本發(fā)明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種實現(xiàn)自組網擁塞控制的方法，可用于Ad Hoc網絡。

背景技術：

Ad Hoc網絡是一種由若干無線數據傳輸設備臨時組成的、不需要固定通信設施支持的無中心網絡。網絡節(jié)點既是通信終端，又可以作為路由器為其他節(jié)點轉發(fā)數據。

近年來，各國學者圍繞Ad Hoc網絡中的擁塞控制開展了積極的研究，提出了若干種方法。最常見的方法是TCP協(xié)議中的擁塞控制方法，它的擁塞控制主要依賴于擁塞窗口cwd，窗口值的大小代表能夠一次性發(fā)送出去的字節(jié)數，顯然窗口越大，數據發(fā)送的速度也就越快，但是也有可能使得網絡出現(xiàn)擁塞，所以TCP中采用了慢啟動、擁塞避免、加速遞減和快速重傳等技術來動態(tài)調整擁塞窗口的大小。然而TCP協(xié)議在Ad Hoc網絡中的性能遠不如它在傳統(tǒng)的有線網絡中的性能，這主要是由于Ad Hoc網絡和有線網絡的特性差異。例如，在Ad Hoc網絡中，傳輸媒介是局部共享的。另外，TCP協(xié)議判斷網絡擁塞的依據是報文丟失，而在Ad Hoc網絡中報文的丟失原因不僅僅是網絡擁塞，還有鏈路中斷、路由頻繁變化等原因。主動隊列管理AQM也是一種常見的擁塞控制方法，它是一種預見式的隊列管理方法，該方法對網絡的狀態(tài)進行評價，從而預測是否將要出現(xiàn)擁塞的狀況。當預測到路由器將要發(fā)生擁塞時，在路由器的隊列還沒有充滿時就按照一定的規(guī)則丟棄數據包并向發(fā)送端通告擁塞情況，以降低發(fā)送端的傳輸速率。但是，在目前的AQM機制中為了簡化設計通常忽略了系統(tǒng)中的延遲環(huán)節(jié)，在延遲比較小的情況下，忽略延遲對系統(tǒng)性能的影響較小；然而在延遲比較大的情況下，忽略延遲往往會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。經過大量仿真實驗結果表明，幾種典型的AQM算法在延遲較大的情況下存在以下缺點，首先是隊列大幅震蕩，增加了端到端的延時抖動，其次是鏈路利用率低，網絡吞吐量大幅降低，最后是隊列長度不能收斂，節(jié)點出現(xiàn)大量丟包的情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于多路徑路由協(xié)議實現(xiàn)自組網擁塞控制的方法，以提高網絡吞吐量，降低節(jié)點丟包率。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是：通過對節(jié)點擁塞情況的檢測，根據不同的擁塞原因采取不同的緩解手段，其具體步驟包括如下：

(1)網絡中的每個節(jié)點將它的鄰居節(jié)點記為n_i，i＝1,2,3,.....K，其中K表示鄰居節(jié)點的個數，并等待一個擁塞周期T，統(tǒng)計該周期內本節(jié)點發(fā)送給每個鄰居節(jié)點n_i的數據分組數和本節(jié)點從每個鄰居節(jié)點n_i接收的數據分組數

(2)網絡中的每個節(jié)點根據本節(jié)點緩存隊列的長度，判斷是否擁塞，若是，將本節(jié)點記為“擁塞節(jié)點”，執(zhí)行步驟(4)，否則，將本節(jié)點記為“非擁塞節(jié)點”，執(zhí)行步驟(3)；

(3)非擁塞節(jié)點關閉緩存隊列隨機丟包機制，返回步驟(1)；

(4)擁塞節(jié)點判斷是否已經開啟了緩存隊列隨機丟包機制，若是，則返回步驟(1)，否則，執(zhí)行步驟(5)；

(5)分析擁塞節(jié)點的擁塞原因：

(5a)令初始參數i＝1；

(5b)判斷擁塞節(jié)點到它的鄰居節(jié)點n_i的鏈路是否是一條低速鏈路，若是，則執(zhí)行步驟(5c)，否則，執(zhí)行步驟(5f)；

(5c)假設網絡中的數據分組大小為D比特，且每個分組大小一致，計算擁塞節(jié)點到鄰居節(jié)點n_i的平均傳輸時延和擁塞節(jié)點到它的其它鄰居節(jié)點n_j的平均傳輸時延

其中為擁塞節(jié)點到它的鄰居節(jié)點n_i這條鏈路的傳輸速率，j不等于i，為擁塞節(jié)點到它的鄰居節(jié)點n_j這條鏈路的傳輸速率，為擁塞節(jié)點發(fā)送給它的鄰居節(jié)點n_j的數據分組數；

(5d)計算擁塞節(jié)點的假設隊列長度q_a：

q_a＝q-EN

其中q為擁塞節(jié)點當前緩存隊列的實際長度，EN為在該周期內擁塞節(jié)點額外多傳輸的數據分組數，為擁塞節(jié)點發(fā)送給它的鄰居節(jié)點n_i的數據分組數，N為和這兩個平均傳輸時延的比值，

(5e)假設擁塞節(jié)點緩存隊列長度為q_a，判斷擁塞節(jié)點是否不再擁塞，若是，則擁塞的原因是使用了擁塞節(jié)點到鄰居節(jié)點n_i這條低速鏈路所致，執(zhí)行步驟(6)，否則，執(zhí)行步驟(5f)；

(5f)判斷初始參數i是否大于鄰居節(jié)點的個數K，若是，則擁塞的原因是由于擁塞節(jié)點的總流量過大所致，執(zhí)行步驟(7)，否則，令i＝i+1，返回步驟(5b)；

(6)擁塞節(jié)點將步驟(5e)中的鄰居節(jié)點n_i記為低速節(jié)點，通過抑制低速鏈路的手段緩解由擁塞節(jié)點到低速節(jié)點這條鏈路引起的擁塞，返回步驟(1)；

(7)擁塞節(jié)點通過流量調度或隨機丟包的手段緩解由擁塞節(jié)點總流量過大引起的擁塞。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較具有如下優(yōu)點：

1.相較于基于路由器支持的主動隊列管理AQM，本發(fā)明通過分析擁塞發(fā)生的原因，采用了抑制低速鏈路的手段緩解由擁塞節(jié)點到低速節(jié)點這條鏈路引起的擁塞，避免了傳統(tǒng)路由協(xié)議的盲目性，提高了自組網路由協(xié)議的效率。

2.本發(fā)明通過分析擁塞發(fā)生的原因，采用了流量調度或隨機丟包的手段緩解由擁塞節(jié)點總流量過大引起的擁塞，避免了AQM方法的單純丟包和在系統(tǒng)時延較大情況下的弊端，使擁塞的緩解更具針對性和高效性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)總流程圖；

圖2是本發(fā)明中擁塞節(jié)點通過抑制低速鏈路緩解鏈路引起的擁塞的子流程圖；

圖3是本發(fā)明中擁塞節(jié)點通過流量調度或隨機丟包緩解流量過大引起的擁塞的子流程圖；

圖4是本發(fā)明中分流節(jié)點尋找有效替換路由的子流程圖；

圖5是本發(fā)明的使用場景示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明內容做詳細敘述，本實施例以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細實施方式和操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下面的實施例。

參照圖5，本發(fā)明使用的網絡場景為Ad Hoc自組織網絡。節(jié)點的網絡層采用多路徑表驅動協(xié)議，MAC層采用TDMA協(xié)議，擁塞節(jié)點是根據本節(jié)點緩存隊列長度判斷為擁塞狀態(tài)的節(jié)點，分流節(jié)點是擁塞節(jié)點選出來進行流量調度的節(jié)點，接入節(jié)點是分流節(jié)點主路由上的第三跳節(jié)點，分流族節(jié)點是主路由經過分流節(jié)點到擁塞節(jié)點這條鏈路的節(jié)點。

參照附圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：

步驟1、網絡中每個節(jié)點周期性的統(tǒng)計數據。

網絡中的每個節(jié)點將它的鄰居節(jié)點記為n_i，i＝1,2,3,.....K，其中K表示鄰居節(jié)點的個數，并等待一個擁塞周期T，統(tǒng)計該周期內本節(jié)點發(fā)送給每個鄰居節(jié)點n_i的數據分組數和本節(jié)點從每個鄰居節(jié)點n_i接收的數據分組數。

步驟2、網絡中的每個節(jié)點根據本節(jié)點緩存隊列的長度，判斷是否擁塞。

(2a)計算緩存隊列中緩存的數據包數q和緩存大小Q的比值：再根據r值大小，分為以下三種情況判斷：

當r≤η₁時，本節(jié)點正常，判定為非擁塞狀態(tài)，執(zhí)行步驟3；

當η₁<r≤η₂時，本節(jié)點可能會發(fā)生擁塞，需要進一步判斷，執(zhí)行步驟(2b)；

當η₂<r時，本節(jié)點緩存的分組已經過多，判定為擁塞狀態(tài)，執(zhí)行步驟4；

(2b)節(jié)點計算分組的輸入速率λ和分組的輸出速率μ：

其中為本節(jié)點從每個鄰居節(jié)點n_i接收的數據分組數，K為本節(jié)點鄰居節(jié)點個數，T為擁塞周期，T_s為分組的平均服務時間，分組的服務時間指從分組處于緩存隊列頭部開始到分組被發(fā)送為止的時間；

(2c)計算分組的輸入速率λ與分組的輸出速率μ之比：再根據ρ值大小，分為以下兩種情況判斷：

當ρ≤1時，本節(jié)點正常，判定為非擁塞狀態(tài)，執(zhí)行步驟3；

當ρ>1時，本節(jié)點的分組會進一步增多，判定為擁塞狀態(tài)，執(zhí)行步驟4。

步驟3、非擁塞節(jié)點關閉緩存隊列隨機丟包機制。

緩存隊列隨機丟包機制開啟后，就以某概率P隨機丟棄要輸入緩存隊列的數據分組，通過丟棄數據分組來向發(fā)送端發(fā)出擁塞通告，收到擁塞通告的發(fā)送端降低數據分組傳輸速率，避免隊列滿載溢出，對擁塞狀態(tài)進行緩解，再返回步驟1。

步驟4、擁塞節(jié)點判斷是否已經開啟了緩存隊列隨機丟包機制，若是，則返回步驟1，否則，執(zhí)行步驟5；

步驟5、分析擁塞節(jié)點的擁塞原因。

(5a)令初始參數i＝1；

(5b)判斷擁塞節(jié)點到它的鄰居節(jié)點n_i的鏈路是否是一條低速鏈路，若是，則執(zhí)行步驟(5c)，否則，執(zhí)行步驟(5f)；

(5c)假設網絡中的數據分組大小為D比特，且每個分組大小一致，計算擁塞節(jié)點到鄰居節(jié)點n_i的平均傳輸時延和擁塞節(jié)點到它的其它鄰居節(jié)點n_j的平均傳輸時延

其中為擁塞節(jié)點到它的鄰居節(jié)點n_i這條鏈路的傳輸速率，j不等于i，為擁塞節(jié)點到它的鄰居節(jié)點n_j這條鏈路的傳輸速率，為擁塞節(jié)點發(fā)送給它的鄰居節(jié)點n_j的數據分組數；

(5d)計算擁塞節(jié)點的假設隊列長度q_a：

q_a＝q-EN

其中q為擁塞節(jié)點當前緩存隊列的實際長度，EN為在該周期內擁塞節(jié)點額外多傳輸的數據分組數，為擁塞節(jié)點發(fā)送給它的鄰居節(jié)點n_i的數據分組數，N為和這兩個平均傳輸時延的比值，

(5e)假設擁塞節(jié)點緩存隊列長度為q_a，判斷擁塞節(jié)點是否不再擁塞，若是，則擁塞的原因是使用了擁塞節(jié)點到鄰居節(jié)點n_i這條低速鏈路所致，執(zhí)行步驟6，否則，執(zhí)行步驟(5f)；

(5f)判斷初始參數i是否大于鄰居節(jié)點的個數K，若是，則擁塞的原因是由于擁塞節(jié)點的總流量過大所致，執(zhí)行步驟7，否則，令i＝i+1，返回步驟(5b)；

步驟6、擁塞節(jié)點將步驟(5e)中的鄰居節(jié)點n_i記為低速節(jié)點，通過抑制低速鏈路的手段緩解由擁塞節(jié)點到低速節(jié)點這條鏈路引起的擁塞。

參照圖2，本步驟的具體實現(xiàn)如下：

(6a)令初始參數i＝1，M等于擁塞節(jié)點路由表中路由項目條數；

(6b)檢查擁塞節(jié)點的第i條路由項目的主路由，判斷該主路由的下一跳節(jié)點是否為低速節(jié)點，若是，則執(zhí)行步驟(6c)，否則，執(zhí)行步驟(6i)；

(6c)在第i條路由項目上，記錄該低速節(jié)點；

(6d)判斷第i條路由項目的次路由是否存在，若是，則執(zhí)行步驟(6e)，否則，執(zhí)行步驟(6h)；

(6e)判斷上述次路由中，擁塞節(jié)點到下一跳節(jié)點的鏈路是否是一條低速鏈路，若是，則執(zhí)行步驟(6f)，否則，執(zhí)行步驟(6g)；

(6f)將步驟(6e)中的下一跳節(jié)點也記為低速節(jié)點，記錄在第i條路由項目上，執(zhí)行步驟(6h)；

(6g)用第i條路由項目的次路由覆蓋主路由，執(zhí)行步驟(6i)；

(6h)清空第i條路由項目，待下次有數據分組查看該路由項時，直接丟棄數據分組，執(zhí)行步驟(6i)；

(6i)判斷初始參數i是否大于等于擁塞節(jié)點路由表中路由項目條數M，若是，則執(zhí)行步驟(6j)，否則，令i＝i+1，返回步驟(6b)；

(6j)擁塞節(jié)點再等待下一個擁塞周期T，并統(tǒng)計本節(jié)點發(fā)送給每個鄰居節(jié)點n_i的數據分組數和本節(jié)點從每個鄰居節(jié)點n_i接收的數據分組數且在該擁塞周期T內，不使用低速節(jié)點發(fā)送的路由消息更新本節(jié)點路由表中記錄了低速節(jié)點的路由項目；

(6k)根據擁塞節(jié)點緩存隊列的長度，判斷是否擁塞，若是，則執(zhí)行步驟(6l)，否則，執(zhí)行步驟(6m)；

(6l)擁塞節(jié)點開啟隊列隨機丟包機制，執(zhí)行步驟(6n)；

(6m)判斷擁塞節(jié)點到低速節(jié)點的鏈路是否仍是一條低速鏈路，若是，則返回步驟(6j)，否則，執(zhí)行步驟(6n)；

(6n)擁塞節(jié)點刪除記錄的低速節(jié)點，且在下一個擁塞周期T內使用低速節(jié)點發(fā)送的路由信息正常更新本節(jié)點的路由表，返回步驟1。

步驟7、擁塞節(jié)點通過流量調度或隨機丟包的手段緩解由擁塞節(jié)點總流量過大引起的擁塞。

參照圖3，本步驟采用但不限于用流量調度手段對由擁塞節(jié)點總流量過大引起的擁塞，具體實現(xiàn)如下：

(7a)擁塞節(jié)點計算應卸載的輸入速率：f＝λ-μ，其中λ為分組輸入速率，μ為分組輸出速率，再根據f值的大小，分以下兩種情況進行處理：

當f≤0時，擁塞節(jié)點的擁塞情況會好轉，返回步驟1；

當f>0時，擁塞節(jié)點應該卸載一部分流量，執(zhí)行步驟(7b)；

(7b)擁塞節(jié)點計算它的每個鄰居節(jié)點n_i的分組輸入速率：i＝1,2,3,.....K，K為鄰居節(jié)點的個數，為本節(jié)點從每個鄰居節(jié)點n_i接收的數據分組數，T為擁塞周期；

(7c)擁塞節(jié)點判斷是否存在一個鄰居節(jié)點的分組輸入速率λ_i大于等于應卸載的輸入速率f，若是，則執(zhí)行步驟(7e)，否則，執(zhí)行步驟(7d)；

(7d)擁塞節(jié)點開啟隊列隨機丟包機制，返回步驟1；

(7e)擁塞節(jié)點將所有鄰居節(jié)點按分組輸入速率λ_i從小到大排列，依次檢查所有鄰居節(jié)點，直到找到一個鄰居節(jié)點的分組輸入速率λ_i大于等于應卸載的輸入速率f，并將該鄰居節(jié)點記為分流節(jié)點；

(7f)擁塞節(jié)點記錄分流節(jié)點，并給分流節(jié)點發(fā)送擁塞信息，分流節(jié)點收到擁塞信息后，查找一些繞過擁塞節(jié)點的可用路由替換原來經過擁塞節(jié)點的路由；

參照圖4，查找一些繞過擁塞節(jié)點的可用路由替換原來經過擁塞節(jié)點的路由，其具體實現(xiàn)如下：

(7f1)令初始參數i＝1，M等于分流節(jié)點路由表中路由項目條數；

(7f2)分流節(jié)點檢查第i條路由項目的主路由，判斷該路由的下一跳節(jié)點是否為擁塞節(jié)點，并判斷目的節(jié)點是否不是該擁塞節(jié)點，若兩者都滿足，則執(zhí)行步驟(7f3)，否則，執(zhí)行步驟(7f11)；

(7f3)分流節(jié)點在第i條路由項目上記錄擁塞節(jié)點，該路由項目不再使用含有擁塞節(jié)點的路由進行更新；

(7f4)判斷第i條路由項目的次路由是否存在，若是，則執(zhí)行步驟(7f5)，否則，執(zhí)行步驟(7f6)；

(7f5)分流節(jié)點用第i條路由項目的次路由覆蓋主路由，執(zhí)行步驟(7f11)；

(7f6)分流節(jié)點將主路由上的第三跳節(jié)點記為接入節(jié)點；

(7f7)分流節(jié)點判斷是否存在到接入節(jié)點的有效路由，即不經過擁塞節(jié)點的路由，若是，則執(zhí)行步驟(7f8)，否則，執(zhí)行步驟(7f9)；

(7f8)分流節(jié)點把主路由和步驟(7f8)或步驟(7f9)中的有效路由拼接成新的主路由，并覆蓋第i條路由項目的主路由，執(zhí)行步驟(7f11)；

(7f9)分流節(jié)點判斷是否能通過按需式路由查找方法找到一條到接入節(jié)點的有效路由，若是，則執(zhí)行步驟(7f8)，否則，執(zhí)行步驟(7f10)；

所述按需式路由查找方法，其實現(xiàn)步驟如下：

§1.源節(jié)點廣播一個路由請求分組RREQ，內容包括目的節(jié)點、源節(jié)點、中間節(jié)點列表和路由請求分組ID號，并初始化一個路由查找定時器RT，執(zhí)行步驟§2；

§2.源節(jié)點判斷是否收到路由應答分組RREP，若是，則查找到了一條有效路由，即中間節(jié)點列表，否則，執(zhí)行步驟§3；

§3.源節(jié)點等待一秒后，將路由查找定時器RT數值減一，并判斷路由查找定時器RT是否小于零，若是，則無法找到一條有效路由，否則，返回步驟§2；

§4.中間節(jié)點收到路由請求分組RREQ，根據路由請求分組ID號判斷本節(jié)點是否收到過路由請求分組RREQ，若是，則直接丟棄分組，否則，執(zhí)行步驟§5；

§5.中間節(jié)點判斷路由請求分組RREQ中的中間節(jié)點表是否包含本節(jié)點，若是，則直接丟棄分組，否則，執(zhí)行步驟§6；

§6.中間節(jié)點判斷路由請求分組RREQ的目的節(jié)點是否為本節(jié)點或本節(jié)點是否有到目的節(jié)點的路由，若是，則執(zhí)行步驟§8，否則，執(zhí)行步驟§7；

§7.中間節(jié)點把本節(jié)點填入路由請求分組RREQ的中間節(jié)點列表，并轉發(fā)該路由請求分組RREQ；

§8.中間節(jié)點構造路由應答分組RREP，并反轉路由請求分組RREQ中的中間節(jié)點列表作為路由應答分組RREP返回源節(jié)點的路徑；

(7f10)分流節(jié)點清空第i條路由項目，待下次有數據分組查看該路由項時，直接丟棄數據分組；

(7f11)判斷初始參數i是否大于等于分流節(jié)點路由表中路由項目條數M，若是，則執(zhí)行步驟(7f12)，否則，令i＝i+1，并執(zhí)行步驟(7f2)；

(7f12)分流節(jié)點向鄰居節(jié)點發(fā)送步驟(7f8)中的路由項目；

(7g)擁塞節(jié)點等待下一個擁塞周期T，并統(tǒng)計該周期內本節(jié)點發(fā)送給每個鄰居節(jié)點n_i的數據分組數和本節(jié)點從每個鄰居節(jié)點n_i接收的數據分組數

(7h)根據擁塞節(jié)點緩存隊列的長度，判斷是否擁塞，若是，則執(zhí)行步驟(7i)，否則，執(zhí)行步驟(7j)；

(7i)擁塞節(jié)點開啟隊列隨機丟包機制，執(zhí)行步驟(7k)；

(7j)判斷擁塞節(jié)點的分組輸入速率λ與分流節(jié)點的輸入速率λ_i之和是否小于等于擁塞節(jié)點的輸出速率μ，若是，則執(zhí)行步驟(7k)，否則，返回步驟(7g)；

(7k)擁塞節(jié)點刪除記錄的分流節(jié)點，并給它發(fā)送撤銷擁塞信息，返回步驟1。

本發(fā)明通過的上述步驟，對于目的節(jié)點G，分流節(jié)點D和分流族節(jié)點E的數據分組不再經過擁塞節(jié)點A，而是經過一條按需式路由查找方法發(fā)現(xiàn)的新路由，該新路由依次為分流節(jié)點D到節(jié)點J到節(jié)點K到節(jié)點L到接入節(jié)點I到目的節(jié)點G，即D-J-K-L-I-G，從而到達了分流的效果。