[发明专利]一种基于流状态信息的内容中心网络拥塞控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络、未来网络、拥塞避免和队列管理，具体涉及一种基于流状态信息的内容中心网络拥塞控制方法及系统。

背景技术

互联网在过去几十年中有巨大的发展，传统互联网主要关注于端到端的通信，而如今的互联网主要关注于内容的分发与获取。在这种前提下，内容中心网络（CCN，Content-Centric Network）应运而生。CCN是一种全新的网络架构，它完全抛弃了IP网络用IP地址为每个主机命名的方式：CCN不对主机命名，而是对内容进行命名。在CCN中，每个文件被拆分成若干个固定大小的块（Chunk），每个块被分配一个固定的名字，如：ccnx://hpnl.ioa.ac.cn/video/filename/_chunknum/_timestamp.CCN中有两种数据包:兴趣包（Interest）与内容包（Data）。Interest中包含内容名与其他相关信息（如版本、权限等），而Data中包含内容名、其他相关信息与有效负载。

CCN路由器与传统路由器不同：CCN路由器具有缓存功能(内容缓存在内容库（CS,Content Store）中)，它能够按照一定的策略对经过它的Data进行缓存，另外，CCN路由器对Interest按照名字进行路由：采用最长前缀匹配的方法在路由表（FIB,Forwarding Information Table）中查询。发出Interest后，在其等待表（PIT,Pending Interest Table）中保存Interest的状态信息（来自哪个接口），收到Data之后，除把Data缓存到Content Store中，还查询PIT表，把Data转发到相应的接口，再删除PIT表中相应的条目。因此，Data的传输与Interest传输路径相同，方向相反。

终端用户发出Interest，CCN路由器根据名字对此Interest进行路由，如果在某个路由器节点的缓存中有此内容，则直接返回相应Data，如果沿途路由器都没有此内容，则此Interest最终被转发到源服务器上。服务器返回Data，沿途路径上的路由器则会对此内容进行缓存，如果路由器再次收到此Interest，则可以直接返回Data。因此，CCN网络节省了用户下载时间、减少了资源的重复传输。

为了使网络能够高效运行，必须对网络进行拥塞控制（拥塞避免）。目前已经提出的针对CCN的拥塞控制方案主要有两种：

一种方案借鉴了TCP中拥塞控制的思想，把CCN中的Data包看作TCP中的ACK包，终端发出Interest后即启动一个定时器，如果在定时器超时前收到Data则取消定时器，同时增大拥塞窗口；如果在定时器超时时间到达时还未收到Data，则认为此Data包已经被网络丢弃，网络中发生了拥塞，则减小拥塞窗口。因为CCN中Data包可能是由终端到服务器路径上任何一个路由器或者服务器响应的，所以CCN中的RTT（从终端发出Interest到收到Data的时间间隔）变化较大。因此，方案中对于定时器超时时间的设置采用了如下的方法：

T＝RTT_min+(RTT_max-RTT_min)δ

其中，T为超时时间，RTT_min是RTT中的最小值，RTT_max是RTT中的最大值，δ为一个可调整的参数。

这种方案操作比较简单，对路由器没有额外要求，但是，也存在许多问题：

1、超时时间的设置难以取得一个非常合适的值，如果这个值较大，则对拥塞的反应会变得迟钝，如果这个值较小，则可能造成拥塞的误判。

2、这种方案中并没有对流做区分，因此，当发生拥塞时，流量占用带宽较小的流也会发生丢包，这其实对这些流非常不公平。

另一种方案解决了上一种方案中的问题，这种方案需要终端与路由器相配合实现拥塞控制。路由器为每条流建立一个虚拟的队列，在发送Data包时，采用轮询方式，依次发送各条流队列中的Data包。同时，根据各条流队列长度的不同在Data包中加入表示拥塞程度的“拥塞信息位（CIB,Congestion Information Bits）”,客户端在收到带有CIB的Data后，即可判断网络的拥塞程度，然后做出相应的决策（增大或者减小发送窗口）。

这种方案解决了方案一中的两个问题：采用路由器队列实际长度判断是否拥塞，而不是单纯依靠客户端通过超时来判断。对每条流维护一个队列，流的公平性问题能够得到很好的解决。