基于队列调度的命名数据网络传输控制方法、装置和设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于队列调度的命名数据网络传输控制方法、装置和设备，该方法通过路由端队列管理机制下的队列长度信息设计和确定静态局部变量，并根据静态局部变量选取转发策略进行转发决策，仅仅通过队列长度信息判断网络传输环境，路由端不需要过分地收集、计算和分配信息，在保证甚至提高网络流量传输性能的前提下，降低了在数据收集、路由资源计算和路由转发下的资源开销，提高了资源的利用率，提高了网络流量传输的及时性和有效性；该方法以队列长度作为转发决策的正反馈，转发决策又反作用于排队队列，能够真正意义上实现闭环调整。

Transmission control method, device and device of named data network based on queue scheduling

【技术实现步骤摘要】
基于队列调度的命名数据网络传输控制方法、装置和设备
本专利技术属于网络流量传输
，尤其涉及一种队列调度的命名数据网络传输控制方法、装置和设备。
技术介绍
随着互联网的普及和发展，传统的TCP/IP网络架构已经展现出了不适应现代网络发展的趋势，NDN(NamedDataNetworking，NDN)的提出就是为了解决当前和未来网络发展需求，尤其是面对大规模的网络应用（物联网，大数据分析，区块链等）。在NDN不断被人认为是未来网络需求的同时，更应该着重考虑NDN的流量传输和拥塞问题。为了提升NDN网络的流量传输性能，需要设计更加高效的流量传输和拥塞控制机制，而流量传输和拥塞机制的设计必须结合NDN的转发引擎NFD（NDNForwardingDaemon，NFD）的设计方案。NFD是负责NDN网络流量传输和流量控制的转发驱动，NFD的转发驱动流程如图1。由图1可知，兴趣包和数据包都会在访问NFD下的表后，通过NFD下的转发策略转发出去，NFD的转发策略决定兴趣包和数据包通过NFD后如何进入网络，好的转发策略能够使得兴趣包和数据包在网络中更快地传输，合理利用网络带宽，传输延迟，使得整个流量传输流程效率更高，发生的网络问题越少。因此，设计NDN网络的流量传输和拥塞控制机制，关键是处理好NFD引擎的转发策略，好的转发策略能够通过聪明的决策最大限度地提高NDN网络的流量传输和降低网络中发生的网络拥塞。针对NDN设计的转发策略，特别是已经部署在NDN转发引擎NFD中的转发策略还不多，且大多数的转发策略还停留在对TCP/IP体系比较经典的传输算法的移植上。2016年，美国亚利桑那大学和加州大学洛杉矶分校的学者们共同研发了一种名为PCON的多路转发策略，并将它部署在了NDN的转发引擎NFD中，在一定程度上提高了流量传输性能，规避了拥塞现象，它的设计是基于ECN的显性DACK数据包和各个路由节点存储的一种包多路转发比重的txt存储文件来做路由处理计算和比重协调分配，这种技术方案很好地运用了NDN的特性，在效果上也有不错的成效，但是基于os的文件读取和分配在很大程度上和BestRouterStrategy2一样，甚至比BestRouterStrategy2更严重地消耗了路由计算资源和提高了传输时延，PCON转发策略大量的访问和修改使路由端无法能够利用多路转发策略及时降低转发和规避拥塞，导致决策在现实情况下会产生滞后现象。还有一类是基于机器学习的自适应转发控制算法，它是希望能够根据网络运行的当前环境及时对流量转发做出准确的决策。NFD下的这种算法是基于监督性的数据参数训练的，但是训练出的模型还不能适应于现实中复杂的网络环境，再加上这种自适应转发算法设计的比较复杂，参照的网络影响参数比较多（包括一些对网络传输影响不是特别大的参数），造成了开销过大，效率不高的窘状。NFD下的转发策略，利用率低，高延迟，计算资源大等是目前最大的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于队列调度的命名数据网络传输控制方法、装置和设备，以解决现有NFD的转发策略利用率低，高延迟以及计算资源大的问题。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于队列调度的命名数据网络传输控制方法，包括以下步骤：步骤1：对队列管理机制进行适应性调整，使队列管理机制在NDN上实际可用；步骤2：根据NFD下转发策略的流量传输性能和稳定性，选取几种转发策略，再根据已选的转发策略设计NFD的混合路由转发策略；步骤3：根据步骤1中队列管理机制的队列长度信息，以及步骤2中已选转发策略在不同时间段的流量传输性能和稳定性，设计并确定对应的静态局部变量；步骤4：根据步骤3中不同时间段的静态局部变量，选取NFD混合路由转发策略下的最优转发策略来进行转发决策。本专利技术所述的命名数据网络传输控制方法，通过路由端队列管理机制下的队列长度信息设计和确定静态局部变量，并根据静态局部变量选取转发策略进行转发决策，仅仅通过队列长度信息判断网络传输环境，路由端不需要过分地收集、计算和分配信息，在保证甚至提高网络流量传输性能的前提下，降低了在数据收集、路由资源计算和路由转发下的资源开销，提高了资源的利用率，提高了网络流量传输的及时性和有效性。该方法根据路由节点下队列管理机制的队列长度信息，判断当下的网络传输环境从而控制转发，以队列长度作为转发决策的正反馈，转发决策又反作用于排队队列，一定程度上降低了路由端的队列排队长度，能够真正意义上实现闭环调整，提高了NDN环境下网络流量传输性，降低了网络拥塞。进一步地，所述命名数据网络传输控制方法还包括步骤5：对路由器队列长度信息进行实时数据日志监控。进一步地，所述步骤1的具体操作为：对队列管理机制的DropTailQueue算法进行移植，将基于ACK的隐性丢包改成DACK的显式丢包，并对丢包的数目进行计数。进一步地，所述步骤2的具体操作为：步骤2.1：搭建NFD转发引擎的转发策略环境，包括新的转发策略定义，包接收和发送的方法；步骤2.2：根据NFD下转发策略的流量传输性能和稳定性，选取几种转发策略；步骤2.3：将已选转发策略的内联函数、调用方法包含进新的转发策略中；步骤2.4：对所有已选转发策略进行包装，使已选转发策略能够整体调用，新的转发策略即为混合路由转发策略。进一步地，所述步骤2中，已选的转发策略为洪发策略和最优路由策略。进一步地，所述步骤3中，对应的静态局部变量为2/3。进一步地，所述步骤3中，静态局部变量的设计和确定方法为：步骤3.1：对已选的所有转发策略进行流量传输实验，得到每种转发策略对应的流量传输数据；步骤3.2：以队列比重为横坐标，以流量传输数据为纵坐标，且在同一坐标系下绘制每种已选转发策略的流量传输折线图，得到所有已选转发策略流量传输折线图的叠加图；所述队列比重等于实时队列长度/满队列长度；步骤3.3：由叠加图，确定在零至某个队列比重内，其中一种转发策略的流量传输数据高于其他转发策略的流量传输数据，超过该队列比重，则有其他转发策略的流量传输数据高于该其中一种转发策略的流量传输数据，该队列比重即为一个静态局部变量；以此类推，确定实验过程内所有静态局部变量。本专利技术还提供了一种基于队列调度的命名数据网络传输控制装置，包括：调整模块，用于对队列管理机制进行适应性调整，使队列管理机制在NDN上实际可用；转发策略设计模块，用于根据NFD下转发策略的流量传输性能和稳定性，选取几种转发策略，再根据已选的转发策略设计NFD的混合路由转发策略；变量确定模块，用于根据队列管理机制的队列长度信息，以及已选转发策略在不同时间段的流量传输性能和稳定性，设计并确定对应的静态局部变量；转发决策模块，用于根据不同时间段的静态局部变量，选取NFD混合路由转发策略下的最优转发策略来进行转发决策。本专利技术还提供了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于队列调度的命名数据网络传输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：对队列管理机制进行适应性调整，使队列管理机制在NDN上实际可用；/n步骤2：根据NFD下转发策略的流量传输性能和稳定性，选取几种转发策略，再根据已选的转发策略设计NFD的混合路由转发策略；/n步骤3：根据步骤1中队列管理机制的队列长度信息，以及步骤2中已选转发策略在不同时间段的流量传输性能和稳定性，设计并确定对应的静态局部变量；/n步骤4：根据步骤3中不同时间段的静态局部变量，选取NFD混合路由转发策略下的最优转发策略来进行转发决策。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于队列调度的命名数据网络传输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对队列管理机制进行适应性调整，使队列管理机制在NDN上实际可用；
步骤2：根据NFD下转发策略的流量传输性能和稳定性，选取几种转发策略，再根据已选的转发策略设计NFD的混合路由转发策略；
步骤3：根据步骤1中队列管理机制的队列长度信息，以及步骤2中已选转发策略在不同时间段的流量传输性能和稳定性，设计并确定对应的静态局部变量；
步骤4：根据步骤3中不同时间段的静态局部变量，选取NFD混合路由转发策略下的最优转发策略来进行转发决策。


2.如权利要求1所述的命名数据网络传输控制方法，其特征在于，还包括步骤5：对路由器队列长度信息进行实时数据日志监控。


3.如权利要求1或2所述的命名数据网络传输控制方法，其特征在于，对队列管理机制的DropTailQueue算法进行移植，将基于ACK的隐性丢包改成DACK的显式丢包，并对丢包的数目进行计数。


4.如权利要求1或2所述的命名数据网络传输控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作为：
步骤2.1：搭建NFD转发引擎的转发策略环境，包括新的转发策略定义，包接收和发送的方法；
步骤2.2：根据NFD下转发策略的流量传输性能和稳定性，选取几种转发策略；
步骤2.3：将已选转发策略的内联函数、调用方法包含进新的转发策略中；
步骤2.4：对所有已选转发策略进行包装，使已选转发策略能够整体调用，新的转发策略即为混合路由转发策略。


5.如权利要求1或2所述的命名数据网络传输控制方法，其特征在于，所述步骤2中，已选的转发策略为洪发策略和最优路由策略。


6.如权利要求5所述的命名数据网络传输控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大方，苏凯，李彦彪，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43