一种基于主动网络技术的拥塞控制算法
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第１ ２卷 第 ５期
２１ ０ １年 １ Ｏ月
解放 军理 工 大学 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊｕ ａ ｏ Ｐ Ａ Ｕ ｉ ｒｔ ｃ ｎｅ ｎ ｅ ｎｌ ｙ （ ａ ｒｌ ｃ ｎｅ ｄｉ ） ｏｒ ｌ ｆ Ｌ ｎ ｅ ｉ ｏ Ｓｉ ｃ ｄ ｃ ｏ ｇ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｉｏ ｎ ｖ ｓｙ ｆ ｅ ａ Ｔ ｈ ｏ ｕ ｅ Ｅ ｔｎ
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实验 ， 验证 了算法在提 高网络吞吐 量 、 降低丢 包率 、 高 网络资 源利 用率等方 面的优越性能 。 提
关 键 词 ： 塞 控 制 ； 动 网络 ； 份 路 由 拥 主 备 中 图分类 号 ： ３ ３ ＴＰ ９ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ９３ ４ （ ０ １ ０ —４ ００ １ ０ — ４ ３ ２ １ ） ５０ ４ —５
ｎｅ ｏ ａ ｅ ｎ ｂａ ｋｕ ｏ ｉ ｓ ｐ ｅ ｅ ｅ ｗ ｎｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｃ ｐ ｒ ｕｔｎｇ ｗａ ｒ ｓ ｎｔ ｄ．Ｂｅ ｉ ｅ ｈｅｂａ ｋｕｐ ｒ ｔｎｇ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｎ ｅ ｎｃ ｔ — ｓｄ ｓｔ ｃ ｏｕ ｉ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｍ ｉ ｔ ｎａ ｅ ｍｅ ｈ ｏｄ，ｔ ｅ ｄｅ ｃ ｉ ｆｃ ｎ ｓ ｉ ｎ ｄｅ ｅ ｔｏ ｎｄ ｃ ｎｇ ｓ ｉ ｎ ｃ ｎｔｏｌｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｈｅ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｒ ｔ ｄｉｄ，ａ ｈ ｐｉｔｏｎ ｏ ｏ ｇｅ ｔｏ ｔ ｃ ｉ ｎ ａ ｏ ｅ ｔｏ ｏ ｒ ｒ ｃ ｓ ｆ ｔ ｌ ｏ ｉｈ ｗｅ ｅ ｓ ｕ ｅ
摘 要 ： 对传 统拥塞控制对 大带宽时延积 网络 的局 限性 ， 当前主 动拥 塞控 制 策略 不 够灵活 的基础 上 ， 出 针 在 提 了一种基 于备 份路 由的主动拥 塞控制算 法。通过对备份路 由的发现和 维护 、 拥塞检 测和拥 塞控制 过程 的研 究 ，
探 索了一 种数 据重定 向算 法的实现方法 ， 出了算法的 改进策略 和应 继续研 究的 问题 。通过 在 Ｎ ２下的 仿真 提 ｓ
Ｃｏ ｇ ｔｏ ｏｎ ｒ ｇｏ ｉｈ ｂａ ｅ ｎ ａｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｎ ｅｓ ｉ ｎ ｃ ｔｏｌａｌ ｒｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｔｖ ｅ ｗｏｒ ｅｃ ｎｉ ｅ ｋ ｔ ｈ ｑｕ
ＬＵＯ ｏ ｍｉ ｇ Ｇｕ — ｎ ， ＬＵ Ｇｕ ｎ 。 ＤＯＮＧ ｉ ， ＳＨ ＥＮ ｎ — ｕ ａｇ ， Ｍ ｎ Ｑｉ ｇ ｇ ｏ
辅助 后继 节 点 集 合 。 用 归 一 化 后 的二 元 组 ， 义 利 定
，
率更 高 ， 当前 的 ＡＣ 但 Ｃ算法仅 在拥 塞检测 、 分布 控制
和丢包策 略等 方面进行 了改进 ， 对源端 ＡＩ ＭＤ机 制的 依 赖较为 明显 ， 对拥 塞 数据 包 的分 流 策 略并 未提 及 ， 拥 塞控制策 略的灵 活性 与 主动 节点 强 大 的计 算能 力 不 相适应 。本 文提 出了基 于备 份路 由的数 据 重定 向 策略， 并对相应 的算法进行实 现和仿 真分 析 。研 究表 明， 新算法在提 高网络吞 吐量 、 降低 丢包 率 、 提高 网络
Ｔｈｅ ｐｅ ｆ ｒ ａ ｅ ｓ ｈ ａ ｔ ｅ ｈｒ ｇｈｐ ，ｌ ｗｅ ｏ ｏ ｂ ｌｔ ｎｄ ｈｉ ｈｅ ｔｌｔ ｈｅ ｎｅ ｗｏｒ ｅ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｕｃ ｓ ｂｅ ｔ ｒ ｔ ｏｕ ｕｔ ｏ ｒ ｄｒ ｐ ｐｒ ｂａ ｉｉｙ ａ ｇ ｒ ｕ ｉｉｙ ｏｆｔ ｔ ｋ ｒ－ ｓ ｕｒ ｅ ｗｅ ｅ ｖ ｌｄ ｔ ｄ ｂｙ ＮＳ２ ｏ ｃ ｒ ａｉａ ｅ ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｓ：ｃ ｎｇ ｓ ｉ ｎ ｃ ｔ ｏｌ ｃ ｉ ｅ ｎｅ ｗｏｒ ｄ ｏ ｅ ｔｏ ｏｎ ｒ ；ａ ｔｖ ｔ ｋ；ｂａ ｋｕ ｏｕ ｉ ｇ ｃ ｐ ｒ ｔｎ
第５ 期
罗国明 ， ： 等 一种 基 于主动 网络技 术 的拥 塞控 制算 法
４１ ４
储一 计算一 转发” 模式 ， 达到干预节 点操作 ， 提高 节点 智能 化程度和 扩展能 力 的 目的。主 动拥 塞控 制 Ａ Ｃ Ｃ
（ｃ ｖ ｎ ｅｔ ｎｃｎｒ１［ 基 于主 动 网络 节 点 的 ａｔ ｅ ｏ ｇｓ ｏ ｔｏ） ］ ｉ ｃ ｉ ｏ ４
（ ．Ｉｓｉｕ ｅｏ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｇｎ ｅ ｉｇ １ ｎ ｔｔ ｔ ｆ Ｃｏ ｎｃ ｔ ｓＥｎ ｉｅ ｒｎ ，ＰＬＡ ｉ． ｆＳ ｉ ８ ｃ ．，Ｎａ ｊ ｇ２ ０ ０ ，Ｃｈｎ ； ｏ Ｕｎｖ ｏ ｃ． ＬＴｅｈ ｎｉ １ ０ ７ ｎ ｉａ
２ Ｕｎ ｔＮｏ ６ ６ ５ ｏ ＬＡ ，Ｋｕ ｒｅ ８ １ ０ ． ｉ ． ３ １ ｆＰ ｅ ｌ ４ ０ ０，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
ｄ Ｐ ， ； ）表 示 各 种 距 离 。本 文 采 用 Ｍｉｋ ｗｓ ｉ （ ：Ｐ ． ｎ ｏ ｋ 表示 距 离 ， 义如 下 ： 定
ｄ Ｐ ， ；）一 （ ； ｌ ＋１ 一 （ Ｐ， ｝ 一＾ ； ｃ
１ 备 份 路 由的 发现 和 维 护
备 份 路 由是 本文 研究 的数 据重 定 向算法 的实 现 基础 ， 如果 没有备 份 路 由或 备份 路 由选择 不 当 ， 难 就 以达 到预 期 的效果 。当前 ， 些 主要 的多 路 径 路 由 一
（） ２
策 略操 作 以便 快 速缓 减或 解 除拥 塞 。与传 统 拥 塞控
制算 法相 比 ， Ｃ的拥 塞检 测 和控制 的时延 更短 ， ＡＣ 效
式 中 ， ； 示从 ｉ Ｓ表 到达 的节点 集合 。 设 从 节点 ｉ 假
到 达 目的节 点 有 多 条路径 存在 ， 因此 将 ｓ 定义 为
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｓａ ｔ ｌ ｉ ｅ ｔｔ ｅ ｌ ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｒ ｄ ｔｏ ａ ｏ ｇ ｓ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｌ ｒ ｅ ｂ ｎ ｗｉ ｔ － ｅ ａ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ｒｉ ｅａ ｍ ｄ ａ ｈ ａ ｉ ｔｏ ｆ ｅｔ ａ ｉｉ ｎ ｌ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔ ｏ ａ ｇ ａ ｄ ｄ ｈ ｄ ｌ ｙ ｃ ｏ ｚ ｔ ｃ ｏ ｉ ｐ ｏ ｕ ｔｎ ｔ ｒ ｓ Ｇｉ ｅ ｈ ｏ ｎ ｍｂ ｅ ｏ ｈ ｕ ｒ ｎ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｇ ｓ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｇ ｒｔ ｍ ｓ ａ ｒ ｄ ｃ ｅ ｗｏ ｋ ． ｖ ｎ ｔ ｅ ｌ ｗ ｉ ｌ ｆ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｔ ｅ ｗｏ ｋ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔ ｏ ｌ ｏ ｉｈ ， ｖ ｏ
突 出的特点 即赋 予 中间 节点 计 算 能 力 ， 将用 于 网 络 计算 的程 序代码 嵌 入 数 据包 或 注 入 主 动节 点 ， 每个 主动 节点 提供一 个 执行环 境 Ｅ ｅ ｅｕｉｇｅ ｖｒｎ Ｅ（ｘ ｃ ｔ ｎ ｉ — ｎ ｏ ｍｅ ｔ ， ｎ ） 解释 并 执 行 数 据 包 中 携 带 的 程 序 或 利 用 其
拥塞 控制从 网络 诞生 时起 就是一 个重 要 的研究
时延 。如 主 动 队 列 管 理 ＡＱＭ （ ｃｉｅｑ ｅ ｅｍａ — ａｔ ｕ ｕ ｎ ｖ
课 题 。文献 ［ ］ 次 描 述 了 互 联 网 中 的 拥 塞 控 制 。 １首
经 过 ２ 多 年 的发 展 ， 于端 点 的 “ 性 增 加乘 性减 ０ 基 加
ｈ， ； 的归一 化 值 ； 代表 ｃ； Ｃ ， 的归 一化 值 。则 ：
＾ ，一 ＾， ＾． 志∈ ； ；／ ；。 ， Ｕ Ｓ；＾ ， ≥ ； ， ； ，
（） １
Ｃ —
，
计算智 能实施拥 塞控制 ， 直接 在节点上 对数 据包进 行
／ ｑ一 ｋ∈ ， Ｕ Ｓ； … Ａ ≥
Ｃ ＾Ｉ “ ， ） ｐ ｋ∈ Ｓ ； ，
（） ４
式 中 ， 和 Ｃ； ｈ； 分别 代表 最短 路径 Ｐ； 的跳数 和 路径
费 用 。 Ｐ一 １ ， ， ， 就 是海 明距离 ， Ｐ一 当 时 （ ） 当 ２时 ， 就是 欧几 里得 距离 。
Ｎｅ ｅ ｏ Ｔ Ｐ ｖ ｇ ｓ ｗ Ｒ ｎ 、 Ｃ ｅ ａ 等都 是典 型 的基 于端 点 的拥 塞控 制算 法 ， 这些 算 法 对 互联 网 的稳 定 运 行 起 到 了 较 好 的支 撑作用 。基 于 中间节 点 的拥 塞 控制将 拥 塞 检测 转移 至路 由器 等 中 间节 点 ， 以便 缩 短 拥 塞 反馈
Ｖ０１ １ ． ． ２ ＮＯ ５ Ｏｃ ． １１ ｔ ２Ｏ
一
种基于主动 网络技术的拥塞控制算法
罗 国 明 ， 鹿 光 董 民 沈 庆 国 ， ，
（． 放 军 理 工 大 学 通 信 工程 学 院 ， １解 江苏 南 京 ２ ０ ０ ； ． 放 军 第 ６ ６ ５部 队 ， 疆 库 尔 勒 ８ １０ ） １０ ７ ２ 解 ３１ 新 ４ ０ ０
作 者 简 介 ： 国 明 （ ９ ５ ） 男 ， 教 授 ； 究 方 向 ： 信 网与 交 罗 １６一 ， 副 研 通
换 ； — ｉ ｌｍ＿ｃ ＠ １ ６ ｃ ｒ． Ｅ ｍａｌ ｇ ｉｅ ２ ． ｏ ： ｎ
携带 的参 数 调 用 和 执 行 已注 入 本 地 主 动 节 点 的程
序 ， 而将传 统 网络 的“ 储一 转发 ” 从 存 模式 改变 为 “ 存
收稿 日期 ：０ ００—１ ２ １ —２０ ． 基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 资助 项 目 （０ ７ ０ ０ ． 国 ６４２５）
应大 带宽 时延 积 、 多业 务 和 多 优先 级 网络 的 发 展 需
求 。主动 网络 的概 念 是 针对 传 统 网络提 出 的 ， 它最
资源利用率 等方面具有 明显 优势 。
为路径 Ｐ； 与 Ｐ； 间的相 似系 数 ， 处 表 示 ， 之 此
＝
，
从ｉ 到达 的 最短路 径 。； ｒ 的定 义 如下 ： ．
１ ｆ （ ；Ｐ； ）ａ 忌∈ Ｓ； 一 （ Ｐ ， ， ）， ，
（） ３
式 中 ： ［ ，］ ； ． Ｏ１；
类 算法 具有 较好 的 时 效性 ， 必 须 和 端 点算 法相 配 但 合才 能进行 拥塞 控 制 。以上传 统拥塞 控制 算法 对带
宽 时延 积 较小 的 网络 具 有较 好 的 适 用性 ， 很 难适 但
算 法 Ｊ和 基于 中 间节 点 的 队列 管 理 算 法 在互 联 网 ， ’ 上 已 得 到广 泛 应 用 。ＴＣ ａ ｏ 、 Ｃ ｎ 、 Ｐ Ｐ ｔｈ ｅ Ｔ Ｐ Ｒｅ ｏ ＴＣ
少 ＡＩ ＭＤ（ ｄ ｉｉｅｉ ｃ ｅ ｓ ｌｉ ｌ ａ ｉｅｄ ｃ ｅ ｓ ） ａ ｄｔｖ ｒａ ｅｍｕｔｐｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｅ ｎ ｃ ｖ
ａ ｅ ｎ ） 典 型 的 算 法 有 ＲＥ ３及 其 改 进 算 法 ｇ ｍｅ ｔ ， Ｄ［ ］
Ｓ Ｅ ＡＲ Ｄ、 Ｒ Ｄ， Ｒ Ｄ、 Ｅ Ｐ Ｅ 以及 ＣＨ０ＫＥ、 Ｌ Ｂ ＵＥ 等 ， 这
２１ ０ １年 １ Ｏ月
解放 军理 工 大学 学报 （ 自然科 学版 ）
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实验 ， 验证 了算法在提 高网络吞吐 量 、 降低丢 包率 、 高 网络资 源利 用率等方 面的优越性能 。 提
关 键 词 ： 塞 控 制 ； 动 网络 ； 份 路 由 拥 主 备 中 图分类 号 ： ３ ３ ＴＰ ９ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ９３ ４ （ ０ １ ０ —４ ００ １ ０ — ４ ３ ２ １ ） ５０ ４ —５
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摘 要 ： 对传 统拥塞控制对 大带宽时延积 网络 的局 限性 ， 当前主 动拥 塞控 制 策略 不 够灵活 的基础 上 ， 出 针 在 提 了一种基 于备 份路 由的主动拥 塞控制算 法。通过对备份路 由的发现和 维护 、 拥塞检 测和拥 塞控制 过程 的研 究 ，
探 索了一 种数 据重定 向算 法的实现方法 ， 出了算法的 改进策略 和应 继续研 究的 问题 。通过 在 Ｎ ２下的 仿真 提 ｓ
Ｃｏ ｇ ｔｏ ｏｎ ｒ ｇｏ ｉｈ ｂａ ｅ ｎ ａｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｎ ｅｓ ｉ ｎ ｃ ｔｏｌａｌ ｒｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｔｖ ｅ ｗｏｒ ｅｃ ｎｉ ｅ ｋ ｔ ｈ ｑｕ
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，
率更 高 ， 当前 的 ＡＣ 但 Ｃ算法仅 在拥 塞检测 、 分布 控制
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课 题 。文献 ［ ］ 次 描 述 了 互 联 网 中 的 拥 塞 控 制 。 １首
经 过 ２ 多 年 的发 展 ， 于端 点 的 “ 性 增 加乘 性减 ０ 基 加
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式 中 ， 和 Ｃ； ｈ； 分别 代表 最短 路径 Ｐ； 的跳数 和 路径
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Ｖ０１ １ ． ． ２ ＮＯ ５ Ｏｃ ． １１ ｔ ２Ｏ
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种基于主动 网络技术的拥塞控制算法
罗 国 明 ， 鹿 光 董 民 沈 庆 国 ， ，
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作 者 简 介 ： 国 明 （ ９ ５ ） 男 ， 教 授 ； 究 方 向 ： 信 网与 交 罗 １６一 ， 副 研 通
换 ； — ｉ ｌｍ＿ｃ ＠ １ ６ ｃ ｒ． Ｅ ｍａｌ ｇ ｉｅ ２ ． ｏ ： ｎ
携带 的参 数 调 用 和 执 行 已注 入 本 地 主 动 节 点 的程
序 ， 而将传 统 网络 的“ 储一 转发 ” 从 存 模式 改变 为 “ 存
收稿 日期 ：０ ００—１ ２ １ —２０ ． 基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 资助 项 目 （０ ７ ０ ０ ． 国 ６４２５）
应大 带宽 时延 积 、 多业 务 和 多 优先 级 网络 的 发 展 需
求 。主动 网络 的概 念 是 针对 传 统 网络提 出 的 ， 它最
资源利用率 等方面具有 明显 优势 。
为路径 Ｐ； 与 Ｐ； 间的相 似系 数 ， 处 表 示 ， 之 此
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从ｉ 到达 的 最短路 径 。； ｒ 的定 义 如下 ： ．
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（） ３
式 中 ： ［ ，］ ； ． Ｏ１；
类 算法 具有 较好 的 时 效性 ， 必 须 和 端 点算 法相 配 但 合才 能进行 拥塞 控 制 。以上传 统拥塞 控制 算法 对带
宽 时延 积 较小 的 网络 具 有较 好 的 适 用性 ， 很 难适 但
算 法 Ｊ和 基于 中 间节 点 的 队列 管 理 算 法 在互 联 网 ， ’ 上 已 得 到广 泛 应 用 。ＴＣ ａ ｏ 、 Ｃ ｎ 、 Ｐ Ｐ ｔｈ ｅ Ｔ Ｐ Ｒｅ ｏ ＴＣ
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Ｓ Ｅ ＡＲ Ｄ、 Ｒ Ｄ， Ｒ Ｄ、 Ｅ Ｐ Ｅ 以及 ＣＨ０ＫＥ、 Ｌ Ｂ ＵＥ 等 ， 这