專利名稱：一種面向游牧應用的網(wǎng)絡擁塞控制方法
一種面向游牧應用的網(wǎng)絡擁塞控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于計算機網(wǎng)絡、通信與數(shù)字媒體等有機結合起來的技術領域。背景技術：
隨著移動通訊和移動計算技術的融合，移動技術的逐步成熟，移動技術的應用與發(fā)展帶來的移動交互，為隨時隨地在線聯(lián)接、通訊聯(lián)絡和信息交換提供了可能，同時為移動工作提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。隨著網(wǎng)絡應用規(guī)模的擴大和承載業(yè)務的增多，網(wǎng)絡負荷的增加，網(wǎng)絡局部出現(xiàn)擁塞，吞吐量下降，在游牧環(huán)境下的網(wǎng)絡上實時傳輸音頻視頻，必須采取防止網(wǎng)絡擁塞的措施。如何有效的避免通信擁塞，提高網(wǎng)絡性能和運行效率，同時保證用戶對多媒體信息的不同需求成為許多研究關注的焦點。擁塞控制機制在通信環(huán)境中的主要問題是各種混合的網(wǎng)絡同時存在，其中包括寬帶網(wǎng)、窄帶網(wǎng)、各種局域網(wǎng)、無線網(wǎng)、有線網(wǎng)的共存，如何實現(xiàn)這些網(wǎng)絡之間流暢的傳輸數(shù)據(jù)，將會成為通信應用發(fā)展的重要瓶頸。網(wǎng)絡擁塞控制產生的原因是當網(wǎng)絡提供的可用資源不能夠滿足用戶的需求時， 網(wǎng)絡的傳輸性能就會下降，這樣就會產生擁塞，由于游牧應用下的網(wǎng)絡是異構的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡環(huán)境比較復雜，各種終端設備的接口的不一致性，各種網(wǎng)絡的并存，必然會造成網(wǎng)絡的擁塞。即當一個網(wǎng)絡中的子網(wǎng)出現(xiàn)轉發(fā)的分組過多，網(wǎng)絡的處理能力有限，也就是說網(wǎng)絡的負載超過了網(wǎng)絡的承受能力，即網(wǎng)絡發(fā)生了擁塞。網(wǎng)絡的擁塞主要表現(xiàn)在以下幾個方面端到端的傳輸時延增加、系統(tǒng)的性能下降、網(wǎng)絡的分組丟失等。其中擁塞產生的直接原因包括以下幾點(1)存儲空間不足如果幾個TCP流同時向一個路由器端發(fā)送數(shù)據(jù)，路由器端存儲能力有限，同時接收端的接收數(shù)據(jù)能力有限，這時，需要通過建立一個隊列來處理這些數(shù)據(jù)包，但是由于受網(wǎng)絡設備物理等因素的限制，隊列的長度有限，有些數(shù)據(jù)包必然要丟棄，針對這種情況產生的擁塞，增加存儲空間就可以解決這個問題。(2)帶寬太窄當幾個TCP流同時向一個路由器發(fā)送數(shù)據(jù)時，尤其是高速鏈路向低速鏈路傳輸數(shù)據(jù)時，由于鏈路轉發(fā)的能力不一樣，低速鏈路很容易形成瓶頸，這樣很容易產生擁塞，這種情況形成的瓶頸，可以通過增加瓶頸帶寬得到解決。(3)處理器處理能力有限CPU的處理速度如果低于高速鏈路的傳輸速度，也容易產生瓶頸，形成擁塞。網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)傳輸過程中有大量不穩(wěn)定因素的存在，同時由于hternet的數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，易出現(xiàn)大量待處理的數(shù)據(jù)包，而物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興的，復雜的網(wǎng)絡形式，突發(fā)性更是不可避免，因此，要想解決游牧環(huán)境下的突發(fā)性，必須找到一個合適的算法，該算法必須能夠處理來自網(wǎng)絡大量的突發(fā)性數(shù)據(jù)包。

發(fā)明內容本發(fā)明目的是解決游牧應用模式下的網(wǎng)絡擁塞及在多媒體無縫遷移系統(tǒng)下應用的通信流暢問題，以保證網(wǎng)絡流暢無障礙的運行，促進游牧通信的發(fā)展及應用，從而提出了基于升半正態(tài)分布的擁塞自適應控制DARED (Distributed Adaptive RED)算法，并從理論上分析了此算法在游牧應用環(huán)境下的系統(tǒng)可行性。本發(fā)明提供的面向游牧應用的網(wǎng)絡擁塞控制方法的具體步驟第1、當有分組到達路由器時，采用RED算法根據(jù)低通濾波器計算平均隊列長度 Qav，即單位時間上的隊列長度的平均值?？捎上旅娴墓降玫絈av= (l-wq) XQav+wqXq其中，表示為由低通濾波器確定的時間系數(shù)，q表示為測量時主動隊列的長度。第2、將第1步計算得到的平均隊列長度Qav與丟棄概率曲線的最大門限閥值Qmax 和最小門限閥值Qmin進行比較，根據(jù)比較結果，將當前的擁塞程度分為三種狀態(tài)，分別為Between,即平均隊列長度處于Qmin和Qmax之間，即隊列處于穩(wěn)定狀態(tài)，將states設置為 between ；Above，平均隊列長度大于Qmax，將state的狀態(tài)設置為above狀態(tài)；Bellow，平均隊列長度小于Qmin，將states的狀態(tài)設置為bellow ；第3、根據(jù)第2步確定的擁塞程度來進行動態(tài)的自適應調整，采取相應的數(shù)據(jù)包丟棄概率，保持隊列長度在穩(wěn)定的范圍內，避免不必要的抖動，具體操作是當連續(xù)2個時間間隔處于below狀態(tài)時，則認為鏈路的利用率低下，通過調整Pmax 值來提高鏈路的利用率；當連續(xù)2個時間間隔處于above狀態(tài)時，則認為鏈路發(fā)生擁塞，動態(tài)調整pmax的值， 增大向源端發(fā)送擁塞的通知，以便使源端降低發(fā)送速率，從而減輕擁塞。所述的網(wǎng)絡擁塞控制方法是通過不同架構下的媒體無縫的快速的遷移實現(xiàn)的，具體方法如下B/S架構下的遷移策略使用Ajax技術作為前端數(shù)據(jù)遷移的技術。Ajax是幾種技術的融合，即異步JavMcript和XML間的融合。同時針對服務端的推送模塊實現(xiàn)，我們采用Comet技術設計了數(shù)據(jù)推送模塊。P2P架構下的遷移策略著重運用了 JMF這樣成熟的技術加以實現(xiàn)，同時利用該技術提供WkssionManager接口很好地實現(xiàn)了流媒體遷移過程中的擁塞控制，又在此基礎上研究了基于關鍵幀的挖掘和遷移的方法，即設計出了接收模塊和動作遷移事件模塊的關鍵代碼，保證了 QoS;C/S架構下的無縫遷移策略著重使用了 ActiveMovie這樣成熟的控件來構造播放器，并在音頻視頻文件傳輸中使用了基于位置的切割遷移功能和擁塞控制，保證了遷移的效率。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本文提出了一種基于升半正態(tài)分布的網(wǎng)絡擁塞自適應控制算法，通過改進原始的數(shù)據(jù)包丟棄概率函數(shù)和最大丟棄概率參數(shù)值來進行相應的控制。利用NS2仿真軟件進行了仿真，實驗結果表明，基于升半正態(tài)分布的網(wǎng)絡擁塞自適應控制算法能夠適應物聯(lián)網(wǎng)復雜的網(wǎng)絡擁塞環(huán)境的變化，保持了隊列長度的穩(wěn)定性，在數(shù)據(jù)包丟棄概率的變化上方面優(yōu)于傳統(tǒng)的RED算法。本文探討了一種高效的能精確區(qū)分數(shù)據(jù)包丟失原因的機制，以及根據(jù)不同的擁塞狀態(tài)采取不同的措施，利用這種機制能有效的抑制網(wǎng)絡擁塞，提高網(wǎng)絡性能。
本文同時提出并設計了基于該擁塞控制機制的三種不同架構的無縫遷移策略，即 B/S架構下的無縫遷移策略、P2P架構下的無縫遷移策略和C/S架構下的無縫遷移策略，保證無縫遷移的效率性、質量性和有效性，從而在游牧系統(tǒng)下具有可行性。

圖1是網(wǎng)絡模擬拓撲圖；圖2是RED平均隊長和包丟失關系圖和基于升半正態(tài)分布的概率丟棄；圖3是三種狀態(tài)轉換圖；圖4是程序流程圖；圖5是RED和DRED算法下發(fā)送為lOk/s時隊列長度變化；圖6是RED和DRED算法發(fā)送速率為10k/S時丟包率變化；圖7是RED和DRED算法發(fā)送速率為10m/S時隊列長度的變化；圖8是RED和DRED算法發(fā)送速率為lOm/s時丟包率變化；圖9是RED和DRED算法下速率突然變化時隊列長度變化；圖10是RED和DRED算法下發(fā)送速率突然變化時丟包率變化；圖11是DRED和其他幾種算法的TCP吞吐量和實際帶寬比較；圖12是B/S架構下的音頻和視頻無縫遷移效果圖；圖13是P2P架構下的視頻無縫遷移效果圖；圖14是C/S架構下的視頻無縫遷移效果圖。
具體實施方式本發(fā)明提供的面向游牧應用的網(wǎng)絡擁塞控制方法的具體技術方案如下第1 DRED算法計算就是將現(xiàn)有的參數(shù)即平均隊列長度Qav，最大門限閥值Qmax和最小門限閥值Qmin，按照模糊理論正態(tài)分布隸屬度函數(shù)的要求代入數(shù)據(jù)包丟棄的概率公式 (1)，從而改變線性丟棄曲線，同時可以根據(jù)游牧模式下的網(wǎng)絡環(huán)境的擁塞情況進行參數(shù)配置，減小了算法對于參數(shù)設置的敏感性，即最大門限閥值和最小門限閥值，將隊列長度控制在最大門限閾值和最小門限閾值之間。如圖2所示，將線性變化的直線變成升半余弦正態(tài)分布的圓滑的高階曲線。數(shù)據(jù)包丟棄的概率公式如下
權利要求
1. 一種面向游牧應用的網(wǎng)絡擁塞控制方法，其特征在于該方法的具體步驟包括 第1、當有分組到達路由器時，采用RED算法根據(jù)低通濾波器計算平均隊列長度Got ,即單位時間上的隊列長度的平均值，其中表示為由低通濾波器確定的時間系數(shù)，《表示為測量時主動隊列的長度； 第2、將第1步計算得到的平均隊列長度與丟棄概率曲線的最大門限閥值Gmffl和最小門限閥值Crnin進行比較，根據(jù)比較結果，將當前的擁塞程度分為三種狀態(tài)，分別為Between，平均隊列長度處于^miri和β ι8Χ之間，認為隊列處于穩(wěn)定狀態(tài)，將states設置為 between ；Above，平均隊列長度大于Gmax ,將state的狀態(tài)設置為above狀態(tài)； Bellow，平均隊列長度小于Gmill ,將states的狀態(tài)設置為bellow狀態(tài)；第3、根據(jù)第2步確定的擁塞程度來進行動態(tài)的自適應調整，采取相應的數(shù)據(jù)包丟棄概率，保持隊列長度在穩(wěn)定的范圍內，避免不必要的抖動，具體操作是當連續(xù)2個時間間隔處于below狀態(tài)時，則認為鏈路的利用率低下，通過調整Pmax值來提高鏈路的利用率；當連續(xù)2個時間間隔處于above狀態(tài)時，則認為鏈路發(fā)生擁塞，動態(tài)調整^ftffi的值，增大向源端發(fā)送擁塞的通知，以便使源端降低發(fā)送速率，從而減輕擁塞。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的網(wǎng)絡擁塞控制方法是通過不同架構下的媒體無縫的快速的遷移來體現(xiàn)的，具體方法如下B/S架構下的遷移策略使用Ajax技術作為前端數(shù)據(jù)遷移的技術；Ajax是幾種技術的融合，即異步JavMcript和XML間的融合；同時針對服務端的推送模塊實現(xiàn)，我們采用 Comet技術設計了數(shù)據(jù)推送模塊；P2P架構下的遷移策略著重運用了 JMF這樣成熟的技術加以實現(xiàn)，同時利用該技術提供的kssionManager接口很好地實現(xiàn)了流媒體遷移過程中的擁塞控制，又在此基礎上研究了基于關鍵幀的挖掘和遷移的方法，即設計出了接收模塊和動作遷移事件模塊的關鍵代碼，保證了 QoS ；C/S架構下的無縫遷移策略著重使用了 ActiveMovie這樣成熟的控件來構造播放器， 并在音頻視頻文件傳輸中設計了基于位置的切割遷移功能和擁塞控制的功能，保證了遷移的效率。
全文摘要
一種面向游牧應用的網(wǎng)絡擁塞控制方法。該網(wǎng)絡擁塞自適應方法提出了一種基于升半正態(tài)分布的擁塞自適應控制算法—DARED。DARED算法通過改進原始的數(shù)據(jù)包丟棄概率函數(shù)曲線，即將RED算法現(xiàn)有的線性丟棄直線調整為平滑的曲線，并根據(jù)隊列長度劃分出不同的網(wǎng)絡狀態(tài)進行相應的擁塞控制。DARED是在傳統(tǒng)的RED算法的基礎上引入實時動態(tài)參數(shù)Pmax，保持隊列的穩(wěn)定性，增加了網(wǎng)絡的擁塞的可控制性。相應的在游牧應用系統(tǒng)方面，該擁塞控制算法應用在多媒體無縫遷移系統(tǒng)方面實現(xiàn)了不同架構下的無縫遷移策略即B/S架構下的遷移策略、P2P架構下的遷移策略和C/S架構下的遷移策略。該面向游牧應用的網(wǎng)絡擁塞控制方法有效的保證了媒體遷移的連續(xù)性、快速性、平滑性和正確性。
文檔編號H04L29/08GK102325082SQ20111020197
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權日2011年7月19日
發(fā)明者張德干 申請人:天津理工大學