种算法的可用带宽猜测的方法都是基于历史窗口值，不同处是文［22]中采纳PIMD机制仅基于前一个历史窗口值，而EHSTCP则基于前几个历史窗口的值，先推断是否进入稳态阶段,之后再进行带宽的猜测，这样更加精准.EHSTCP进入稳态后执行的伪码为：当窗口大于时，若还没有发生包丢失,此时可用带宽很可能已经发生了变化，EHSTCP和BIC算法一样，需要重新探测可用带宽，EHSTCP相对于BIC算法的主要优点在于EHSTCP只是在稳态阶段进行增长方式的转换，避开了在暂态阶段转换为慢速的增长方式造成的低的收敛速度.文［23]中提到的提高HSTCP算法收敛速度的方法可以加入暂态阶段用以提高收敛速度。EHSTCP窗口转换模式的伪码为图3抱负的EHSTCP窗口变化图3.2RTT公正因子 CB—HSTCP中通过添加RTT公正因子,改善了RTT不公正性,添加该公正因子的效果使HSTCP的窗口增长与RTT无关,但该公正因子没有做到使吞吐量与RTT无关.文[17]选取的RTT公正因子为，消除了RTT对吞吐量的影响.但此RTT公正因子仅针对文［17]算法中的AI阶段设计,不具有一般性。我们在这里选取的RTT公正因子为，通过合理的选取参数可以完全消除RTT对吞吐量的影响，并且该方法不但适应于HSTCP算法，而且还适应于其他的高速TCP算法。首先给出如下定理:定理1：当RTT公正因子为时，两条具有不同来回时延的HSTCP流（其时延分别为和）相互竞争同一瓶颈链路带宽时，其平均的吞吐量之比为(8)证明：假定流的丢失大事听从丢包率为的同一分布,则流在两次丢包大事之间总共发送的数据包为，设时间为，则来回时延的数目为,因此平均的窗口大小为（9）HSTCP的吞吐量的响应函数为(10）引入公正性因子后可以得到：(11）对比式（6)可得：（12）由式(9)、（10)和式(11）可知(13）令,将式(13）代入式（9)中可以得到(14）因此其吞吐量之比为（15)当取1时，吞吐量之比与来回时延成反比;当时，吞吐量之比与来回时延无关.取时，吞吐量之比同标准TCP算法.在这里我们取，此时改进后的HSTCP算法的吞吐量与来回时延无关，而CB-HSTCP中只做到了算法的窗口增加量与来回时延无关，其吞吐量之比与来回时延成反比(相当于)。的选取将直接关系到算法的性能,选取得过大,将会造成低的收敛速度，选取得过小会带来多的包丢失，仿真验证选取ms能够获得良好的性能.为了验证引入RTT公正因子的有效性，在NS2中进行了仿真，采纳图1所示的仿真拓扑结构，使用其中的两条数据流,源S1到路由器R1的时延为20ms，路由器R2到接收端r1的时延为20ms；源S2到路由器的时延为7。5ms，路由器R2到接收端r2的时延为7.5ms,这样源S1的来回链路时延为100ms，源S2的来回链路时延为50ms，其余参数见图1。两个源端均采纳HSTCP代理，5%的UDP作为背景流。分别对没有加入RTT公正因子的HSTCP，以及加入RTT公正因子后,分别取，1和作了仿真，仿真结果如图4所示。图4（a)表明未引入RTT公正因子时，HSTCP具有十分严重的RTT不公正性。图4表明时，长时延的HSTCP流的窗口增加量要大于短时延HSTCP流的窗口增加量，其比值接近于2：1。仿真结果验证了引入RTT公正因子的有效性并验证了我们给出的解析结果.图4HSTCP和引入RTT公正因子后的HSTCP的RTT公正性比较4仿真分析 为了验证EHSTCP算法的有效性，我们在NS2中实现了EHSTCP算法，主要对EHSTCP算法的RTT公正性，改善由于HSTCP可扩展性带来的过多的包丢失，同标准TCP之间的友好性，以及对带宽变化时的自适应能力进行仿真验证。4。1包丢失分析及RTT公正性分析 首先来讨论EHSTCP算法的RTT公正性和降低由于HSTCP可扩展性带来的过多的包丢失。采纳图1所示的仿真拓扑结构，通过转变该图中的参数，固定其中一条流的时延为50ms，另一条流的时延分别取100ms、150ms、200ms、250ms和300ms，共6组实验。在每次试验中均统计3共性能指标，即:吞吐量之比、包丢失率和链路利用率.以下的仿真实验中缓冲区大小均设为1000packets(相对于带宽时延积是很小的）.表1列出了时，EHSTCP算法的性能；表2列出了时，EHSTCP算法的性能；表3在同样的环境中列出了HSTCP算法的性能指标。 可见EHSTCP通过引入RTT公正因子,极大地改善了HSTCP算法的RTT不公正性，通过在稳态阶段利用历史窗口信息来推断网络拥塞,降低了包丢失率,其包丢失率相对于HSTCP降低了一个数量级左右.此外当时，EHSTCP的链路利用率也要比HSTCP高出1%。随着RTT比值的增高，EHSTCP的RTT不公正性也会提高，当时，EHSTCP的吞吐量之比基本维持在1:2左右，与链路的来回时延无关，这和我们给出的理论分析结果有肯定的出入，这是由于在实际网络中包丢失并不是听从同一分布的,而是随机的，此外我们是依据HSTCP的响应函数给出的解析结果，实际的仿真结果并不是严格听从响应函数。仿真试验证明白EHSTCP算法的有效性.此外文[16］中用到的Block—pacing方法可以作为本文讨论的补充，进一步避开HSTCP存在的突发的包丢失,我们并没有加入Pacing机制的缘由在于，现有的讨论[24]表明光学突发交换技术(OBS）最有盼望成为将来Internet骨干网的交换技术，讨论表明在使用OBS时,使用pacing技术时会造成吞吐量性能上的下降.表1EHSTCP有效性及RTT不公正性测试RTTRatioThroughputratioPacketlossrateLinkutilization1:22.58298。06％1:35。36398.00%1:48。23798.10％1：510.10997。63%1:617。35798.21%表2EHSTCP有效性及RTT不公正性测试RTTRatioThroughputratioPacketlossrateLinkutilization1：21。31997.83%1：32。60497。20%1：42。44597.05%1：52.04896。39%1:62。73796。67%表3HSTCP有效性及RTT不公正性测试RTTRatioThroughputratioPacketlossrateLinkutilization1：217.43396.72％1:3101.96096。93％1:4210.94696。98%1：5305。85296。69%1：6662。16197.23%4。2EHSTCPVSTCPSack本节将通过仿真分析来验证EHSTCP算法与标准TCP算法之间的友好性,采纳图1所示的拓扑结构，源S1采纳EHSTCP代理，源S2采纳TCPSack代理，重复2.2.2节中的仿真试验，仿真结果如图5所示。图5EHSTCPVsTCPSack窗口变化 图5中共给出了、、和四组参数时EHSTCP和TCPSack的窗口变化。仿真实验结果表明EHSTCP算法在与TCPSack算法共同存在于网络中时,EHSTCP不会过分地掠夺TCPsack算法的资源,造成其过低的吞吐量。其中TCPSack所获得的吞吐量可以近似由下式计算(16）其中为连接数，由于在暂态阶段EHSTCP实行HSTCP的窗口增长方式，造成了TCPSack较低的吞吐量，而在稳态阶段，EHSTCP要和TCPSack共同竞争可用带宽，由于EHSTCP采纳了标准TCP的窗口增长方式,因此在稳态阶段EHSTCP将和TCPSack均分此部分带宽。图5表明随着的增加,TCPSack获得的吞吐量逐渐降低，当时，达到令人满意的效果，相对于HSTCP（图3），EHSTCP在与TCPSack共同存在的复合网络环境中具有良好的TCP友好性。 接下来验证多条流时EHSTCP与标准TCP之间的友好性问题,采纳图1所示的网络仿真环境,将流的数增加到10条，瓶颈链路的带宽增加到2500Mbps，时延为10ms。源S1至S5到路由器R1之间的带宽为100Mbps，源S6至S10到路由器R2之间的带宽为2400Mbps，仿真时试验共分三组，其中在任何一组试验中源S6至S10均采纳TCPSack代理，源S1至S5分别采纳TCPSack代理,HSTCP代理和EHSTCP代理。设置图1中的参数ms，ms，使其来回链路时延为100ms，仿真时间为150秒，在每组实验中均统计源S1至S5和源S6至源S10的总的吞吐量之比，仿真结果如表4所示。 从表4中可以看出当源S6至S10采纳HSTCP代理时，由于HSTCP算法实行过于侵略的增长方式,过分地掠夺了TCPSack所使用的资源，而EHSTCP在保证了瓶颈链路利用率的同时，没有过分剥夺TCPSack的资源,各业务流之间资源安排较为均衡，仿真结果验证了EHSTCP算法与标准TCP算法之间的友好性.表4EHSTCP友好性测试，linkbandwidth=2500Mb，numberofflows=10SourcealgorithmLinkbandwidthutilization（%）SACK，HSTCP，EHSTCPSACKUDPTotalSACKVSSACK65。8614。345.185.3HSTCPVSSACK87。563.394。8595。8EHSTCPVSSACK81。329。924。9696.24.3响应性能分析响应性能是评价一个源端算法好坏的重要标准，一个好的算法必须能够对带宽的变化飞快做出响应,接下来讨论EHSTCP算法的响应性能问题.采纳图1所示的拓扑结构,其中源S1采纳EHSTCP代理,源S2采纳UDP代理，在200秒时加入UDP流，其发送速率为500Mbps，在仿真时间为400秒时，撤去UDP流，仿真时间为600秒。图6给出了EHSTCP的窗口变化图，可见当加入UDP流时，EHSTCP能够对可用带宽的变化飞快做出响应,获得新的可用带宽。图6EHSTCP响应性能5结论和讨论展望 本文简略分析了HSTCP算法存在的缺陷，通过仿真证实了HSTCP算法在去尾算法下存在严重的RTT不公正性，以及同标准TCP算法共同存在的网络环境中，会过分地掠夺标准TCP算法的资源，此外HSTCP还存在由于其可扩展性带来的过多的包丢失等缺陷.针对这些缺陷，我们提出了EHSTCP算法,该算法通过引入新的RTT公正因子，可以极大的改善RTT不公正性，通过选取公正因子中的参数,可以完全消除RTT不公正性现象（).提出了在稳态阶段运用窗口历史值来猜测网络拥塞，并利用窗口历史信息来获得窗口增长模式的切换点。理论分析和NS2仿真实验均表明EHSTCP在保留了HSTCP算法的优点的基础上，降低了包丢失率、在与标准TCP流共同存在的简洁网络环境中,不会过分地掠夺标准TCP流的资源，保证了算法的平安性能.参考文献ZhangMiao，WuJianping,andLinChuang.Surveyoninternetend-to—endcongestioncontrol。Journalofsoftware，2002,13(3)：354-363.（inChinese）章淼,吴建平，林闯。互联网端到端拥塞掌握讨论综述［J]。HYPERLINK”http：///grid20/Navi/Bridge。aspx？LinkType=BaseLink&DBCode=CJFD＆TableName=cjfdbaseinfo&Field=BaseID&Value=RJXB＆NaviLink=%e8％bd%af%e4%bb%b6%e5%ad％a6%e6%8a%a5”\t”_blank”软件学报，2002，13（3）:354-363。V。Jacobson。ModifiedTCPcongestionavoidancealgorithm,End2end—interestmailinglist,April30，1990.S.Floyd。TheNewRenoModificationtoTCP’sFastrecoveryalgorithm.IETFRFC2582，April1999。M.Mathis,J。Mahdavi,andS。Floyd。TCPselectiveacknowledgementoptions。IETFRFC2018October1996.L.S。Brakmo，andL.L.peterson。TCPVegas:end—to-endcongestionavoidanceonaglobalInternet。IEEEJournalonSelectiveAreasincommunications，1995，13（8):1465—1480。S.Floy,S。Ratnasamy，andS。Shenker.ModifyingtheTCP’scongestioncontrolforhighspeeds。http///floyd/hstcp。html,May2002.T。Kelly.ScalableTCP:Improvingperformanceinhighspeedwideareanetworks。ACMComputerCommunicationsReview，2003，33(2):83-91。L.Xu,K。Harfoush，andI.Rhee.Binaryincreasecongestioncontrol（BIC）forfastLong-distancenetworks//InProceedingsofIEEEINFOCOM2002，Hongkong，2004:2514-2524。S。Bhandarkar，S。Jain,andA。L。N。Reddy.ImprovingTCPperformanceinhighbandwidthhighRTTLinksusinglayeredcongestioncontrol.PFLDNet2005,February2005.C.Jin，D.X。WeiandS.H。Low.FASTTCP：Motivation，architecture，algorithmsperformance//InproceedingsofIEEEINFOCOM2004,Hongkong，2004：2490-2501.D.Katabi，M.handley，andC。Rohrs.Congestioncontrolforhighbandwidth—delayproductnetworks//InProceedingsofACMSIGCOMM2002,Pittsburgh,Pennsylvania,USA,2002:89-102。R。N。Shorten,andD。J。Leith.H—TCP：TCPforhigh—speedandlong—distancenetworks//InproceedingsofPFLDnet,Argonne，Illinois,2004.T。Hatano，M。Fukuhara，H。Shigeno,andK。Okada。TCP—friendlySQRTTCPforhigh-speednetworks//InproceedingsofAPSITT，NoumiaNewCaledonia,2003：455—460。InjongRhee,andLisongXu.CUBIC:AnewTCP—friendlyhigh—speedTCPvariant//ProceedingsoftheThirdInternationalWorkshoponProtocolsforFastLong—DistanceNetworks，France,February2005.S.Kunniyur。AntiECNMarking：Amarkingschemeforhighbandwidthdelayconnections.InproceedingsoftheIEEEICC,Anchorage,USA,2003：647—651.SuFanjun,PanXuezeng，CaiLiang,andXuJian。CB—HSTCP:FairTCPinhighspeedNetwork。Chinesejournalofelectronics，2005，11(33）：2084-2089。（inChinese)苏凡军,潘雪增，蔡亮,徐建。CB-HSTCP：高速网络中的公正TCP算法。电子学报,2005，11（33）:2084-2089.Y。Xia,L。Subramanian，I.Stoica，andS.Kalyanaraman。Onemorebitisenough//InproceedingsofACMSIGCOMM’05,Philadelphia,Pennsylvania,USA,2005：37-48.R。king，R。Baraniuk,andR.Riedi.TCP—Africa:anadaptiveandfairrapidincreaseruleforscalableTCP//InProceedingsofIEEEINFOCOM2005,Miami，USA，2005:1838—1848.ZhangZongsheng，G.hasegawa，andM.Murata.Performanceanalysisandimprovementofhigh-speedTCPwithTailDrop/REDrouters。IEICETransactionCommunication,2005，2495–2507。S。Biaz，andN.H.Vaidya。Istheround-triptimecorrelatedwiththenumberofpacketsinflight？LaredoofUSA:TexasA＆MUniversity，TechenicalReport:TR99—006,1999.J.Martin，A。Nilsson,andI.Rhee.Delay—basedcongestionavoidanceforTCP.IEEE/ACMTransactionsonNetworking，2003,11(3):356—369。ShaoLisong，ZhangHeying,andDouWenhua。Window-Basedend-to—endcongestioncontrol:networkstabilityandefficiency。ChineseJournalofComputers,2005,29(3）:353-360.(inChinese)邵立松，张鹤颖,窦文化.基于窗口的端到端拥塞掌握：网络稳定性与效率。计算机学报，2005,29(3）：353—360。M。Nabeshima，andK.yata。Improvingtheconvergencetimeofhigh-speedTCP//IEEEInternationalConferenceonNetworks（ICON2004），Singapore，2004:19-23.L。Zhu,N.Ansari，andJ.Liu.Throughputofhigh-speedTCPinopticalburstswitchingnetworks.IEEProceedingsCommunications，2005，152（3):349-352。EHSTCP:EnhancedTCPinhigh-speednetworksLongChengnian1）,YangHuilong1），LiXin1）,GuanXinping2）1)(CentreforNetworkingControlandBioinformatics（CNCB)，InstituteofElectricalEngineering，YanshanUniversity，HebeiQinhuangdao066004）2)（Dept。ofAutomation，SchoolofElectronic，InformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240）Abstract：TCPdoesn'tperformwellinhighbandwidth—delayproductnetworks，anditsmainlimitationsarelowthroughputandlargeoscillationofcongestionwindow。HSTCPsolvestheprimarylimitationsofregularTCP，butthereexistslargenumberofpacketlossuponcongestionepochandseriousRTTunfairnesswithdrop-tailgateway。Toovercometheabovedeficiency,weproposeanimprovedalgorithm，calledEHSTCP,whichswitchesbetweentwocongestionavoidancemodesincongestionavoidancephase。Tolocatetheswitchpoint,wepresentanewpredictionmethodforend—to—endavailablebandwidthusinghistorycongestionwindowdynamics.Simultaneously，weintroducetheRTTfairnessfactortoeliminatetheseriousRTTunfairnessinHSTCP。NS2simulationresultsvalidatetheeffectivenessofourproposedscheme.Keywords：HSTCP，congestioncontrol，TCP，packetloss，RTTunfairness作者简介：LongChengnian，male，borninApril,1977,PhD，Associateprofessor.Asapostdoctoralfellow,hevisitedDepartmentofComputerScienceandEngineering，HongkongUniversityofScienceandTechnologyin2006.NowheisaKillampostdoctoralfellowatDepartmentofElectricalandComputerEngineering，UniversityofAlberta,Canada.Hiscurrentresearchinterestsareintheareaofcongestioncontrolforhigh—speedInternet,noncooperativebehaviorandincentivemechanismdesigninwirelessmulti-hopnetworks,andenergy—efficiencyprotocoldesigninwirelesssensornetworking。（龙承念，男，1977年4月生，博士，副教授。2006年,香港科技高校计算机科学与工程系博士后。获Killam博士后奖学金,现为加拿大阿尔伯塔高校电气与计算机工程系博士后.主要讨论爱好：高速因特网拥塞掌握，无线多跳网络的非合作行为与激励机理设计，无线传感器网络的能量有效协议设计。)E-mail：dylcn@YangHuilong，male，borninNov.,1981,MS.Hismainresearchinterestingiscongestioncontrolofhigh—speednetworks.(杨会龙,男,1981年11月生，硕士。主要讨论方向：高速网络拥塞掌握.）Email:beyondyang6@.LiXin，male，July1981，Masterstudent。Hismainresearchinterestingiscongestioncontrolofhigh—speednetworks。（李欣,男，1981年7月生，硕士讨论生，主要讨论方向：高速网络拥塞掌握。）Email:feiren2000_1＠GuanXinping,male,borninJune1963,PhD,Professor,IEEESeniorMember。Prof.GuanisservingasanAssociateEditorofIEEETransactiononSystems,ManandCybernetics（PartC），EditorialBoardMemberofActaAutomaticaSinica，aReviewerofMathematicReviewofAmerica.Dr.Guanis”CheungKongScholarsProgramme"Specialappointmentprofessor，MinistryofEducation，2006,andNationalScienceFundforDistinguishedYoungScholarsofChina,2005。Hiscurrentresearchinterestsincludewirelesssensornetworks，congestioncontrolofnetworks，robustcontrolandintelligentcontrolfornonlinearsystems,chaoscontrolandsynchronization.(关新平,男，1963年6月生，教授,IEEE高级会员。IEEETransactiononSystems,ManandCybernetics(PartC）副主编,自动化学报编委,美国数学评论评论员，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年。主要讨论方向：无线传感器网络，网络拥塞掌握，非线性系统鲁棒掌握和智能掌握，混沌掌握与同步.)E—mail:xpguan＠讨论背景随着计算、通信和存储技术的迅猛进展，全球网格系统为计算和科学讨论供应了足够的容量和高速有效的硬件环境。进展新一代网络所面临的挑战在于现有的网络掌握算法和资源共享算法不能扩展到新一代的高宽带通信网络中。主要表现在宽带高速网络环境下,现有的协议算法不能保证低的包丢失率和低的时延准时延抖动等业务服务质量需求。由于低效的拥塞掌握算法而导致的用户不合作竞争和贪欲占用带宽，甚至会导致整个网络的不稳定运行,显著降低网络的业务服务质量。HSTCP算法在高带宽网络环境中解决了标准TCP算法的主要性能缺陷，并且实现简洁,便于在实际网络中推广,该方案已经被IETF所采纳。但由于HSTCP在拥塞避开阶段采纳非线性的增长模式，当产生突发流时，在拥塞点会造成大量的数据包丢失，同时存在着严重的来回时延的不公正性。为解决上述问题，本文提出一种改进的HSTCP算法。该算法的基本思路是在拥塞避开的不同阶段，设计不同的拥塞避开模式.为获得精准的切换点，本文提出基于拥塞窗口历史值的端到端可用带宽猜测方法，利用拥塞窗口历史信息进行拥塞避开切换点的推断。同时引入RTT公正因子,消除了HSTCP的RTT不公正性问题.NS2仿真实验验证了算法的有效性。该讨论工