文摘

基于“storing-carrying-forwarding”的传播方式,间歇性连接无线网络的数据包转发灵活(ICWN)。然而,由于资源有限,ICWN很容易成为拥挤的大量的数据包进入它。在这种情况下,网络性能严重恶化。为了解决这个问题,我们提出一种拥塞控制机制,是根据网络状态动态的感知。具体来说,通过估算堵塞风险当一个节点接收到数据包,ICWN可以减少的概率变得拥挤。此外,由于ICWN网络动力学,我们确定拥堵阈值的风险共同考虑平均数据包大小,平均运输风险,和可用的缓冲资源。进一步,我们也评估节点的服务能力在一个分布式的方式从其他中间节点通过整合推荐信息。此外,选择一个节点作为中继节点根据堵塞风险和服务能力。仿真结果表明,优化网络性能可以大大减少数据包转发的开销。

1。介绍

最近,间歇性连接无线网络(ICWN)已经收到了来自学术界和工业界的广泛关注(1]。由于稀疏节点的分布和随机运动,两个节点之间的连接是动态的。因此,两个节点之间的数据包传输很容易丢失,这将导致ICWN频繁的路由重建和恢复(2]。另一方面,在实践中,节点运动可以改善建立连接的概率,从而可以提高网络容量(3,4]。利用这样的临时连接,研究者提出ICWN和设计相应的架构5),节点除了源和目的节点可以作为继电器工作。而不是使用传统的数据包转发的方式(即。,storing-forwarding), ICWN carries packets in a “storing-carrying-forwarding” way with the help of relay nodes and finally sends packets to reach their destinations.

实现成功的包传输,减少交付延迟,多个副本相同的数据包注入ICWN。然而,由于在ICWN网络资源有限,节点缓冲区可以迅速饱和。因此,节点完全不能容纳更多的数据包,这将导致网络拥塞。因此,我们必须研究网络的拥塞控制问题,从而大大提高QoS(服务质量),有效提高资源利用率(6]。

为了解决这一问题,我们提出一个基于网络拥塞控制机制的动态网络状态感知(DNSP-CCM)。具体来说,我们评价一个节点的拥塞风险之前,接收数据包。特别是,我们评估堵塞的风险在一个分布式的方式。我们还建立了堵塞风险阈值,将根据动态网络状态动态调整。此外,我们也评估节点的服务能力,(即。一个节点的消息转发能力)。服务能力可以决定根据直接与其他节点相遇概率和间接接触概率相同的节点。我们选择较高的节点服务能力和转发数据包。因此,数据包可以传输到目的地以成本有效的方式,从而有效地缓解交通拥堵。

总结了本文的主要贡献如下。

首先,我们提出一个拥堵的风险评价方法。堵塞的风险水平是衡量考虑网络状态和节点的缓冲区大小。特别是,堵塞的风险阈值是动态的,根据链接条件改变。

第二,我们评价一个节点的服务能力。服务能力评价共同考虑直接和间接接触概率。

第三,我们设计一种自适应网络拥塞控制策略基于拥塞风险和服务能力。具体来说,我们提出一种自适应缓冲分离方法,(即。转发缓冲区并替换缓冲区)。根据传输状态和链接的本地缓冲包的能力,一个节点需要确定所需的数据包转发或取代提高网络性能。

本文的其余部分组织如下。部分2调查相关的一些研究工作目前的拥塞控制方法。提出的拥堵部分中描述的风险评价方法3。部分4检查一个估计方法来测量节点的服务能力。然后,一个自适应拥塞控制机制设计基于阻塞风险的评价结果和服务能力5。我们在部分显示仿真结果6。最后,我们得出本文的部分7。

2。相关的工作

到目前为止,研究人员已经努力在ICWN解决网络拥塞的问题。Lo和陆7)提出了一个结合节点的邻居缓冲机制和节点相遇概率。通过获得邻居节点的缓冲区状态,一个节点可以动态地调整数据包的配额,以避免节点拥塞。这种方法可以缓解拥堵状态变化的可能性。然而,一旦变成一个节点拥塞状态,这种方法只选择数据包减少跳数,这是不合理的。除此之外,只考虑直接接触概率是无法估计节点的数据包转发的能力。

充分利用节点的社会属性ICWN,戴利和Haahr8)提出了一种机制,选择中继节点基于节点的关系。然而,它忽视了一个事实:很多节点都有关系,因此太多的冗余消息的副本。因此,很容易导致网络拥塞(9]。节点的历史遭遇信息是用来估计(即三个基本参数。的概率head-of-line-blocking、可靠性和删除(10])。通过这些参数节点做出他们的决定。

另一方面,研究人员认为使用当地交通拥堵状态的网络拥塞区域(11]。转发优先级决定根据数据扩散的程度在当地的缓冲区。此外,可以通过主动删除了冗余消息副本响应机制。然而,网络状态不能来自单个节点的拥堵状况。加快数据传输,12)使用“利益回报”和“机会消费”来评估影响节点的本地交通拥堵状态,然后决定是否接收消息。这种方法可以缓解网络拥塞和提高网络性能。然而,它采用一个固定的拥堵阈值,因此它不能理解真正的当前的资源使用情况。

3所示。堵塞风险评估

根据ICWN数据包转发的基本原理,在两个节点之间的遭遇,他们需要交换的数据包没有在缓冲13]。显然,转发multicopy包,网络拥塞带来的风险收到数据包缓冲区空间直接相关。如果节点获得更多的包,继续接收来自其他节点的数据包的能力会下降,导致越来越多的节点的残余缓冲资源减少因为有限的缓冲资源。如果这种情况继续,一些地区会产生拥塞,然后让整个网络拥塞。更重要的是,如果节点有更多的缓冲资源,他们可以携带更多的数据包转发,使丢包的概率减少。所以包可以由多个节点导致提高交货率。为了实现实时网络拥塞节点估计水平,节点可以实现拥塞控制。网络拥塞造成的接收到的数据包的风险评估。

包传输需要多个中继节点间的合作。与此同时,在一个给定的时期,乘以一个中继节点与其他节点,数据包可以获得更多的机会扩散的。因此,遇到间隔节点之间,大数量的副本将注入到网络,这可能导致更高的拥塞概率。此外,更大的预期节点会议时间(运用),它被定义为一个数学期望的节点相遇间隔,携带使用的多个中继节点数据包。因此,转发转发节点的风险等级定义如下: 在哪里发生网络拥塞的概率是什么时候数据包注入ICWN。此外,的价值可以获得 在哪里和表示第一次遇到的时候和最后一次,分别在两个节点之间,表示总遇到计数。

可以看到,为了得到货运风险水平的价值,节点需要知道遇到时间显示的次数从当前时间到下一个遇到的两个节点之间的时间。节点的节点运动定律表明,运用在ICWN服从指数分布的参数和运用的价值。它可以被描述为广义平稳随机过程,其自相关是只有与时间间隔有关(14,15]。因此,可以估计未来遇到的下一个节点的历史信息。

因此,遇到的期望可以获得两个节点之间的时间间隔 在哪里表示节点的期望遇到间隔和节点,表示持续时间从最后一次当前遇到的,表示每个节点之间的时间间隔,和表示节点之间相遇时报。

使用multicopy数据包转发方案,中继节点可以不断接收数据包的副本。因此,其缓冲越来越拥挤。如果剩余缓冲资源非常低,节点无法接受新到达的数据包。在这种情况下,我们说这个节点进入阻塞状态。评估拥堵水平,我们认为数据包长度和可用的缓冲资源。与包长度越长,临时链接将被占据了。另一方面,缓冲区利用率越高意味着网络负载较高,从而导致更高的风险增加转发和堵塞的风险。结合这两个因素,我们可以获得堵塞的风险之前接受新来的数据包。

因此,结合平均运输风险,平均包长度,被占领的缓冲区,我们可以确定拥堵阈值。 在哪里和可以得到如下: 在哪里表示数据包的长度和表示在缓冲区的数据包数量。

4所示。服务能力评估

节点相遇概率和成功交付数据包的数量是两个重要的参数用来描述服务的能力。此外,正如ICWN采用“storing-carrying-forwarding”方法,数据包存储在多个中继节点和两个节点之间没有直接的路径。因此,我们评估的数据包发送状态共同考虑直接和间接接触概率。

显然,遇到遇到可以直接获得的概率乘以两个节点之间。因此,直接接触的概率给定节点对如下所示。

定义1。节点之间的直接接触概率和被定义为遇到的比例为节点遇到和总时间节点遇到所有其他节点;也就是说, 间接接触概率是限于间接遇到时间间隔,间接接触的平均时间间隔,间接的总遇到时间间隔,和间接接触。间接接触时间间隔是指持续时间当一个节点遇见另一个节点,节点后,节点遇到另一个节点,节点。例如,一个工程师,视为节点,去公司。在会议之前他的搭档,视为节点他的公司,他可能会见安全官,视为节点。所以节点可以帮助节点将数据包转发到节点。间接接触时间间隔意味着持续时间节点会见节点会见后节点。在一个给定的一段时间,遇到节点之间的数量越多,遇到的概率就越大。因此,我们使用间接接触时间间隔作为间接接触概率的估计参数。它可以使评估结果更准确,有利于提高网络性能。间接接触概率的定义如下所示。

定义2。间接接触时间间隔表示的时间节点遇到与节点节点后在会见了。
假设节点之间的会议时间和节点和被记录为和。 因此,总间接时间间隔为节点这与节点在会见节点可以获得的 在哪里。的平均值还可以获得如下: 在哪里是间接接触。

显然,间接接触概率由间接决定会议时间间隔。较低的平均价值,遇到的频率就越高。因此,我们使用它的平均值来评估间接接触概率。间接接触概率的定义如下所示。

定义3。间接接触概率表示节点的概率遇到与节点因此遇到的节点。 在哪里是给定的时期,表示间接遇到时间间隔,表示总间接接触时间间隔平均间接接触的时间间隔。

如果遇到节点是一个数据包的目的地,间接遇到概率 在哪里节点的平均会议间隔吗和节点,可以得到如下: 在哪里表示遇到时间和和表示之间的第一次遇到时间和最后一次时间节点和节点,分别。

在ICWN,每个节点维护一个遇到信息表,其中每个条目将被更新及时。我们展示了遇到信息表的表1,在那里遇到节点的ID和吗每一个历史遭遇时间。

显然,历史信息表满足完备事件组的约束,和每一个遇到的节点可以被视为相应的部门。因此,,()。考虑到历史事件,遇到的所有部门交付数据包可以评估的概率 在哪里表示遇到了节点的节点的数量。此外,节点的服务能力为包可以获得。 在哪里成功的发送数据包。可以看出,交付概率越高会导致更高的服务能力。

5。自适应拥塞控制

拥堵阈值前应该确定合理地转发数据包。利用提出的临时链接资源节点运动,数据包被转发的数量应调整根据当前网络状态(16- - - - - -18]。在本文中,我们设计一个自适应缓冲分区方法,利用有限的缓冲资源。具体来说,缓冲是分成两部分,即转发部分和替换部分。此外,我们调整缓冲区自适应分离,高度依赖于传输状态和链接条件(19- - - - - -22]。

基于ICWN转发数据包的原理,意味着转发的数量乘以相关网络资源消耗和高对拥塞状态的影响。因此,数据包的转发缓冲区,第一个包,注入转发缓冲区,而其余的数据包发送到替换缓冲区。可以看出,缓冲区的两部分是根据当前状态动态调整。动态阈值设定的估计节点传输能力和缓冲包的状态。 在哪里的最小长度是由节点缓冲包和表示估计当前的临时节点的传输容量,可以获得如下。 在哪里表示节点的传输容量th连接,它可以从遇到信息表,获得是总遇到。

另一方面,将数据包转发到目的地少转发,转发的数据包在降序排序部分服务的能力。因此,这些数据包的分配更高的优先权。此外,包取代部分按升序排序根据他们堵塞的风险。自适应缓冲分区的基本原理如图1。

可以看到,拥塞控制过程主要包括两个方面,即接收数据包并转发数据包。接收数据包,至关重要的是确定是否接收数据包,而残余缓冲资源不能接受新来的包。当决定接收数据包,本地缓存节点替换包资源在该地区造成的网络拥塞程度风险缓冲操作可以解决问题的内部的优先级数据包转发缓冲区(23- - - - - -26]。根据ICWN数据包转发的基本原理,遇到两个节点后,他们需要交换拥堵状态和数据包保存在缓冲27- - - - - -30.]。

提出的拥塞控制机制的具体操作过程如下。

步骤1。生成一个新的包时,节点分配一个相应的身份(身份,ID)和计算运输风险。

步骤2。当节点相遇时,他们交换了自己的历史遭遇向量和更新自己的历史遭遇信息。

步骤3。节点之间传输数据包时,从头部到尾部团队一个接一个的等候区。接收数据包之前,必须验证是否数据包的节点的目的地。如果验证成功,那么计算当地残余缓冲区来检查是否足以容纳数据包。如果足够的缓冲,节点接收到数据包直接;否则,基于历史遇到信息保留在本地,节点替换包风险最大的拥堵,直到足以容纳包。另一方面,如果本地节点不包米数据包的目的地,然后估计的接受风险。如果小于节点的局部拥堵风险阈值,包转发的风险水平降低。

步骤4。如果多节点的局部拥堵风险阈值计算节点的服务能力。如果本地节点的服务能力比的情况下遇到的节点,数据包的维护转发风险水平无法改变和节点将接收数据包。

根据上面的描述,时间复杂度在哪里意味着在一个节点缓冲包的总数。由于节点应该交换数据包和计算然后节点的服务能力,结果在最糟糕的情况,但可以在最好的情况下,如果所有传输数据包的目的地是接收节点对这些数据包,它有足够的房间。

数据转发过程算法伪代码所示1。

6。数值结果

为了评估不同的包转发机制,我们使用机会网络环境(一)网络模拟器本文来验证我们的动态网络状态基于知觉网络拥塞控制机制(DNSP-CCM) [31日- - - - - -34]。此外,DNSP-CCM的性能与几种经典机制相比,先进首次下降(FIFD),以后首次下降(LIFD),下降至少剩余生命(DLRL),将大部分剩余的生命(DMRL)。

性能因素包括交货率、延迟开销比,和负载电压,头顶的比率被定义为冗余数据包转发时间之间的比例和数量的成功交付代表的开销比,是总包转发的时候,是成功传输数据包的数量(35- - - - - -38]。

负载电压的定义是不成功的消息数量的比例和成功交付的副本的数量,反映了网络负载和传输开销。

此外,利用两种评价方法,包括基于地图的社区模型和Infocomm数据模型。地图社区模型对节点的运动限制实际街道导入地图。在我们的模拟中,我们使用800×800的地图部分赫尔辛基芬兰。此外,节点号码是126,传播范围设置为10米。所有节点的传输速度设置为250 KBps。我们还假设数据包长度服从指数分布的范围之内200年,500年KB。的Infocom06收集的数据模型,它是在2006年的信息通信会议,98 iMotes包含蓝牙之间的接触机会,78的分布式Infocom06参与者和20的与外部天线(提供时间范围)部署在几个地方会议场地作为APs。

6.1。网络性能在不同的缓冲区大小

缓冲区大小定对负载电压的影响,交货率,平均延迟。图2显示了不同的缓冲区大小对负载电压的影响的五个路由机制。

从图2五个路由机制的负载电压随缓冲区的增加而减小。主要原因是,缓冲区的增加,节点可以携带更多的信息来提高成功的概率转发同时减少消息将被丢弃的概率,因为缓冲区溢出。与其他机制相比,DNSP-CCM的负载率是最低的,低于54.2%的FIFO,比DLRL低49.9%,比LIFD低58.2%,比DMRL低了56.5%。主要原因是DNSP-CCM不仅考虑了网络拥塞造成的信息替代的风险。此外,节点之间的直接接触概率和间接概率使交付估计更加准确,在中继节点选择更合理,提高网络资源的利用率。

如图3这些机制的交货率增加而增加缓冲区大小。原因是,缓冲容量的增加,节点携带信息的能力增加,节点拥塞的概率变得小而成功交付的概率增加。图表表明DNSP-CCM的交货率是16.7高于DLRL,比FIFO高出10.6%,比LIFD高出22.7%,比DMRL高出15.1%。结果表明,DNSP-CCM可以选择中继节点更准确,减少冗余副本的生成,避免了复制的一部分转发。

作为显示在图4五项机制,平均延迟和缓冲区大小的增加逐渐增加。增加的主要原因是,缓冲区大小,消息可以由节点越多,和副本可以更换或丢弃在很短的时间内。因此,消息的可能性在更长一段时间增加,然后总体平均延误增加。与其他四个机制相比,DNSP-CCM的性能是最好的。这是因为DNSP-CCM可以利用直接遇到的时间间隔和间接接触节点之间的时间间隔来估计节点直接接触和间接接触概率的概率。因此,节点的服务能力是更准确,和副本可以在更短的时间内成功交付。

6.2。网络性能在不同数据包世代间隔

数据包生成的时间间隔可以直接反映了网络负载。在有限的缓冲区,数据包生成的时间间隔越短,就越有可能造成网络拥塞。负载率、交货率和传输延迟五个机制在不同的从数据缓冲区大小比较5- - - - - -7。

从图5,我们可以看到五个机制正在上升的负荷率的增加包的时间间隔。主要原因是,数据包生成的时间间隔的增加,网络中数据包生成的总量减少。因此,转发数据包的数量和成功交付数据包的数量正在下降的趋势。然而,由于转发数据包的数量的下降趋势比成功交付数据包的数量小,导致增加的负载率与时间间隔的增加数据包的一代。与其他路由机制相比,负载DNSP-CCM率是最低的。DNSP-CCM的负载率低于65.6% FIFO,比DLRL低57.7%,比LIFD低69.7%,比DMRL低了70.9%。这是因为DNSP-CCM可以更好地有效地使用替代的风险价值和衡量利弊的转发来取代包。因此,更准确的决策,避免网络拥塞的发生减少不必要的数据转发,确保网络负载率较低。

图6五项机制表明,交货率增加而增加数据包的时间间隔的一代。正如上面提到的,主要的原因是,与包的时间间隔的增加,网络中数据包生成的总量减少,和成功交付的数量小于数据包的总量。其中,交付DNSP-CCM率高于FIFD,比DLRL高出47.8%,高出34.7%,比LIFD高出72.7%,比DMRL高出57.2%。结果表明,DNSP-CCM可以有效地使用数据包来取代网络堵塞的风险价值和合理利用节点的直接遇到的概率概率和间接会议来确定节点的服务能力,以选择合适的中继节点,避免数据转发过程被取代或丢弃,并确保数据的成功交付。

图7表明每个机制的传输延迟随的增加包的时间间隔。这是因为短时间内的数据包的一代。因为网络中的数据包生成的数量很大,它可以很容易地导致缓冲区的溢出和减少数据转发的机会条件有限的缓冲区。与包的时间间隔的增加,网络中数据包的总量降低,数据包转发的机会,增加节点的可用性缓冲资源。因此,减少了网络传输延迟。其中,DNSP-CCM的性能是最好的,因为DNSP-CCM可以控制网络拥塞,提高数据包交付的机会,使用节点的服务能力选择中间节点。因此,包可以在短时间内成功交付。

7所示。结论

在本文中,我们提出了一个网络拥塞控制机制的动态网络状态感知来改善网络的性能。为了减少网络开销和传输延迟,我们共同考虑的风险造成的网络拥塞节点转发替换和准确评估网络的节点服务能力的状态。拟议中的DNSP-CCM可以提高数据包转发功能,洪水和网络拥塞控制不必要的数据,然后改善网络性能。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这部分工作是支持由中国国家自然科学基金(61371097)和青年人才培养项目重庆科技委员会(CSTC2014KJRC-QNRC40001)。