[发明专利]一种应用于物联网传输的拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体的说，是涉及一种基于Message ID的应用于物联网传输的拥塞控制方法。

背景技术

IoT（Internet of Thing，物联网）在现有通信网络的基础上，进一步将网络延伸至除传统设备以外的物理实体。它把日常生活中的各种物品（例如：电灯、空调、家具等）连接在一起，让它们收集环境信息、相互之间直接“交谈”、改变环境状态，最终营造一个更加智能的的环境，从而极大地提高人们的生活质量。作为新一代的信息技术，IoT受到了来自学术界和工业界越来越多的关注。

现有的通信技术无法直接应用于资源受限的IoT设备，因此业界各大标准组织正在制定适用于IoT场景中资源受限设备的各种通信协议。其中，由IETF于2014年完成标准化工作的CoAP（Constrained Application Protocol，受限应用层协议）是一个备受瞩目的应用层协议。

CoAP是通过对HTTP协议进行裁剪并添加IoT场景所需要的特性而得到，它与HTTP协议的区别主要体现在两个方面：（1）CoAP仅实现了HTTP协议的一个子集；（2）CoAP额外提供了资源发现、组播和异步消息等功能。

值得注意的是，HTTP协议建立在TCP协议之上，它把拥塞控制交由TCP协议处理。TCP协议的拥塞控制通过在发送端维持一个拥塞窗口来实现。窗口的大小根据AIMD规则动态调整，发送速率则等于拥塞窗口大小除以RTT。RTT的获取方案由RFC 6298提供。但是，CoAP协议基于不可靠传输的UDP协议，因此它必须自己解决拥塞控制问题。在IoT场景中运行CoAP协议的资源受限设备通常无法直接采用上述专为资源丰富设备设计的拥塞控制方法，其原因主要体现在如下两个方面：

（1）IoT设备通常工作在丢包率和误码率严重的无线网络中，因而其重传的发生概率远高于现有的通信网络。如果直接使用TCP中只运行一个strong RTO estimator的方式获取RTT，那么RTT值的获取概率将会非常低，从而降低拥塞控制的性能；

（2）拥塞窗口不适合IoT设备，而Stop-and-wait ARQ的方式才是这类设备的最优选择。一方面，拥塞窗口增大了控制的复杂度，对于资源受限的IoT设备是一个不小的负担；另一方面，大多数无线链路的带宽延迟乘积很小，小窗口（Stop-and-wait ARQ相当于一个窗口大小为1的小窗口）的性能往往优于大的窗口。

CoAP本身所提供的拥塞控制协议是一种基于Stop-and-wait ARQ原理的拥塞控制方法。但是，其RTO（重传超时时间）的计算不考虑RTT（往返时间）：初始值在默认情况下随机地从2～3s内选取，此后每经过一次重传就用BEB算法对当前RTO进行更新。显然，这种拥塞控制方法无法适应IoT中差异显著的各种网络环境。为此，一个正在IETF中被讨论的RFC草案——CoCoA（CoAP Simple Congestion Control/Advanced）提供了针对CoAP拥塞控制机制的扩展方案。CoCoA引入Adaptive RTO Calculation、Variable Backoff Factor (VBF)、RTO Aging等3个机制，为CoAP的拥塞控制机制添加了网络自适应特性，使CoAP能够获取表征网络环境状况的RTT并据此更新RTO。

然而，上述CoCoA草案在获取RTT时，存在Weak Estimators模糊性的问题。具体而言，当发送端收到ACK消息时，无法准确判断该ACK消息是由此前的哪个CON消息所触发的。而CoCoA所采取的应对策略为：总认为该ACK消息是由第一个CON消息所触发并据此测量RTT值。虽然采用这种算法的TCP协议实现也可能出现类似的问题，但是这在现有的通信网络（丢包率相对较低）中并不会成为影响TCP协议拥塞控制性能的重要因素。而在一些LLN网络环境（尤其是丢包率严重的网络）中，这会导致RTT估计过大的问题，进而使发送端出现空闲等待，降低了带宽利用率。

上述缺陷，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明针对物联网应用协议CoAP本身的以及其扩展草案CoCoA所提供的拥塞控制机制的不足，提供一种在几乎不增加额外开销的前提下，可以大概率且准确地测量通信双方的RTT、进而得到最优RTO来进行拥塞控制的方法。

本发明技术方案如下所述：