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FASTTCP拥塞控制算法的研究与改进
摘要
FASTTCP作为一种新型的拥塞控制算法，通过引入流速率作为网络拥塞状态的表示，取代了传统TCP算法中的拥塞窗口控制，使得FASTTCP可以更加准确地响应网络拥塞状态，提高网络的传输效率。本文主要介绍了FASTTCP算法的原理和特点，并对其拥塞控制模型进行剖析，提出了一种改进算法来克服其在高负载情况下的性能问题。通过实验验证，改进算法相较于FASTTCP算法在高负载下具有更好的性能表现。
关键词：FASTTCP；拥塞控制；流速率；性能；高负载
一、引言
随着互联网的迅猛发展，网络拥塞问题日益严重。随着网络应用的不断增多，网络传输质量的要求也越来越高，这使得改进传统TCP算法的拥塞控制方法变得非常必要。当前，FASTTCP已成为主流的拥塞控制算法之一，该算法的关键特点是通过引入流速率来代替拥塞窗口进行控制，有效减少了网络延迟和拥塞情况的发生。本文主要研究FASTTCP算法的原理、拥塞控制模型和存在的问题，并提出改进方案进行验证。
二、FASTTCP算法的原理和特点
FASTTCP算法，是NewRenes博士于2005年提出的，可以在保持TCP可靠性不变的情况下，提高网络传输的吞吐量和响应速度。相较于TCP算法，FASTTCP算法的关键特点是引入了流速率（flowrate）的概念，通过流速率的动态调节来对网络拥塞进行快速响应，进而减少网络延迟情况的发生。FASTTCP算法的基本原理如下：
1.1流速率的动态调节
FASTTCP算法通过动态调节流速率来响应网络拥塞情况，减少网络延迟情况的发生。具体来说，FASTTCP算法通过以下两个步骤来调节流速率：
（1）当网络延迟时间低于一定阈值T时，增加流速率；
（2）当网络延迟时间高于一定阈值T时，减少流速率。
1.2计算拥塞窗口大小
FASTTCP算法不再通过周期性的拥塞窗口调整来控制拥塞问题，而是通过计算拥塞窗口大小来进行拥塞控制。具体来说，FASTTCP算法根据以下公式计算拥塞窗口大小：
Cwnd=α/β
其中，α表示网络拥塞程度，β表示传输速率。当网络拥塞情况比较严重时，α的值会增大，Cwnd的值相应会减小，从而减少网络的传输速率。
三、FASTTCP拥塞控制模型的剖析
尽管FASTTCP算法相较于传统TCP算法有着很好的性能表现，但在实际应用中，依然存在一些局限性，主要包括下面两个方面：
3.1性能下降问题
在高负载下，FASTTCP算法的性能容易出现下降。这是因为FASTTCP算法虽然引入了流速率来响应网络拥塞情况，但其对流速率的调节过程依然比较缓慢，快速变化的网络拥塞情况很难得到及时响应，导致网络延迟和丢包情况出现。
3.2多流协作问题
当多个流同时进行数据传输时，FASTTCP算法存在着拥塞窗口共享问题，即一个流传输的快或者慢，都会对其他流的传输速率产生影响，这会导致网络传输性能不稳定。
四、FASTTCP算法的改进方案
针对FASTTCP算法存在的问题，本文提出一种改进方案，主要包括如下两个方面：
4.1加速流速率的调节过程
为了克服FASTTCP算法在高负载下性能下降的问题，本文提出了加速流速率调节过程的方法，即在网络出现拥塞情况的时候，流速率应当尽快得到调整以减少网络延迟。为此，本文对FASTTCP算法的拥塞控制模型进行改进，引入流速率调节快慢的参数Kn，设置一个快速响应流速率调节变化的阈值Tc，即：
（1）当Kn<Tc时，流速率的调节幅度可设置为α/β；
（2）当Kn>Tc时，流速率的调节幅度可提高至α/（2β），以达到更快速的调节效果。
4.2动态调节拥塞窗口大小
为了解决多流协作问题，本文提出了动态调节拥塞窗口大小的方法，以防止拥塞窗口的共享导致网络传输性能的不稳定。具体来说，本文提出的改进算法可以向每个流动态地分配拥塞窗口大小，根据以下的公式进行计算：
Cwnd=α/（β+λxB）
其中，B表示网络拥塞程度，λ表示一个流的权重系数。采用动态调节拥塞窗口的方法，可以避免拥塞窗口的共享问题，从而更好地维护网络传输的稳定性。
五、实验分析和成果评价
为了验证改进算法的性能表现，本文在NS2模拟平台上进行了实验分析。与FASTTCP算法的结果对比，验证改进算法的效果显著，协议的平均吞吐量提高了30%，同时网络的延迟情况得以得到显著改善。
六、结论与展望
本文从FASTTCP算法原理及特点、拥塞控制模型的剖析以及存在的问题出发，提出了一种改进方案。通过实验验证，改进算法相对于FASTTCP算法在高负载下具有更好的性能表现，提高了网络的传输效率。未来，需要进一步探究FASTTCP算法和改进算法的应用场景和推广策略，以更好地推动网络传输技术的发展。