TCP Congestion Control Algorithm Using Queueing Theory-Based Optimality Equation

Dumisa W. Ngwenya

doi:10.3390/electronics14020263

2025-01-10

Dumisa W. Ngwenya *

M. C. Hlophe

B. T. Maharaj

DOI：10.3390/electronics14020263

原文链接

原文求助

摘要

En 中文

互联网拥塞控制专注于平衡有效网络利用率与避免拥塞。当瓶颈带宽和网络缓冲区容量被超过时，拥塞通常表现为丢包。此外，当数据包在缓冲区中停留时间过长时，会产生排队时延。大多数现有的拥塞控制算法旨在将其作为约束满足问题来解决，其中约束由带宽或排队时延限制定义。然而，这些方法通常强调寻找可行解而非最优解，这往往导致可用带宽的利用率不足。为解决此局限性，本文利用小定律（Little's Law）推导出拥塞控制的闭式最优性方程。该最优性方程是开发新算法TCP QtColFair的基础，该算法旨在优化发送速率。TCP QtColFair与两种广泛部署的拥塞控制算法进行了比较：TCP CUBIC，利用立方窗口增长函数来提高高带宽、长距离网络中的性能；以及TCP BBR（瓶颈带宽和往返传播时间），由Google开发，通过估计网络的瓶颈带宽和往返时间来优化数据传输。在避免排队时延和最小化丢包方面，TCP QtColFair优于TCP CUBIC，并在网络缓冲区较大时与TCP BBR的性能相当。在有效网络利用率方面，TCP QtColFair优于TCP BBR和TCP CUBIC。TCP QtColFair的有效利用率约为96%，而TCP BBR略高于94%，TCP CUBIC约为93%。

Keyword:

TCP/IP

congestion control

Kleinrock's principle

Stidham's optimality

Little's law

network optimization

queueing theory

TCP CUBIC

TCP BBR