基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播路由與擁塞控制的研究.pdf

1、IP多播（也稱為組播或多址廣播）是一種允許一臺或多臺主機(jī)（多播源）同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包到多臺主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。多播能有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在包括即時(shí)通訊、在線游戲、網(wǎng)絡(luò)視頻會議和多媒體遠(yuǎn)程教育等方面。網(wǎng)絡(luò)編碼是近年來通信科學(xué)的一個熱門研究領(lǐng)域。使用網(wǎng)絡(luò)編碼后，網(wǎng)絡(luò)通信的中間節(jié)點(diǎn)不再直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，而是將收到的一些數(shù)據(jù)包編碼成一個新的編碼包后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，目的節(jié)點(diǎn)將其接收到的編碼包解碼得到原始數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)編碼和多播技術(shù)結(jié)合，可以顯著提高

2、多播的吞吐率、魯棒性、可擴(kuò)展性等多方面的性能。本文主要研究以下三個方面的內(nèi)容:
　　(1)基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播路由協(xié)議
　　已有的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播研究主要集中在應(yīng)用層多播上。應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)的鏈路共享底層物理鏈路的帶寬，應(yīng)用層上的節(jié)點(diǎn)并不知道底層的鏈路容量、鏈路特性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)包的傳輸有額外的延遲。因此，應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)編碼多播很難達(dá)到理論的多播容量。文中提出了一個IP層的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播路由協(xié)議，稱為NC

3、MRP。多播源通過廣播路由報(bào)文來找到源節(jié)點(diǎn)到每個目的節(jié)點(diǎn)的多條不相交路徑，這些路徑共同構(gòu)成了多路徑的多播拓?fù)?。多播?shù)據(jù)包在多條路徑上同時(shí)傳輸，并且中間節(jié)點(diǎn)可以對其收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重編碼，從而有效的提高多播吞吐率。通過搭建一個支持網(wǎng)絡(luò)編碼和多種多播路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)對NCMRP協(xié)議進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明NCMRP協(xié)議較已有的多播路由協(xié)議大幅的提高了多播的吞吐率。
　　(2)基于網(wǎng)絡(luò)編碼多播的擁塞控制
　　已有的基于網(wǎng)絡(luò)編碼

4、多播的研究工作通常假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路容量已知并且恒定不變。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，路由器很難獲取動態(tài)不斷變化的可用鏈路帶寬。因此，需要擁塞控制機(jī)制在避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的前提下充分利用鏈路帶寬。此外，擁塞控制機(jī)制還應(yīng)兼容TCP。然而，網(wǎng)絡(luò)編碼允許路由器將多個網(wǎng)絡(luò)流的數(shù)據(jù)融合在一起，并且多路徑多播拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)可能有多個下游節(jié)點(diǎn)，所以對網(wǎng)絡(luò)編碼多播流的擁塞控制非常復(fù)雜和困難。文中提出了一個基于網(wǎng)絡(luò)編碼多播的擁塞控制機(jī)制。該機(jī)制為多播源到目的節(jié)點(diǎn)的每條路徑

5、單獨(dú)維護(hù)一個擁塞窗口，并用類似TCP的擁塞控制算法調(diào)整每個窗口的大小，從而保證每個目的節(jié)點(diǎn)以最大速率接收數(shù)據(jù)。通過在網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)表明，該擁塞控制機(jī)制能比傳統(tǒng)多播和單速率的網(wǎng)絡(luò)編碼多播達(dá)到更高的吞吐率，并且能動態(tài)適應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)帶寬，并保證TCP友好性。
　　(3)基于網(wǎng)絡(luò)流的大小和截止時(shí)間的TCP擁塞控制
　　為了得到更好的用戶體驗(yàn)，大規(guī)模的面向用戶的數(shù)據(jù)中心服務(wù)都有截止時(shí)間限制。數(shù)據(jù)中心服務(wù)大都采用分割-匯聚的工作模

6、式，用戶請求被分割給后臺的服務(wù)器集群，服務(wù)器集群返回的結(jié)果被聚合成最終結(jié)果再反饋給用戶。因此，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部由于分割和匯聚而產(chǎn)生的突發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)流也都有嚴(yán)格的截止時(shí)間限制。超過截止時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)流并不會被包含到最終結(jié)果里，會降低數(shù)據(jù)中心服務(wù)質(zhì)量，還浪費(fèi)了珍貴的計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬。文中提出了一個基于網(wǎng)絡(luò)流的大小和截止時(shí)間的TCP擁塞控制算法，稱為DSTCP。DSTCP根據(jù)每個網(wǎng)絡(luò)流的大小，截止時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度來控制其擁塞窗口的大小。DSTC