[发明专利]基于动态补偿的跨层拓扑控制方法及其通信系统

说明书

本发明公开了一种基于动态补偿的跨层拓扑控制方法及其通信系统，首先，各个节点根据节点间的物理距离，执行最小生成树算法，构造初始的网络拓扑；其次，各个节点的运输层定期计算其运输层的缓存占用率和缓存占用率的变化率，并将这两个信息封装到跨层数据单元中并发送给数据链路层；接下来，各节点的数据链路层根据收到的跨层数据单元中的信息进行拓扑控制，判断是否需要建立或拆除补偿链路；最后，各节点建立或拆除补偿链路，更新网络拓扑；该方法利用跨层的信息交互，通过运输层向数据链路层发出跨层数据单元，触发数据链路层灵活地激活或关闭链路，从而实现基于跨层的动态拓扑调整，改善网络的数据传输性能。

技术领域

本发明属于拓扑控制技术领域，公开了一种动态补偿的跨层拓扑控制方法及其通信系统。

背景技术

当网络中业务量在短时间内迅速增大，大量突发业务会使单连通网络的负载在短时间内急剧加重，造成网络时延和丢包率增大。并且，当网络中的节点无法及时检测到网络负载的变化时，便会不断重发出现超时的数据包，导致大量链路带宽被浪费，最终发生网络拥塞。更严重的是，当业务负荷持续增加，网络中的一些节点会因负载过大而崩溃，这些节点无法继续承担数据中转的工作，将使整个网络的业务在其余节点上重新分布，从而造成其余节点的负荷过重而陆续崩溃，即出现级联崩溃现象。节点的崩溃在整个网络上传播开来，最终会造成网络服务质量(Quality of Service,QoS)的持续下降甚至网络瘫痪。多连通拓扑虽然能够保证每个节点连接多个邻居节点，增强了网络的抗毁性和容错能力，从而提高网络的吞吐率和可靠性，但维持高连通度的拓扑结构会造成大量的链路带宽和资源的浪费，同时也会增加维持这些链路的管理开销。

传统开放式系统互联(Open System Interconnect,OSI)和传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,TCP/IP)体系结构的运输层采用的慢启动、拥塞避免、快重传和快速恢复等拥塞控制算法(如TCP Tahoe、TCP Reno、TCPNewReno和TCP SACK等)。Fall K,Floyd S.Simulation-based comparisons of Tahoe,Reno and SACK TCP[J],ACM SIGCOMM Computer Communication Review,26(3):5-21,1996(基于仿真的Tahoe、Reno和SACK-TCP比较)，详细的介绍了Tahoe、Reno和SACK-TCP算法，并对这几种算法进行了仿真，讨论了几种拥塞控制算法的优劣，最后提出带有选择确认的算法的代价低，能够获得优于不带有选择确认的算法的网络性能。Smith M A,Ramakrishnan K K.Formal specification and verification of safety andperformance of TCP selective acknowledgment[J],IEEE/ACM Transactions onNetworking,10(2):193-207,2002(TCP选择应答安全性和性能的形式化验证)，提出一种对于选择确认机制(SACK)安全性的证明，通过给出SACK协议的形式化自动机模型，定义所需安全属性的简单规范来验证SACK协议的安全性。Singh H,Singh S.Energy Consumptionof TCP Reno,NewReno,and SACK in multi-hop wireless networks[J],ACM SIGMETRICSPerformance Evaluation Review,30(1):203-216,2002(多跳无线网络中的TCP-Reno、NewReno和SACK能量消耗)，比较了TCP Reno,NewReno,and SACK三种不同拥塞控制算法能量消耗，并在此基础上采用实验模拟了大量的网络条件，包括可变往返时间、随机丢失、突发丢失和分组重排序，实验结果表明当网络空闲能耗较低时，SACK相比于其它两种算法有较差的表现，总能耗较高，当网络空闲功耗较大时，SACK则是最好的选择，其总能耗低于其它方法。