目前在Internet中廣泛使用且較為成熟的算法是TCP Reno，它通過觀測發(fā)送端數(shù)據(jù)包的丟失來估計當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，調(diào)整擁塞控制窗口以調(diào)節(jié)發(fā)送速率。TCP Vegas是TCP Reno的改進(jìn)算法，其在發(fā)生丟包之前就可以根據(jù)往返時間RTT(Round Trip Time)來調(diào)整窗口大小。TCP Vegas比TCP Reno能夠更好地利用帶寬，且吞吐量穩(wěn)定[1]。但是其自身也存在一些無法解決的問題，如公平性、響應(yīng)不及時以及為保持吞吐量的穩(wěn)定而不能最大限度地利用帶寬等問題，從而很大程度地限制了它的實際應(yīng)用性。

    以往的研究中,大多只對TCP Vegas的某一方面進(jìn)行了改進(jìn)[2-3]，雖然效果有所提升，但不能從根本上改變TCP Vegas存在的問題。本文通過建立TCP Vegas網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，從理論上分析了TCP Vegas在擁塞避免階段的競爭能力處于明顯劣勢的原因，并提出一種TCP Vegas擁塞避免機(jī)制的改進(jìn)算法，分別從數(shù)學(xué)模型分析與網(wǎng)絡(luò)狀況仿真等兩個方面驗證了改進(jìn)算法，該算法可以改變TCP Vegas擁塞避免機(jī)制所帶來的固有問題。

    TCP Vegas根據(jù)預(yù)期傳送率和實際傳送率之間的差異值來調(diào)整cwnd的大小。當(dāng)diff的值大于β時，意味著傳送速率太快，應(yīng)該減小cwnd的值以減緩傳送的速率。反之，當(dāng)diff的值小于α時，則表明傳送速率較慢，應(yīng)該加大cwnd的值，以增加傳送的速率。
2 TCP Vegas存在的不足及原因分析
    (1)路徑變更問題。由于Base_rtt是最小的回路響應(yīng)延時。當(dāng)文件傳輸過程中路徑發(fā)生變化時，如果新的路徑有一個較長的延時，TCP Vegas連接不能推斷這個長的rtt是由擁塞還是變更路徑造成的。由于TCP Vegas把rtt的增大都視為擁塞造成的，因此減少了擁塞窗口，進(jìn)而導(dǎo)致吞吐量退化。
   (2)不公平性問題。 由于期望吞吐量的計算是基于
Base_rtt的測量。當(dāng)新的連接開始發(fā)送數(shù)據(jù)而其他的連接仍然存在時,其Base_rtt必定會大于其他連接的Base_rtt，因此它比其他的連接更容易增加擁塞窗口。新的連接能夠獲得更高的帶寬，從而導(dǎo)致在TCP Vegas連接中帶寬的不公平分配。
   (3)帶寬利用問題。由于TCP Vegas為了保證其發(fā)送速率的穩(wěn)定性，將rtt中的最小值作為Base_rtt來計算期望吞吐量，在很大程度上限制了發(fā)送窗口的增大，從而不能最大限度地利用有效帶寬,在保持穩(wěn)定性的同時,犧牲了帶寬利用率。
    (4)響應(yīng)不及時問題。由于TCP Vegas擁塞避免階段所使用的rtt為所有rtt的平均值，因此rtt的變化不能隨著實時rtt的變化而及時變化，導(dǎo)致TCP Vegas對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況感知比較遲緩,不能對網(wǎng)絡(luò)變化及時做出響應(yīng)。
    (5)不兼容性問題。當(dāng)TCP Vegas和TCP Reno共享一個瓶頸連接的時候，TCP Reno持續(xù)地增加窗口大小直到檢測到一個包的丟失。隨著TCP Reno窗口的不斷增大，鏈路中rtt的值會迅速增大，而TCP Vegas則認(rèn)為這是擁塞信號，減少擁塞窗口,因此,TCP Reno會竊取TCP Vegas的帶寬，這種不兼容性限制了Vegas的采用。
3 TCP Vegas擁塞避免機(jī)制的算法改進(jìn)
    在TCP Vegas-N中，對Base_rtt和rtt的值選取方式做了改進(jìn)，使其能夠與網(wǎng)絡(luò)情況動態(tài)聯(lián)系起來，并改進(jìn)了diff的計算方法，使其更能及時準(zhǔn)確地反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀況，從而較好地彌補(bǔ)了上述缺點(diǎn)，改進(jìn)部分的代碼如下：
　    將rtt的取值由平均值改為實時值：
　    rtt = currentTime - v_begtime_；
　    將Base_rtt由最小值改為rtt的加權(quán)值，使Base_rtt隨著rtt變化而及時變化：
　    if (rttLen ≤ 1)
　        Base_rtt = rtt；
    else
　　      Base_rtt = Base_rtt*a+rtt*(1-a)；
    其中a為0~1的加權(quán)因子，a值越小，Base_rtt隨rtt的變化越及時（本文實驗中a的取值為0.3）。
    用新的計算公式來計算diff值：
　　b= Base_rtt/rtt；
　    diff=(1-b*b*b)*cwnd(t)+c;
其中c為常數(shù)，本文實驗中取值為0.999 999 999。α取1, β取3。
4 仿真實驗和性能分析
    為了驗證改進(jìn)算法的有效性，本文利用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2基于圖1中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對原始擁塞控制算法和改進(jìn)算法進(jìn)行了仿真實驗對比。

    實驗2：驗證公平性問題。建立兩條鏈路，兩條鏈路相隔5 s開始，時間設(shè)為100 s。
    圖4為TCP Vegas兩條鏈路相隔5 s后出發(fā)的擁塞窗口情況，后開始的鏈路的Base_rtt大于先前的Base_rtt，從而將會更大地增加發(fā)送窗口，導(dǎo)致了不公平性的發(fā)生。圖5為改進(jìn)后的TCP Vegas擁塞窗口情況，保持了良好的公平性。

    實驗3：驗證響應(yīng)不及時問題。建立三條鏈路，兩條鏈路在0秒同時開始，第三條鏈路在第100秒開始，第200秒結(jié)束，總時間設(shè)為300秒。
    在圖6中,當(dāng)?shù)谌龡l鏈路在第100 s開始時，TCP Vegas只有第一條鏈路感知到了網(wǎng)絡(luò)擁塞變化，并降低了發(fā)送窗口。在第200秒時，當(dāng)?shù)谌龡l鏈路結(jié)束發(fā)送，前兩條鏈路仍然保持原來發(fā)送窗口不變。而在圖7中，TCP Vegas-N可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況及時做出反應(yīng)，既保證了各條鏈路的公平性，同時又充分利用了有效帶寬。

    本文從Base_rtt和rtt的值選取方式入手，通過改進(jìn)TCP Vegas擁塞避免算法，立足于解決TCP Vegas的固有問題。仿真實驗表明，改進(jìn)后的算法有效地解決了TCP Vegas本身所存在的公平性、路由更換、帶寬利用和響應(yīng)不及時等問題。本文給出了詳細(xì)的算法描述，該算法只需在發(fā)送端進(jìn)行修改，不需要修改中間路由器，易于網(wǎng)絡(luò)實施。
參考文獻(xiàn)
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