本文選題：網(wǎng)絡(luò)編碼　切入點(diǎn)：多播　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：IP多播(也稱為組播或多址廣播)是一種允許一臺或多臺主機(jī)(多播源)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包到多臺主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。多播能有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬,并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在包括即時(shí)通訊、在線游戲、網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議和多媒體遠(yuǎn)程教育等方面。網(wǎng)絡(luò)編碼是近年來通信科學(xué)的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域。使用網(wǎng)絡(luò)編碼后,網(wǎng)絡(luò)通信的中間節(jié)點(diǎn)不再直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,而是將收到的一些數(shù)據(jù)包編碼成一個(gè)新的編碼包后再轉(zhuǎn)發(fā)出去,目的節(jié)點(diǎn)將其接收到的編碼包解碼得到原始數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)編碼和多播技術(shù)結(jié)合,可以顯著提高多播的吞吐率、魯棒性、可擴(kuò)展性等多方面的性能。本文主要研究以下三個(gè)方面的內(nèi)容： (1)基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播路由協(xié)議 已有的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播研究主要集中在應(yīng)用層多播上。應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)的鏈路共享底層物理鏈路的帶寬,應(yīng)用層上的節(jié)點(diǎn)并不知道底層的鏈路容量、鏈路特性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并且應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)包的傳輸有額外的延遲。因此,應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)編碼多播很難達(dá)到理論的多播容量。文中提出了一個(gè)IP層的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播路由協(xié)議,稱為NCMRP。多播源通過廣播路由報(bào)文來找到源節(jié)點(diǎn)到每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的多條不相交路徑,這些路徑共同構(gòu)成了多路徑的多播拓?fù)�。多播�?shù)據(jù)包在多條路徑上同時(shí)傳輸,并且中間節(jié)點(diǎn)可以對其收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重編碼,從而有效的提高多播吞吐率。通過搭建一個(gè)支持網(wǎng)絡(luò)編碼和多種多播路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)對NCMRP協(xié)議進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明NCMRP協(xié)議較已有的多播路由協(xié)議大幅的提高了多播的吞吐率。 (2)基于網(wǎng)絡(luò)編碼多播的擁塞控制 已有的基于網(wǎng)絡(luò)編碼多播的研究工作通常假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路容量已知并且恒定不變。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,路由器很難獲取動(dòng)態(tài)不斷變化的可用鏈路帶寬。因此,需要擁塞控制機(jī)制在避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的前提下充分利用鏈路帶寬。此外,擁塞控制機(jī)制還應(yīng)兼容TCP。然而,網(wǎng)絡(luò)編碼允許路由器將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)流的數(shù)據(jù)融合在一起,并且多路徑多播拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)可能有多個(gè)下游節(jié)點(diǎn),所以對網(wǎng)絡(luò)編碼多播流的擁塞控制非常復(fù)雜和困難。文中提出了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)編碼多播的擁塞控制機(jī)制。該機(jī)制為多播源到目的節(jié)點(diǎn)的每條路徑單獨(dú)維護(hù)一個(gè)擁塞窗口,并用類似TCP的擁塞控制算法調(diào)整每個(gè)窗口的大小,從而保證每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)以最大速率接收數(shù)據(jù)。通過在網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)表明,該擁塞控制機(jī)制能比傳統(tǒng)多播和單速率的網(wǎng)絡(luò)編碼多播達(dá)到更高的吞吐率,并且能動(dòng)態(tài)適應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)帶寬,并保證TCP友好性。 (3)基于網(wǎng)絡(luò)流的大小和截止時(shí)間的TCP擁塞控制 為了得到更好的用戶體驗(yàn),大規(guī)模的面向用戶的數(shù)據(jù)中心服務(wù)都有截止時(shí)間限制。數(shù)據(jù)中心服務(wù)大都采用分割-匯聚的工作模式,用戶請求被分割給后臺的服務(wù)器集群,服務(wù)器集群返回的結(jié)果被聚合成最終結(jié)果再反饋給用戶。因此,數(shù)據(jù)中心內(nèi)部由于分割和匯聚而產(chǎn)生的突發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)流也都有嚴(yán)格的截止時(shí)間限制。超過截止時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)流并不會(huì)被包含到最終結(jié)果里,會(huì)降低數(shù)據(jù)中心服務(wù)質(zhì)量,還浪費(fèi)了珍貴的計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬。文中提出了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)流的大小和截止時(shí)間的TCP擁塞控制算法,稱為DSTCP。DSTCP根據(jù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)流的大小,截止時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度來控制其擁塞窗口的大小。DSTCP不需要對路由器的軟件和硬件進(jìn)行任何修改,并且可以和TCP協(xié)議兼容,方便部署到大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比已有的數(shù)據(jù)中心擁塞控制算法,DSTCP顯著的降低了超過截止時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)流的數(shù)量,此外還達(dá)到更高的吞吐率并且占用路由器緩存較少。
[Abstract]:IP multicast ( also known as multicast or multicast ) is a network technology that allows one or more hosts ( multicast sources ) to simultaneously transmit data packets to multiple hosts . Multicast can effectively save network bandwidth and has been widely used in many fields including instant messaging , online games , web video conferencing and multimedia distance education .

( 1 ) Multicast Routing Protocol Based on Network Coding

The invention provides a multicast routing protocol based on network coding of an IP layer , which is called NCMRP .

( 2 ) Congestion Control Based on Network Coding Multicast

This paper proposes a congestion control mechanism based on network coding and multicast , which allows the router to merge the data of multiple network flows separately , and the nodes in the multi - path multicast topology may have multiple downstream nodes , so that the congestion control mechanism can receive data at maximum rate .

( 3 ) TCP Congestion Control Based on Network Flow Size and Cut - off Time

In order to get a better user experience , large - scale user - oriented data center services have a cut - off time limit . Most of the data center services adopt a split - aggregation mode of operation . The data center service is divided into the server clusters in the background , and the result of the server cluster returns is aggregated into the final result . The DSTCP does not need to modify the software and hardware of the router and can be easily deployed to a large - scale data center network . The experimental results show that compared with the existing data center congestion control algorithm , the DSTCP significantly reduces the number of network flows that exceed the cut - off time , and also achieves higher throughput and occupies less router cache .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP393.02

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1707004