随着计算机网络的迅速发展，互联网用户不断激增，网络的拥塞也变得越来越严重。自从Jacobson于1988年提出拥塞控制的概念以来，拥塞控制引起了人们极大的关注，各种拥塞控制理论以及算法也相继提出。拥塞控制成了当今互联网研究的热点问题。拥塞控制研究由于其巨大的复杂性，现有的拥塞控制算法已不满足于以往的基于主观的分析方法，而是借助于严格的数学证明、非线性动力学方法、控制与优化理论分析复杂多变的网络系统，来设计新的、更适合网络的拥塞控制算法。本文的理论基础是非线性最优化流控，最优化流控理论是从微观经济学、博弈论和非线性最优化理论发展而来，1998年Kelly给出了关于最优化流控框架的基础性论文，1999年12月Low基于此提出了完整的最优化流控理论。它的主要思想是：最优化流控的目标是最大化源端在其传输速率下的总效用，把网络链路和源端看作是一个分布式计算系统的处理器，Low等使用了异步梯度投影算法求解这个最优化问题的对偶问题，一个关键的特性就是这个对偶问题可以被分解成一些简单的子问题，给定对偶问题的最优价格，单个的源端就能个别地求解它的最大利益，而不需要与其它源端协调。在这个系统中，源端选择能最大化自己利益的传输速率，而链路调节带宽价格来协调源端的决策。Low等基于最优化流控理论，提出了TCP／AQM的对偶模型，该模型的主导思想是：把发送速率看作原始变量，把拥塞度量看作对偶变量，源端根据反馈回来的拥塞度量调整其发送速率，而各源端发送速率的大小又会反过来影响拥塞度量，从而构成一个闭环拥塞控制系统。该模型把现有的TCP拥塞控制和AQM算法看作是求解具有适当效用函数的最优速率分配问题的分布式算法，从而可从理论上分析网络在平衡状态时的性能，如吞吐量、丢包率、时延和排队长度等。本文在全面分析和讨论最优化流控理论的基础上，基于TCP／AQM的对偶模型，把端算法和中间结点算法有效地结合起来，提出了两个基于最优化流控的拥塞控制算法，其主要工作有：一、全面分析和研究了最优化流控理论。这是本文拥塞控制算法的理论基础。本文的第二章集中研究了这个流控理论。本章首先介绍了最优化流控理论框架，给出了最优化流控的原对偶问题及其求解对偶问题的梯度投影算法。本章接着基于最优化流控理论，给出了一个TCP／AQM的对偶模型，仔细研究了TCP／AQM对偶模型的数学建模和主要思想。本章的最后探讨了REM算法，分析了REM的特性及其参数设置。二、提出了基于最优化流控的拥塞控制算法：MReno。针对Reno算法的周期性抖动和效率很低的带宽利用率，结合最优化控制理论，提出了一个新的拥塞控制算法，标注的Reno算法(MReno)。NS-2仿真实验证明，MReno算法比Reno算法有更好的稳定性和带宽利用率，在公平性方面也比较好，这正是我们想看到的。模拟结果也符合最优化流控的指导思想。但是MReno算法与Reno算法一样，随着带宽的增加，它的稳定性就会减弱。这也是我们需要进一步解决的问题。三、提出了基于最优化流控的拥塞控制算法：PVegas。同MReno算法一样，这部分内容安排在第三章。TCP Vegas，作为TCP Reno的替代算法，不像TCP Reno(或者它的改进，如NewReno，Sack)以丢包作为拥塞度量，而是以队列延迟作为拥塞度量。TCP Vegas是一个优点和缺点同样明显的算法。它的优点是当网络里只有TCP Vegas连接时，它的吞吐量非常高，并且达到平衡时没有丢包，此外，TCP Vegas对长延迟的连接不会产生不公平。它的缺点是当TCP Vegas连接与其它非TCP Vegas连接竞争有限带宽时，除非路由器缓存非常小，否则TCP Vegas会处于非常不利的状况。另外，TCP Vegas还存在持续拥塞的问题。针对TCP Vegas算法的不足，本文基于最优化流控理论，提出一个新的拥塞控制算法，即价格Vegas算法(PVegas)。NS-2网络模拟结果表明：新的拥塞控制算法PVegas能使源端获得较大效用，能很好地解决网络的持续拥塞，相对于TCP Vegas，有更好的公平性、稳定性和低丢包率。