基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于路径恢复的协同混合拥塞控制方案，包括协同拥塞控制和拥塞路径流量恢复控制；协同拥塞控制根据主动队列管理技术检测拥塞并产生标记信息，并及时通知下游节点实现控制信息的交互，触发下游接收端调整Interest发送窗口、中间路由器转移流量来控制拥塞。拥塞路径流量恢复控制则根据中间节点缓冲区中数据包的队列长度和拥塞路径的剩余可用带宽计算出试探Interest包的发送频率，周期性地发送试探Interest包到拥塞路径，及时恢复拥塞路径被转移流量。针对命名数据网络将路由器和接收端控制协同起来，以防止重复和过度控制导致的传输性能下降，同时关注路由器通过转发控制后的路径流量恢复，提高最优路径传输链路利用率，进一步优化网络性能。进一步优化网络性能。进一步优化网络性能。

Cooperative hybrid congestion control method based on path recovery

【技术实现步骤摘要】
基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法


[0001]本专利技术属于高性能拥塞控制方案设计领域，特别针对命名数据网(Named DataNetworking)拥塞控制中路由器和接收端控制过度造成的性能下降、以及转发控制后路径流量及时恢复等问题。

技术介绍

[0002]随着网络信息的发展，互联网应用正逐渐从一对一的交流方式向实时内容的共享和分发方式转变。消费者更加关注如何快速、轻松地获取内容，而不是从哪里获取内容。传统的互联网范式最初是为主机与主机之间的通信而设计的，但这暴露了许多问题(低效且缺乏灵活的数据传输、安全性差、不支持移动性)。
[0003]NDN是一个新兴的网络架构，它改变了传统网络通信模型，NDN中的信息访问是由接收者驱动的，接受者通过内容名称请求数据，同时路由节点依据内容名称进行数据转发。这种新模型支持多播数据传送、网络内多源缓存和多路径转发。然而，这种新型网络架构也使网络拥塞控制复杂化，因为现有的传统拥塞控制解决方案不能直接应用。传统的TCP/IP 拥塞控制是基于两个端点之间已建立的连接，发送端通过测量往返传输时间(Round
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TripTime，RTT)或检测包丢失来发现拥塞，然后相应地调整发送速率。然而在NDN中，端到端连接的概念并不适用，因为相同内容的数据块可以从不同的生产者或者通往这些生产者的路径上的不同节点缓存中去获取，这些不同的内容源会导致不同的检索延迟，而请求者不能区分它们，因此传统的基于RTT的超时检测成为不可靠的拥塞检测指标。
[0004]根据NDN传输的特点，可以从接收端(Consumer)或中间节点的角度设计拥塞控制机制。然而，在NDN中仅依赖Consumer调整发送速率不能准确且及时的缓解拥塞，而仅依赖路由器进行分流转发会在多路径拥塞或高负荷情况下控制不佳，因此将两者结合起来形成混合控制是目前主要的解决思路。混合拥塞控制虽然控制效果更佳，但也同样存在问题。
[0005]首先，通过节点转发能够及时缓解拥塞，但是由于NDN的拥塞传输路径是当前性能最优路径，将流量转移后如果不能及时将其恢复回原路径会使得最优路径传输性能降低且影响整体通信效率，存在转发后的路径恢复问题；其次，Consumer和路由器各自拥塞控制看似共同工作实则缺乏交互和协调，容易发生过度控制现象，可能会造成一段时间内整体网络吞吐量下降，传输性能降低。因此混合拥塞控制机制需要研究如何在路由器转发控制后及时恢复拥塞路径流量以及如何将这两种机制协同起来，以防止重复和过度控制导致的传输性能下降。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供了一种基于路径恢复的协同混合拥塞控制方案。本专利技术针对命名数据网络多源多路径传输特点，将路由器和接收端控制协同起来，以防止重复和过度控制导致的传输性能下降，同时关注路由器转发控制后的路径流量恢复。
[0007]为了解决上述的技术问题，本专利技术提出一种基于路径恢复的协同混合拥塞控制方
法，其特征在于，包括协同拥塞控制和拥塞路径流量恢复控制；所述协同拥塞控制包括产生并更新拥塞标记，然后根据网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制；所述的产生并更新拥塞标记的过程是：通过主动队列管理技术，周期性检测中间节点缓冲区数据包队列的排队延时并计算标记概率，根据标记概率产生并更新拥塞标记信息；然后在中间节点缓冲区数据包队列的数据包中添加拥塞标记信息并转发给下游路由器分流节点和该数据包的接收端；所述的根据网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制是：根据接收到的网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制；所述路由器分流节点根据FIB表调整Interest转发接口，所述接收端根据拥塞标记信息自适应调整消费者终端的拥塞窗口大小，以此控制注入到网络中间节点缓冲区的数据包数量；从而下游路由器分流节点和接收端通过拥塞标记信息进行协同工作。
[0008]所述拥塞路径流量恢复控制采用双重恢复机制，当数据包的原传输路径拥塞后，原传输路径成为拥塞路径，下游分流节点会改变数据包的传输路径，即临时停用拥塞路径进行数据包传输；根据Data包携带的拥塞标记信息判断是否恢复拥塞传输路径的流量，然后判断是否恢复该路径流量，当未能恢复拥塞路径流量时，通过中间节点缓冲区中数据包的队列长度和拥塞路径的可用带宽计算出试探Interest包的发送频率，周期性地发送试探Interest 包到拥塞路径，以判断流量是否可以恢复。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0010]将本专利技术的基于路径恢复的协同混合拥塞控制方案在一台配置为Intel Xeon E5
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1650 v2 3.50GHz、DDR3 24GB SDRAM的计算机上进行部署实现。利用基于ns
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3的模拟器，即ndnSIM 2.1对本专利技术进行实验仿真，在几个简化但具有代表性的网络场景上进行了详细的实验，进一步观察本专利技术在保证网络正常运行和稳定的情况下，提高内容请求体验质量的程度，通过使用吞吐量、时延和丢包率作为QoS的基本性能指标来评估方法性能。实验结果表明，本专利技术能够很好地满足NDN在不同仿真场景下的混合拥塞控制需求。网络性能不仅取得了显著的改进，吞吐量更高更稳定，网络时延更低，而且在各种网络场景下具有更好的公平性。
附图说明
[0011]图1为本专利技术基于路径恢复的协同混合拥塞控制整体架构图；
[0012]图2为本专利技术设计的路由器转发控制流程图；
[0013]图3为本专利技术控制方法中接收端控制流程图；
[0014]图4为本专利技术控制方法中路径恢复控制流程图。
具体实施方式
[0015]本专利技术的基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法的设计思路是：针对命名数据网络多源多路径传输特点，将路由器和接收端控制协同起来，以防止重复和过度控制导致的传输性能下降，同时关注路由器通过转发控制后的路径流量恢复，提高最优路径传输链路利用率，进一步优化网络性能。该控制方法包括协同拥塞控制和拥塞路径流量恢复；协同拥塞控制根据主动队列管理技术检测拥塞并产生标记信息，并及时通知下游节点(接收端和
路由器)实现控制信息的交互，触发下游接收端调整Interest发送窗口、中间路由器转移流量来控制拥塞。拥塞路径流量恢复则根据中间节点缓冲区中数据包的队列长度和拥塞路径的剩余可用带宽计算出试探Interest包的发送频率，周期性地发送试探Interest包到拥塞路径，及时恢复拥塞路径被转移流量。
[0016]下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。
[0017]如图1所示，本专利技术提出的一种基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法，包括包括协同拥塞控制和拥塞路径流量恢复控制；具体说明如下：
[0018]所述协同拥塞控制包括产生并更新拥塞标记，然后根据网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制，如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法，其特征在于，包括协同拥塞控制和拥塞路径流量恢复控制；所述协同拥塞控制包括产生并更新拥塞标记，然后根据网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制；所述拥塞路径流量恢复控制采用双重恢复机制，当数据包的原传输路径拥塞后，原传输路径成为拥塞路径，下游分流节点会改变数据包的传输路径，即临时停用拥塞路径进行数据包传输；根据Data包携带的拥塞标记信息判断是否恢复拥塞传输路径的流量，然后判断是否恢复该路径流量，当未能恢复拥塞路径流量时，计算试探Interest包的发送频率。2.根据权利要求1所述的基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法，其特征在于，所述协同拥塞控制中，所述的产生并更新拥塞标记的过程是：通过主动队列管理技术，周期性检测中间节点缓冲区数据包队列的排队延时并计算标记概率，根据标记概率产生并更新拥塞标记信息；然后在中间节点缓冲区数据包队列的数据包中添加拥塞标记信息并转发给下游路由器分流节点和该数据包的接收端；所述的根据网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制是：根据接收到的网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制；所述路由器分流节点根据FIB表调整Interest转发接口，所述接收端根据拥塞标记信息自适应调整消费者终端的拥塞窗口大小，以此控制注入到网络中间节点缓冲区的数据包数量；从而下游路由器分流节点和接收端通过拥塞标记信息进行协同工作。3.根据权利要求1所述的基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法，其特征在于，所述拥塞路径流量恢复控制中，当未能恢复拥塞路径流量时，通过中间节点缓冲区中数据包的队列长度和拥塞路径的可用带宽计算出试探Interest包的发送频率，周期性地发送试探Interest包到拥塞路径，以判断流量是否可以恢复。4.根据权利要求2所述的基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法，其特征在于，所述协同拥塞控制中所述的产生并更新拥塞标记，每经过一个周期的具体步骤如下：1)数据包离队速率计算：根据路由器发送接口的离队数据包数量和数据包大小计算当前周期的数据包离队速率；2)路由器数据包队列当前排队延时计算：由步骤1)得到的数据包离队速率除以当前周期数据包队列长度，得到当前路由器数据包排队延时；3)用步骤2)计算的当前排队延时减去期望排队延时，然后乘以系数α；4)用步骤2)计算的当前排队延时减去上一周期的排队延时，然后乘以系数β；5)计算拥塞标记概率p：将步骤3)和4)的结果相加，然后再加上上一周期的标记概率得到当前周期的标记概率p；6)更新拥塞标记：根据步骤5)计算的拥塞标记概率p，判断p是否大于0，如果大于0则更新标记信息，更新的优先级由高到低为S
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Congestion Mark、Congestion Mark、Null Mark、Normal Mark；7)产生并更新拥塞标记操作结束。5.根据权利要求2所述的基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法，其特征在于，所述协同拥塞控制中，所述根据网络上游拥塞标记信息，下游路由器分流节点和接收端进行协同控制的具体步骤如下：
1)下游路由器接收Data包：中间节点接收到上游传输的Data包，并查看其携带的拥塞标记信息；2)判断该路由器是否是分流节点：该节点通过查询FIB表判断转发接口的数量是否大于2，如果大于2表明当前节点为分流节点，如果小于2则不是分流节点；3)分流节点拥塞控制：根据步骤2)判断当前节点是否是分流节点，如果是分流节点，且数据包拥塞标记为Congestion Mark或者S
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Congestion Mark则分流节点根据FIB表选择备用转发接口转发接下来的Interest包，如果是Null Mark或者Normal Mark中间节点没有控制动作，最后比较当前节点和Data包携带的拥塞标记等级，进行标记的更新；4)如果当前节点缓冲区数据包队列超过缓冲区容量的90％，则产生一个S
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Congestion Mark，并向下游传递；5)接收端收到Data包：当接收端收到上游传输的Data包，会查看相应拥塞标记信息；6)接收端拥塞控制：接收端根据步骤5)查看Data包携带的拥塞标记信息，如果是Normal Mark，则拥塞窗口大小加1，如果是Null Mark，则拥塞窗口大小不变，如果是Congestion Mark则拥塞窗口大小减1，如果是S
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Congestion Mark则拥塞窗口乘以系数γ，乘性减少；7)协同拥塞控制操作结束。6.根据权利要求1所述的基于路径恢复的协同混合拥塞控制方法，其特征在于，所述拥塞路径流量恢复控制包括：步骤1、根据Data包携带的拥塞标记信息判断是否恢复流量，当经过分流节点调整转发接口、改变传输路径后，对于原路径接口，每接收到一个Data包，判断是否启用禁用接口；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓，沈兴迪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：