CN103812784B - 一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，用于缓解兴趣包请求过快、数据流量持续增长引起的网络拥塞问题；每个节点维护两个滑动窗口，即兴趣包发送窗口和数据包发送窗口，两个窗口的长度根据网络拥塞状况实时调节并彼此制约；由于内容网络本身的特点，兴趣包与数据包的大小不同，占用链路带宽也不相同，因此，针对两种窗口引入不同粒度的拥塞控制方法。本发明实现了一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，提高了网络的可靠性和有效性。

Description

一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法

技术领域

本发明涉及网络拥塞控制领域，具体涉及一种用于内容网络的双向滑动窗口的拥塞控制方法。

背景技术

当今互联网的设计理念可以上溯至20世纪六七十年代。互联网最初的目标是通过网络的互联互通，实现硬件资源的共享。目前互联网中广泛应用的TCP/IP协议通过“主机—主机”的方式进行通信，可以满足目前大部分应用的需求，例如网页、邮件等。但是随着互联网的迅猛发展，其应用主题逐渐从硬件共享转移到文字、图片和视频等信息的共享上，因此，用户更加关心获取内容的速度，以及内容的可靠性和安全性。目前“主机-主机”的方式显然已经不能满足用户的需求。

针对上述问题，国际上主流的研究思路是建立以信息为中心的网络(Information-Centric Network，ICN)，根据整个网络的需求，重新思考和定义网络的架构，使网络中的通信不再关注信息的存储位置，而仅关心需要获取的信息。

在内容网络中，内容都是相对独立的，用户可以获取一个节点内的内容，而不需要知道这个节点的位置。内容网络的通信都是接收端驱动的。请求内容的节点称为消费者。拥有该内容的节点称为提供者。消费者通过发送兴趣包请求内容，提供者回复数据包，数据包沿着兴趣包传递的路径返回给消费者。每个中间节点可以缓存内容。目前的内容网络中兴趣包与数据包的发送是一对一的。对于一些流行内容，会出现兴趣包请求过快、数据流量持续增长的情况，这样会引起网络拥塞问题。

现阶段，研究者们主要关注研究内容网络的命名、缓存、路由等方面，对于拥塞控制方面还没有完善的理论。目前，研究者们默认AIMD(Additive Increase MultiplicationDecrease)方法为一种拥塞控制方法，研究者们采用AIMD方法调节兴趣包的发送速率。在每个内容网络客户端进行AIMD拥塞控制，类似TCP。拥塞通过数据包丢失检测，网络没有发生拥塞时，拥塞窗口长度线性增加，一旦发生拥塞，拥塞窗口长度乘性减小。因为兴趣包流量较小，默认拥塞只发生在数据包下载的方向上，兴趣包的传输不会引起网络拥塞。但是，这种只调节兴趣包的发送速率的方法不能很快地缓解网络拥塞的状况。一旦网络中发生拥塞，可能部分提供者已经接收到了来自消费者发出的兴趣包，这些提供者就会向消费者返回数据包，这样会加重网络拥塞的情况。另外，这种方法没有考虑到兴趣包与数据包的大小差异。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，以解决内容网络中兴趣包请求过快、数据流量持续增长，从而导致网络拥塞的问题。

(二)技术方案

本发明采用的技术方案是：一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，包括以下步骤：

步骤一，消费者以一定的兴趣包发送窗口长度发送兴趣包；

步骤二，如果消费者在一定时间内接收不到数据包，则消费者认为网络发生拥塞，调节兴趣包发送窗口长度；

步骤三，兴趣包中携带兴趣包发送窗口长度、每个兴趣包请求的数据包个数以及对数据包接收的确认信息；

步骤四，提供者根据接收的兴趣包中每个兴趣包请求的数据包个数和兴趣包发送窗口长度，确定回复给消费者的数据包个数；根据兴趣包中的确认信息滑动数据包发送窗口；根据自身数据包发送窗口长度和兴趣包中携带的兴趣包发送窗口长度确定下一次每个兴趣包请求的数据包个数。

本发明还提供了兴趣包发送窗口长度的控制方法：

1.该窗口长度W₁由网络的拥塞状况决定，W₁初始值为1，计算公式为：

$W_1=\left\{\begin{array}{cc}{W}_1+1& true\\ \frac{1}{2}{W}_1& false\end{array}\right.$

其中，在超时重传时间内成功接收数据包表示网络中未发生拥塞，记为true；否则表示网络中发生拥塞，记为false。

本发明还提供了一种不同粒度的拥塞控制方式：

内容网络中，消费者发送兴趣包，以内容块为单位请求内容，提供者将该内容块分为多个数据包返回给消费者，每个节点可能既是消费者也是提供者，因此每个节点都要维护兴趣包发送窗口和数据包发送窗口，这两个窗口的粒度不同。

本发明还提供了一种通过兴趣包发送窗口长度调节下一次兴趣包请求的数据包个数的方法：

提供者根据数据包发送窗口长度W₂和兴趣包发送窗口长度W₁确定下一次每个兴趣包请求的数据包的个数A，计算公式如下：

本发明还提供了通过兴趣包中携带的信息A确定提供者发送数据包个数的方法：

提供者每次发送A*W₁个数据包。

(三)有益效果

本发明实施例所提供的基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法与现有的基于AIMD方法调节兴趣包的发送速率的方法相比，更全面地考虑了前向路径与后向路径的拥塞问题。每个节点维护两个窗口，即兴趣包发送窗口和数据包发送窗口，而且，两个窗口的控制粒度不同。当网络发生拥塞时，可以更快地缓解网络拥塞的情况，加快网络的收敛。

附图说明

图1是本发明实施例中内容网络中兴趣包的发送阶段示意图；

图2是本发明实施例中内容网络中的网络拓扑图；

图3是本发明实施例中内容网络中双向滑动窗口的拥塞控制方法的实现流程；

图4是兴趣包拥塞窗口的调节方法示意图；

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。一下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，网络拓扑如图2所示，首先提供了一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，如图3所示，主要包括一下步骤：

步骤一，设置消费者的兴趣包发送窗口长度W₁为1，发送兴趣包；

步骤二，消费者的兴趣包发送窗口长度W₁由网络的拥塞状况决定，如图1，图4所示，计算公式为：

$W_1=\left\{\begin{array}{cc}{W}_1+1& true\\ \frac{1}{2}{W}_1& false\end{array}\right.$

其中，在超时重传时间内成功接收数据包表示网络中未发生拥塞，记为true；否则表示网络中发生拥塞，记为false，超时重传时间RTO的计算公式为：

${\mathrm{RTO}}_i=\stackrel{\‾}{RTT}+f*\mathrm{\σ}$

其中，f是常数因子，设为4，用来避免频繁地提前超时，σ是往返时延RTT的标准差；

其中，平均往返时延的计算公式为：

$New\stackrel{\‾}{RTT}=\mathrm{\δ}\·Old\stackrel{\‾}{RTT}+(1-\mathrm{\δ}){\mathrm{RTT}}_i$

其中，δ称为常数增益，设为0.875，用来控制RTT_i对的影响程度，RTT_i是最近接收一次数据包的往返时延；

步骤三，兴趣包中携带消费者的兴趣包发送窗口长度W₁，以及每个兴趣包请求的数据包个数A；

步骤四，提供者接收到兴趣包时，首先根据兴趣包中携带的消费者兴趣包发送窗口长度W₁，以及每个兴趣包请求的数据包个数A确定即将发送数据包的个数A*W₁；

步骤五，提供者根据兴趣包中携带的的兴趣包发送窗口长度W₁和自身数据包发送窗口长度W₂确定下一次消费者每个兴趣包请求的数据包个数A：

步骤六，数据包中携带提供者修改后的每个兴趣包请求的数据包个数A，消费者收到数据包后，再次发送兴趣包中携带每个兴趣包请求的数据包个数A及兴趣包发送窗口长度W₁；

步骤七，提供者收到兴趣包后，如果网络不发生拥塞，数据包发送窗口长度每个轮次增1，如果网络发生拥塞，数据包的发送窗口长度不变；提供者根据数据包发送窗口长度W₂和消费者兴趣包发送窗口长度W₁调节数据包的发送个数A*W₁，并且根据收到的兴趣包中对数据包的确认消息，调节自身数据包发送窗口的移动。

Claims (8)

1.一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤一，消费者以一定的兴趣包发送窗口长度发送兴趣包；

步骤二，如果消费者在一定时间内接收不到数据包，则消费者认为网络发生拥塞，调节兴趣包发送窗口长度；

步骤三，兴趣包中携带兴趣包发送窗口长度、每个兴趣包请求的数据包个数以及对数据包接收的确认信息；

步骤四，提供者根据接收的兴趣包中每个兴趣包请求的数据包个数和兴趣包发送窗口长度，确定回复给消费者的数据包个数；根据兴趣包中的确认信息滑动数据包发送窗口；根据自身数据包发送窗口长度和兴趣包中携带的兴趣包发送窗口长度确定下一次每个兴趣包请求的数据包个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，其前提条件是：

每个节点维护两个窗口，即兴趣包发送窗口和数据包发送窗口。

3.根据权利要求1所述的一种基于双向滑动窗口的内容网络的拥塞控制方法，其特征在于，步骤一所述的消费者以一定的兴趣包发送窗口长度发送兴趣包，该窗口长度W₁由网络的拥塞状况决定，W₁初始值为1，计算公式为：

$W_1=\left\{\begin{array}{cc}{W}_1+1& true\\ \frac{1}{2}{W}_1& false\end{array}\right.$

其中，在超时重传时间内成功接收数据包表示网络中未发生拥塞，记为true；否则表示网络中发生拥塞，记为false。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，提供者根据步骤三所述的兴趣包中每个兴趣包请求的数据包个数和兴趣包发送窗口长度，确定回复给消费者的数据包个数；提供者根据兴趣包中的确认信息滑动数据包发送窗口。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，内容网络中传输的文件被划分为若干个内容块，消费者发送兴趣包以内容块为单位请求内容，提供者将该内容块划分为多个数据包返回给消费者。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四所述的提供者根据自身数据包发送窗口长度和兴趣包中携带的兴趣包发送窗口长度确定下一次每个兴趣包请求的数据包个数，该方法的计算公式如下：

其中，W₁表示兴趣包发送窗口长度；W₂表示数据包发送窗口长度，

A表示下一次每个兴趣包请求的数据包的个数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每次接收到兴趣包时，如果网络未发生拥塞，数据包发送窗口长度加1；否则，数据包发送窗口保持不变。

8.根据权利要求2所述的方法，该方法实施在权利要求1的步骤一之前，该方法的具体实施步骤包括：以兴趣包的个数为单位设置兴趣包发送窗口；以数据包的个数为单位设置数据包发送窗口，实现不同粒度的控制。