一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，针对NDN中天然的多源多路径特点，使用改进的路径标识方案，使consumer能够识别出包括缓存和原始数据源在内的多源的潜在可用子路径。并能够使子路径所指向的路由器缓存不存在Interest对应的Data包时，可以高效的向四周寻找数据源。对于consumer的拥塞控制设计，本专利根据每条子路径的传输时延、带宽与正在传输的数据包个数定义了一个饱和度。通过对每条子路径的饱和度对比，consumer可以筛选出可能会发生拥塞的子路径。最后利用被标记为可能发拥塞的子路径和所有子路径的时延带宽积比值来调整拥塞窗口。本发明专利技术在合理利用NDN网内缓存带来的多源以及天然的多路径传输优势下，改进NDN的拥塞控制方案，提高网络整体的利用率。利用率。利用率。

An efficient NDN multi-source and multi-path congestion control method

【技术实现步骤摘要】
一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法


[0001]本专利技术涉及NDN拥塞控制领域，特别涉及一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着互联网与网络技术的普及，移动设备在人类生活中的需求迅速增长，使得用户对高带宽网络传输的需求也越来越强，对现有网络架构提出了新的挑战。为了应对现有的TCP/IP网络架构暴露出来的诸如安全性和数据冗余传输等问题，出现了一些以数据为中心的网络架构。数据命名网络架构(NamedDataNetwork，NDN)作为一个信息中心的典型实例网络架构获得了大量关注。
[0003]在NDN的网络架构中，主要有两种数据包分别为Interest和Data包，其中Interest主要是请求者(consumer)用来请求数据，Data则包含Interest所请求的数据，主要存在于服务器端(producer)。每个数据包会有一个独特的名字，称为prefix。作为一个信心中心的网络架构，NDN主要通过数据包的prefix进行转发，将TCP/IP架构下端到端的传输方式转变为面向内容的传输方式。在中间节点会有FIB、CS和PIT三个表，其中FIB用来和每个Interest的prefix做最长前缀匹配寻找下一跳转发接口，CS表用来查找该节点所缓存Data的prefix，PIT用来记录该Interest进入该节点的接口以便后续Data返回时的转发接口查找。同时，每个节点可以携带一定的缓存空间，用来缓存经过该节点的数据包，当缓存空间满后会有专门的缓存替换策略(replacement policy)来选择如何缓存当前数据包。当一个Interest到达某个中间路由节点后，路由器首先会查找CS表，如果CS表得到匹配则直接从缓存中返回Data，否则会匹配PIT表，如果PIT中未记录该Interest的prefix则记录否则忽略。当PIT记录了Interest后会通过匹配FIB表来进行下一跳转发。当Interest请求到相应的Data时，Data会通过PIT表沿Interest请求路径原路返回。显然，NDN自带的缓存与原始的数据源在天然的构成多源的场景，而面向内容传输的过程则会导致多路径的传输。这使得NDN存在着天然的多源多路径场景。由于这种多源多路径的传输，对于请求量巨大且内容重复度非常高的场景具有非常大的优势，能很多应对当前TCP/IP架构所暴露出的问题。
[0004]然而，传统的TCP/IP架构是基于端到端连接的，即使是多路径的TCP也是在多个基于端到端连接的子流，与NDN的面向内容的传输方式有着巨大的隔阂。这使得传统基于TCP/IP架构的拥塞控制算法不能适用于NDN这种无连接的架构。在NDN中，也有许多分别针对单源多路径与多源多路径的设计方案，其中多源多路径的方案主要分为基于接收端的拥塞控制方案与逐渐的拥塞控制方案。
[0005]基于接收端的拥塞控制方案主要是直接在consumer端部署拥塞控制方案对发送速率进行调整。在NDN中，Interest与对应的Data是在同一条路径但是不同方向进行转发的，因此consumer可以直接通过控制发送Interest的速率来控制网络中的流量。在NDN中，除了基于单源假设的部分拥塞控制方案，为了适应NDN多源与多路径的特性，也有许多工作通过根据每条子路径的网络状况来进行发送速率的调整，将发送速率的调整更加精细化。
例如，通过分开测量每条子路的往返时延(RoundTripTime,RTT)，使consumer能够更加精确的获取具体路径的传输时延与超时重传时间(RetransmissionTimeOut,RTO)，从而减少NDN中因为网内缓存的存在带来的RTT测量不准确问题。该方案因为将拥塞控制方法布置在consumer端，无法根据每条链路的使用情况来更灵活的调整发送速率。但是该方案易于部署且不会需要对路由器或者网络中其他网络设备进行更改，使得其他设备能专注于现有功能。
[0006]逐跳的拥塞控制方案是在中间路由器上根据自身每个可以转发链路的网络状态来控制往每条链路的发送速率，从而实现逐跳的拥塞控制。相对于基于接收端的拥塞控制方案只能根据consumer可转发的子路径的网络状况调整发送速率，逐跳的拥塞控制方案可以使每个路由器根据自身的连接的链路来定位到每条链路的网络状态调整发送速率。但是也因此增加了中间路由器的负载，使得路由器出除转发功能外还需要控制每条可转发链路的发送速率且由于无法真正替换现实网络中的所有路由器所以无法真正部署。

技术实现思路

[0007]为了解决目前存在的技术问题，本专利技术的技术方案是，
[0008]一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，数据命名网络架构NDN中的请求者Consumer向NDN中连续发送预设数量的没有PathTag字段的兴趣包Interest，并在发送完毕后转为发送添加了PathTag字段的Interest，且在发送预定数量后单独发送一个没有PathTag字段的Interest；其中PathTag字段中记录数据包所经过的转发接口；
[0010]步骤2，当路由器Router接收到Interest时，则首先对Interest进行PathTag字段检测，并根据检测结果来对Interest进行转发；
[0011]步骤3，当Router接收到与Interest对应的数据包Data时，采用与步骤2相同的方式来转发Data，并在转发前将转发接口的信息编码至Data的PathTag字段中；其中Data中还有用于记录所经过的路由器拥塞状态的CongestionHop字段，Router在接收到Data的同时进行检测，并写入CongestionHop字段；
[0012]步骤4，当Consumer接收到步骤1发送的Interest所对应的Data后，取出Data中的PathTag字段的值即经过的转发接口信息，并作为一条完整的子路径保存到可用子路径集合中，以区别不同的子路径；
[0013]步骤5，Consumer通过步骤4中取出的PathTag字段与本地记录的信息，更新每条子路径的带宽BW、时延RTT和时延带宽积BDP；
[0014]步骤6，Consumer根据步骤5的结果，将没有发生拥塞的子路径分为即将发生拥塞与不会发生拥塞的两类；
[0015]步骤7，Consumer根据步骤6的结果，进行数据发送窗口的调整。
[0016]所述的一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，所述的步骤2中，PathTag字段是用于添加到Interest和Data中的字段，以通过记录所经过的转发接口来标识不同的子路径；所述的步骤3中，CongestionHop字段是用于添加到Data中的字段，以标识Router是否拥塞。
[0017]所述的一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，所述的步骤2中，根据检测结果
来对Interest进行转发包括：
[0018]2.1当Interest未包含PathTag字段时，Router将I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，数据命名网络架构NDN中的请求者Consumer向NDN中连续发送预设数量的没有PathTag字段的兴趣包Interest，并在发送完毕后转为发送添加了PathTag字段的Interest，且在发送预定数量后单独发送一个没有PathTag字段的Interest；其中PathTag字段中记录数据包所经过的转发接口；步骤2，当路由器Router接收到Interest时，则首先对Interest进行PathTag字段检测，并根据检测结果来对Interest进行转发；步骤3，当Router接收到与Interest对应的数据包Data时，采用与步骤2相同的方式来转发Data，并在转发前将转发接口的信息编码至Data的PathTag字段中；其中Data中还有用于记录所经过的路由器拥塞状态的CongestionHop字段，Router在接收到Data的同时进行检测，并写入CongestionHop字段；步骤4，当Consumer接收到步骤1发送的Interest所对应的Data后，取出Data中的PathTag字段的值即经过的转发接口信息，并作为一条完整的子路径保存到可用子路径集合中，以区别不同的子路径；步骤5，Consumer通过步骤4中取出的PathTag字段与本地记录的信息，更新每条子路径的带宽BW、时延RTT和时延带宽积BDP；步骤6，Consumer根据步骤5的结果，将没有发生拥塞的子路径分为即将发生拥塞与不会发生拥塞的两类；步骤7，Consumer根据步骤6的结果，进行数据发送窗口的调整。2.根据权利要求1所述的一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，其特征在于，所述的步骤2中，PathTag字段是用于添加到Interest和Data中的字段，以通过记录所经过的转发接口来标识不同的子路径；所述的步骤3中，CongestionHop字段是用于添加到Data中的字段，以标识Router是否拥塞。3.根据权利要求1所述的一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，其特征在于，所述的步骤2中，根据检测结果来对Interest进行转发包括：2.1当Interest未包含PathTag字段时，Router将Interest从能够转发的接口集合中随机选择一个接口来转发Interest，用以探索所有潜在可用路径；2.2当Interest包含PathTag字段且从PathTag解码出的接口能够转发时，Router将Interest从PathTag中解码出的接口转发；2.3当Interest包含PathTag字段且从PathTag无法解码或者无法解码出能够用于转发的接口时，Router将Interest转发至所有未被Data中的CongestionHop字段标记为阻塞的下一跳路由器。4.根据权利要求3所述的一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，其特征在于，所述的步骤2.3中，如果所有邻接路由器都被标记为拥塞，则通过如下公式选择最优的邻接路由器：其中faces为所有邻接路由器，为到邻接路由器链路的传输时延，inflight
i
为到邻接节点正在路由器传输的包数。
5.根据权利要求1所述的一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，其特征在于，还包括在Router上进行PathTag字段重置的过程：当Router需要保存经过该路由器的Data至CS表中时，则将Data中的PathTag字段信息重置。6.根据权利要求1所述的一种高效的NDN多源多路径拥塞控制方法，其特征在于，所述的步骤3中，子路径编码机制是基于以下公式实现：PathTag
new
＝(FaceNum
‑
255)+Path...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳旺，周杰钰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：