[發(fā)明專利]一種基于流狀態(tài)信息的內容中心網絡擁塞控制方法及系統

有效

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• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103905327A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 付通敏;李楊;林濤;譚紅艷;慈松
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04L12/807
• 分類號: H04L12/807;H04L12/801
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發(fā)明涉及計算機網絡、未來網絡、擁塞避免和隊列管理，具體涉及一種基于流狀態(tài)信息的內容中心網絡擁塞控制方法及系統。

背景技術

互聯網在過去幾十年中有巨大的發(fā)展，傳統互聯網主要關注于端到端的通信，而如今的互聯網主要關注于內容的分發(fā)與獲取。在這種前提下，內容中心網絡（CCN，Content-Centric?Network）應運而生。CCN是一種全新的網絡架構，它完全拋棄了IP網絡用IP地址為每個主機命名的方式：CCN不對主機命名，而是對內容進行命名。在CCN中，每個文件被拆分成若干個固定大小的塊（Chunk），每個塊被分配一個固定的名字，如：ccnx://hpnl.ioa.ac.cn/video/filename/_chunknum/_timestamp.CCN中有兩種數據包:興趣包（Interest）與內容包（Data）。Interest中包含內容名與其他相關信息（如版本、權限等），而Data中包含內容名、其他相關信息與有效負載。

CCN路由器與傳統路由器不同：CCN路由器具有緩存功能(內容緩存在內容庫（CS,Content?Store）中)，它能夠按照一定的策略對經過它的Data進行緩存，另外，CCN路由器對Interest按照名字進行路由：采用最長前綴匹配的方法在路由表（FIB,Forwarding?Information?Table）中查詢。發(fā)出Interest后，在其等待表（PIT,Pending?Interest?Table）中保存Interest的狀態(tài)信息（來自哪個接口），收到Data之后，除把Data緩存到Content?Store中，還查詢PIT表，把Data轉發(fā)到相應的接口，再刪除PIT表中相應的條目。因此，Data的傳輸與Interest傳輸路徑相同，方向相反。

終端用戶發(fā)出Interest，CCN路由器根據名字對此Interest進行路由，如果在某個路由器節(jié)點的緩存中有此內容，則直接返回相應Data，如果沿途路由器都沒有此內容，則此Interest最終被轉發(fā)到源服務器上。服務器返回Data，沿途路徑上的路由器則會對此內容進行緩存，如果路由器再次收到此Interest，則可以直接返回Data。因此，CCN網絡節(jié)省了用戶下載時間、減少了資源的重復傳輸。

為了使網絡能夠高效運行，必須對網絡進行擁塞控制（擁塞避免）。目前已經提出的針對CCN的擁塞控制方案主要有兩種：

一種方案借鑒了TCP中擁塞控制的思想，把CCN中的Data包看作TCP中的ACK包，終端發(fā)出Interest后即啟動一個定時器，如果在定時器超時前收到Data則取消定時器，同時增大擁塞窗口；如果在定時器超時時間到達時還未收到Data，則認為此Data包已經被網絡丟棄，網絡中發(fā)生了擁塞，則減小擁塞窗口。因為CCN中Data包可能是由終端到服務器路徑上任何一個路由器或者服務器響應的，所以CCN中的RTT（從終端發(fā)出Interest到收到Data的時間間隔）變化較大。因此，方案中對于定時器超時時間的設置采用了如下的方法：

T＝RTT_min+(RTT_max-RTT_min)δ

其中，T為超時時間，RTT_min是RTT中的最小值，RTT_max是RTT中的最大值，δ為一個可調整的參數。

這種方案操作比較簡單，對路由器沒有額外要求，但是，也存在許多問題：

1、超時時間的設置難以取得一個非常合適的值，如果這個值較大，則對擁塞的反應會變得遲鈍，如果這個值較小，則可能造成擁塞的誤判。

2、這種方案中并沒有對流做區(qū)分，因此，當發(fā)生擁塞時，流量占用帶寬較小的流也會發(fā)生丟包，這其實對這些流非常不公平。

另一種方案解決了上一種方案中的問題，這種方案需要終端與路由器相配合實現擁塞控制。路由器為每條流建立一個虛擬的隊列，在發(fā)送Data包時，采用輪詢方式，依次發(fā)送各條流隊列中的Data包。同時，根據各條流隊列長度的不同在Data包中加入表示擁塞程度的“擁塞信息位（CIB,Congestion?Information?Bits）”,客戶端在收到帶有CIB的Data后，即可判斷網絡的擁塞程度，然后做出相應的決策（增大或者減小發(fā)送窗口）。

這種方案解決了方案一中的兩個問題：采用路由器隊列實際長度判斷是否擁塞，而不是單純依靠客戶端通過超時來判斷。對每條流維護一個隊列，流的公平性問題能夠得到很好的解決。