● 摘要
随着通信技术的发展和应用发展的需求，互联网正进入高速网络的时代，以音频、视频为主的海量数据越来越多的运行在高速网络上。传统的TCP协议因为其保守的和式增加急速的积式减少窗口机制难以充分利用带宽，不适合在高速网络中传输海量的数据。研究在高速网络下适合传输以音、视频为主的海量数据的新的拥塞控制机制正成为一个新的研究热点。本文在网络拥塞控制协议和视频传输方面，作了以下几个方面的工作。1． 在端到端的拥塞控制协议中，提出了高速二项式 (HSBCC)拥塞控制协议。HSTCP是高速网络下传输海量数据的有效协议，它克服了TCP在高速网络环境下带宽利用率不足的问题。然而因为其大的锯齿形窗口，使得其在传输以音、视频为主的流媒体数据的过程中存在速率波动过大的问题。二项式协议是适合视频传输的的拥塞控制协议，然而它在高速网络中存在和TCP一样的链路利用率不足的缺陷。针对这一问题，提出了HSBCC协议，该协议使用二项式思想削减速率振荡，使用HSTCP的响应函数提高链路利用率。仿真实验表明，HSBCC具有良好的速率平滑性和较高的链路利用率，是一种在高速网络环境下适合流媒体数据传输的拥塞控制协议。2． 提出了两种接收端驱动的高速TCP协议RDHSTCP和RDSTCP。随着网络和通信技术的发展，出现了带宽超过1G的高速网络，用于传输海量数据。TCP协议是低带宽，小延迟网络环境下有效的速率控制协议。然而它在高速网络环境下存在带宽利用率不足，传输效率低的问题。HSTCP协议和STCP有效的改善了TCP协议的这种缺陷。然而它保持了TCP大的窗口波动的特点，不适合传输以音、视频为主的流媒体数据。TEAR协议是在接收端模拟TCP行为的一种传输协议，它有效的改善了TCP协议的速率波动过大问题，然而它保持了与TCP协议相当的吞吐量，不适用于高速网络环境。分别基于TEAR协议和HSTCP协议以及STCP协议，本文提出两种接收端驱动的速率自适应协议RDHSTCP和RDSTCP，该协议将高速TCP和STCP的大部分功能移到接收端，接收端判断网络拥塞状态，并根据网络状态估算发送速率，发送端根据这个速率发送数据。在保持高吞吐量的同时，RDHSTCP和RDSTCP改善了HSTCP和STCP速率波动过大的缺陷。此外，RDHSTCP和RDSTCP不是每包必复的，能够有效的克服反馈内爆问题，很适合部署在组播的网络环境中。3． 建立了BCC /AQM和HSTCP/AQM以及HSBCC /AQM流体流模型。TCP/AQM是适用于TCP流量的一个成功的网络拥塞控制模型，然而随着网络上非TCP流量的不断增加，该模型已经不适用于这些新型流量。针对二项式流量(BCC)和高速TCP流量以及高速二项式（HSBCC）流量的情形，建立了BCC/AQM流体流模型和HSTCP/AQM流体模型以及HSBCC/AQM流体流模型。该模型很好的解释了在流量为BCC和HSTCP以及HSBCC的情况下，网络参数如链路带宽，延迟，网络负载，丢包率以及协议参数和窗口大小，队列长度之间的关系。使用这个模型，能够从理论上计算主动队列管理算法的控制参数。4． 针对可分级视频，提出一种基于优先丢包的主动队列管理算法。H.264/SVC是一种新的可扩展视频编码标准。它在一个码流中包含一个基本层和多个增强层信息，用于适用于异构的终端环境和网络。SVC码流中不同的层或者帧具有不同级别的重要性，在传输的过程中，网络应该提供区分的服务。针对这个问题，基于PID算法，提出了一种新的主动队列管理算法PIDPD。该算法在网络发生拥塞时，根据数据包的优先性优先丢弃低优先级的数据包，从而保护了高优先级的数据包，在网络层实现了区分服务，提高了终端视频质量。此外，PIDPD并没有产生副作用，在有效控制队列长度方面，具有和PID一样良好的性能。仿真实验表明，PIDPD能够很好的保护高重要性的数据，降低背景流的干扰，减少SVC流的丢包率。