基于接收阈值的容延网络拥塞控制机制
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Ａ Ｐ Ｒ Ｉ Ｄ 是 一 种 基 于 效 用 的 路 由协 议 ， 它在给 定的有 限带宽下， 决定对 哪些报文进行 复制可 以优化相应 的路 由 目
标． 文献 ［ １ ３ 】 设计 了一种基 于网络局部 的方法来 检测 ＤＴ Ｎ 网络拥 塞， 该方法通过考 察报文 丢失数与报 文复制数 之 比这 个测度 来估 计 网络拥塞程 度， 然后 根据 网络拥 塞状况 动态 调整报 文副 本数 目的上 限． 文献 ［ １ ４ ］ 允 许拥塞 节 点将 自身缓存 中 的报 文转 移给它 的一组邻 居节 点， 这 样可 以避 免拥 塞节 点发生缓 存溢 出． 当这些拥 塞节 点的 拥 塞程度减轻 之后， 它再取回先前转 移的报文 ． 该方法 的缺 点在于， 它仅仅暂 时缓 解 了拥塞． 而基 于转 发路 由算 法 的拥 塞控制 机制与 具体 的路 由算 法紧耦 合在 一起． 在选择 最佳下 一跳 中继节 点时， 它 们 通常 把节 点的拥塞程 度融 合到下 一跳 中继节 点的选择 测度 中， 从而 避免 选择拥塞 节 点作 为下 一跳 中继， 使 流 量绕 开拥塞 节 点． 因此， 这种拥 塞控 制机 制改变 了转 发路 由算法 对下 一跳 节 点的选择 ． 当前， 专 门针对基 于转 发 路 由算法 的拥塞控 制工作还 不多． 文献［ ９ ］ 提 出了具有负载 均衡的 Ｆ ａ ｉ ｒ Ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ算法． 该算法在 ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ 测度 的基础 上又定 义 了 ａ ｓ ｓ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ 测度 ， 只允许 节点将报 文转发给那 些具有 更短 队列长度 的节 点， 减轻 了连 接度较大 节点 的拥 塞． Ｇｒ ｕ ｎ ｄ ｙ等人 在文献 ［ １ Ｏ ， １ １ １ 中通 过考虑 节点多方面 的特性， 组合 了节点 的社交效用值 、可
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Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｆｔ ｗ ａ ｒ ｅ软件学报 Ｖ ｏ １ ． ２ ４ ， Ｎｏ ． １ ，Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ３
的路 由算法 设计方面， 自从 Ｅ ｐ ｉ ｄ ｅ ｍｉ ｃ ［ Ｉ Ｊ 路 由算法 被提 出之后， 大量 的路 由算法不 断涌现 出来． 从 报 文 副 本 数 目来 看 ， ＤＴ Ｎ 路 由算 法 可 以 分 为 两 类 ： 基 于 复 制 的路 由算 法 （ ｒ ｅ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ
报文转 发和 ８ ５ ％的报文 递交任务． 针对转 发路 由算法 的不足， 本文提 出了一种基 于接收 阈值 的拥 塞控制机制 ． 在 该机 制下， 节点通过 感知 自己的拥塞 程度， 以一定 的条件接 纳到来 的报文， 并且 随着 拥塞程 度的变 化可 以实时调 整报文 接纳条件 ． 除 了可 以减 轻节点拥塞程 度， 该机制 还具有下 面几个优 点： （ １ ） 拥 塞控制 的粒度可 以细化到每个节 点上， 节 点可 以根据 自己的拥塞程度 动态调整 自身的拥塞控制 ； （ ２ ） 该拥塞控 制机制独立 于转发路 由算法 ， 不影 响路 由算法对下 一跳 中继节 点的选取， 适用范 围更 广； ｆ ３ ） 能有效减 少 网络 资源 的浪费． 本文第 ｌ 节 介绍 当前 Ｄ Ｔ Ｎ拥 塞控制 的相关工作 ． 第 ２节详 细介绍本 文所提 出的基于接 收阈值拥塞 控制 的 原理和 具体设计 ． 第 ３节进 行仿真实验， 对仿真 结果进行分析 ． 第 ４节进 行总结．
别 最 佳 的 中 继 节 点， 在 控 制 网络 资 源 开 销 的前 提 下 ， 依 然 可 以取 得 令 人 满 意 的性 能 ．
近 年来 的研究 —Ｉ Ｊ 发现， 基于 转发 的路 由算法会 导致 大量 的报 文流 向连接 度较 高的节 点， 导致节 点负载 不
均衡， 最终使那 些连接度 较高 的节点发生拥 塞而导致报 文丢弃 ． 例如在 Ｓ ｉ ｍＢ ｅ ｔ 算法 中， １ ０ ％ 的节 点 承 担 了 ５ ４ ％ 的
ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ ） ￣ ｌ ｌ 基 于转发的路 由算法（ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ ） ．
基 于复制 的路 由算法通 过 向网络注 入 多个报 文拷 贝来提 高报 文的递 交率和 减少 端到端 的 时延 ． 它主要 包 括 Ｅ ｐ ｉ ｄ ｅ ｍｉ ｃ ［ ” ， Ｐ Ｒ ＯＰ ＨＥ Ｔ ［ ， Ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｗａ ｉ ｔ ［ ， Ｒ ＡＰ Ｉ Ｄ［ ， Ｍａ ｘ Ｐ ｒ ｏ ｐ ［ 等路 由算法． 虽然这些算 法在报文 递交率和 时 延等方面 取得 了较优 性能， 但大量 的报 文拷 贝充斥着整 个 Ｄ Ｔ Ｎ 网络 ， 使得本 身资源 并不丰富 的 Ｄ Ｔ Ｎ 网络 的大 量资源被浪 费掉． 针对 该 问题 ， 人 们提 出 了基 于转发 的路 由算 法． 基 于转 发 的路 由算法 在 网络 中为每 个报文 仅仅保 留一个 拷 贝， 并通过一 定的启 发式策略将 报文转 发给最优 下一跳节 点， 最 终将该 报文递 交给它 的 目的节 点． 基 于转发 的路 由算法 主要包括 Ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌ Ｃ ａ ｓ ｔ ［ ， Ｓ ｉ ｍＢ ｅ ｔ ［ 和Ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ Ｒ ａ ｐ ［ 等路 由算法． 这 些算法利 用社会 网络 模型和移 动模 型来识
１ 相 关工 作
基于转发路 由算法与基 于复制路 由算 法存在很大差 别， 因此 它们的拥塞控制 手段差别 也较大．
当前， 基于 复制路 由算法 的拥塞 控制主 要通过 限制报 文 的副 本数 目来防止 网络发 生拥塞 ． 基 于复制 的喷射 等 待（ ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｄ ｗａ ｉ ｔ ） ［ 和 喷射 聚焦（ ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｆ Ｏ Ｃ Ｕ Ｓ ） ［ ３ Ｊ 路 由协议 都是在 喷射阶段， 将 个报文 副本独立 分发给 个 中继节 点， 对报文 的副本数 目规定 了上 限 Ｌ ． Ｅ Ｂ Ｒ ［ ］ 协议 也是一种 限制报文最 大副本数 目的路 由算 法， 在 Ｅ Ｂ Ｒ 算 法 下， 每 个节 点跟 踪 自身 与其 他节 点发生接触 的频繁程度 ＥＶ ． 当节点 想要传输报 文给节 点 时， 它们通过 ＥＶ值来 计算 应 该传输 多少个报 文副本给 节点 Ｂ． 与 Ｅ ｐ ｉ ｄ ｅ ｍｉ ｃ算法 盲 目地 向所有邻 居复制报 文副本 不 同， Ｐ Ｒ ＯＰ ＨＥ Ｔ ［ 】 与 Ｒ ＡＰ Ｉ Ｄ［ 】 等算法采 用一定 的启发 式策略对报 文进 行复制， 尽量 减少报文 副本数 目以降低 网络拥 塞． Ｐ Ｒ ＯＰ Ｈ Ｅ Ｔ 算法 通 过估 计邻 居节 点与 目的节 点相遇 概率 ， 将报 文转 交给 具有 更 高递 交概率 的邻 居 节点 ． 而
标． 文献 ［ １ ３ 】 设计 了一种基 于网络局部 的方法来 检测 ＤＴ Ｎ 网络拥 塞， 该方法通过考 察报文 丢失数与报 文复制数 之 比这 个测度 来估 计 网络拥塞程 度， 然后 根据 网络拥 塞状况 动态 调整报 文副 本数 目的上 限． 文献 ［ １ ４ ］ 允 许拥塞 节 点将 自身缓存 中 的报 文转 移给它 的一组邻 居节 点， 这 样可 以避 免拥 塞节 点发生缓 存溢 出． 当这些拥 塞节 点的 拥 塞程度减轻 之后， 它再取回先前转 移的报文 ． 该方法 的缺 点在于， 它仅仅暂 时缓 解 了拥塞． 而基 于转 发路 由算 法 的拥 塞控制 机制与 具体 的路 由算 法紧耦 合在 一起． 在选择 最佳下 一跳 中继节 点时， 它 们 通常 把节 点的拥塞程 度融 合到下 一跳 中继节 点的选择 测度 中， 从而 避免 选择拥塞 节 点作 为下 一跳 中继， 使 流 量绕 开拥塞 节 点． 因此， 这种拥 塞控 制机 制改变 了转 发路 由算法 对下 一跳 节 点的选择 ． 当前， 专 门针对基 于转 发 路 由算法 的拥塞控 制工作还 不多． 文献［ ９ ］ 提 出了具有负载 均衡的 Ｆ ａ ｉ ｒ Ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ算法． 该算法在 ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ 测度 的基础 上又定 义 了 ａ ｓ ｓ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ 测度 ， 只允许 节点将报 文转发给那 些具有 更短 队列长度 的节 点， 减轻 了连 接度较大 节点 的拥 塞． Ｇｒ ｕ ｎ ｄ ｙ等人 在文献 ［ １ Ｏ ， １ １ １ 中通 过考虑 节点多方面 的特性， 组合 了节点 的社交效用值 、可
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Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｆｔ ｗ ａ ｒ ｅ软件学报 Ｖ ｏ １ ． ２ ４ ， Ｎｏ ． １ ，Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ３
的路 由算法 设计方面， 自从 Ｅ ｐ ｉ ｄ ｅ ｍｉ ｃ ［ Ｉ Ｊ 路 由算法 被提 出之后， 大量 的路 由算法不 断涌现 出来． 从 报 文 副 本 数 目来 看 ， ＤＴ Ｎ 路 由算 法 可 以 分 为 两 类 ： 基 于 复 制 的路 由算 法 （ ｒ ｅ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ
报文转 发和 ８ ５ ％的报文 递交任务． 针对转 发路 由算法 的不足， 本文提 出了一种基 于接收 阈值 的拥 塞控制机制 ． 在 该机 制下， 节点通过 感知 自己的拥塞 程度， 以一定 的条件接 纳到来 的报文， 并且 随着 拥塞程 度的变 化可 以实时调 整报文 接纳条件 ． 除 了可 以减 轻节点拥塞程 度， 该机制 还具有下 面几个优 点： （ １ ） 拥 塞控制 的粒度可 以细化到每个节 点上， 节 点可 以根据 自己的拥塞程度 动态调整 自身的拥塞控制 ； （ ２ ） 该拥塞控 制机制独立 于转发路 由算法 ， 不影 响路 由算法对下 一跳 中继节 点的选取， 适用范 围更 广； ｆ ３ ） 能有效减 少 网络 资源 的浪费． 本文第 ｌ 节 介绍 当前 Ｄ Ｔ Ｎ拥 塞控制 的相关工作 ． 第 ２节详 细介绍本 文所提 出的基于接 收阈值拥塞 控制 的 原理和 具体设计 ． 第 ３节进 行仿真实验， 对仿真 结果进行分析 ． 第 ４节进 行总结．
别 最 佳 的 中 继 节 点， 在 控 制 网络 资 源 开 销 的前 提 下 ， 依 然 可 以取 得 令 人 满 意 的性 能 ．
近 年来 的研究 —Ｉ Ｊ 发现， 基于 转发 的路 由算法会 导致 大量 的报 文流 向连接 度较 高的节 点， 导致节 点负载 不
均衡， 最终使那 些连接度 较高 的节点发生拥 塞而导致报 文丢弃 ． 例如在 Ｓ ｉ ｍＢ ｅ ｔ 算法 中， １ ０ ％ 的节 点 承 担 了 ５ ４ ％ 的
ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ ） ￣ ｌ ｌ 基 于转发的路 由算法（ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ ） ．
基 于复制 的路 由算法通 过 向网络注 入 多个报 文拷 贝来提 高报 文的递 交率和 减少 端到端 的 时延 ． 它主要 包 括 Ｅ ｐ ｉ ｄ ｅ ｍｉ ｃ ［ ” ， Ｐ Ｒ ＯＰ ＨＥ Ｔ ［ ， Ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｗａ ｉ ｔ ［ ， Ｒ ＡＰ Ｉ Ｄ［ ， Ｍａ ｘ Ｐ ｒ ｏ ｐ ［ 等路 由算法． 虽然这些算 法在报文 递交率和 时 延等方面 取得 了较优 性能， 但大量 的报 文拷 贝充斥着整 个 Ｄ Ｔ Ｎ 网络 ， 使得本 身资源 并不丰富 的 Ｄ Ｔ Ｎ 网络 的大 量资源被浪 费掉． 针对 该 问题 ， 人 们提 出 了基 于转发 的路 由算 法． 基 于转 发 的路 由算法 在 网络 中为每 个报文 仅仅保 留一个 拷 贝， 并通过一 定的启 发式策略将 报文转 发给最优 下一跳节 点， 最 终将该 报文递 交给它 的 目的节 点． 基 于转发 的路 由算法 主要包括 Ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌ Ｃ ａ ｓ ｔ ［ ， Ｓ ｉ ｍＢ ｅ ｔ ［ 和Ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ Ｒ ａ ｐ ［ 等路 由算法． 这 些算法利 用社会 网络 模型和移 动模 型来识
１ 相 关工 作
基于转发路 由算法与基 于复制路 由算 法存在很大差 别， 因此 它们的拥塞控制 手段差别 也较大．
当前， 基于 复制路 由算法 的拥塞 控制主 要通过 限制报 文 的副 本数 目来防止 网络发 生拥塞 ． 基 于复制 的喷射 等 待（ ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｄ ｗａ ｉ ｔ ） ［ 和 喷射 聚焦（ ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｆ Ｏ Ｃ Ｕ Ｓ ） ［ ３ Ｊ 路 由协议 都是在 喷射阶段， 将 个报文 副本独立 分发给 个 中继节 点， 对报文 的副本数 目规定 了上 限 Ｌ ． Ｅ Ｂ Ｒ ［ ］ 协议 也是一种 限制报文最 大副本数 目的路 由算 法， 在 Ｅ Ｂ Ｒ 算 法 下， 每 个节 点跟 踪 自身 与其 他节 点发生接触 的频繁程度 ＥＶ ． 当节点 想要传输报 文给节 点 时， 它们通过 ＥＶ值来 计算 应 该传输 多少个报 文副本给 节点 Ｂ． 与 Ｅ ｐ ｉ ｄ ｅ ｍｉ ｃ算法 盲 目地 向所有邻 居复制报 文副本 不 同， Ｐ Ｒ ＯＰ ＨＥ Ｔ ［ 】 与 Ｒ ＡＰ Ｉ Ｄ［ 】 等算法采 用一定 的启发 式策略对报 文进 行复制， 尽量 减少报文 副本数 目以降低 网络拥 塞． Ｐ Ｒ ＯＰ Ｈ Ｅ Ｔ 算法 通 过估 计邻 居节 点与 目的节 点相遇 概率 ， 将报 文转 交给 具有 更 高递 交概率 的邻 居 节点 ． 而