無線網絡擁塞控制研究

【摘要】無線網絡的多對一通信方式、無線鏈路的相互干擾、網絡的動態變化和資源受限等特性，使得無線網絡容易出現擁塞，因此無線網絡的擁塞控制成為了研究熱點。介紹了無線網絡擁塞控制的內容及特點，并對現有無線網絡擁塞控制方法進行了分析對比，最后總結了進一步的研究趨勢和方向。

【關鍵詞】無線網絡；擁塞控制；擁塞緩解；公平性

【中圖號】TP30【文獻標示碼】A【文章編號】1005-1074(2009)03-0061-01

隨著internet的迅速發展和廣泛應用，無線通信和個人移動終端技術得到了迅猛的發展，移動設備，如筆記本電腦、PDA、智能手機的不斷普及，使得人們可以更方便的進行辦公，同時也對無線網絡提出了更高的要求，越來越多的技術難題出現了，擁塞控制問題就是其一。針對無線網絡擁塞現象，本文從擁塞控制的基本概念出發，分析了無線網絡中產生擁塞的原因，并對現有擁塞控制方法進行了研究，對比了各種擁塞控制方法的特點。

1無線網絡擁塞控制概述

1.1擁塞和擁塞控制無線網絡的擁塞可以分為兩種類型:一種類型是節點級的擁塞，這是與傳統網絡共同具有的擁塞，就是節點需要發送的分組流量超過節點的發送能力，導致緩存溢出造成數據分組的丟失和網絡排隊延遲的增加；另一種類型是無線鏈路級的擁塞，無線信道是共享信道，在同一時刻相鄰節點只能有一個節點使用無線信道，當多個相鄰節點同時競爭使用無線信道時，就會產生訪問沖突引起鏈路級擁塞，增加分組的服務時間，降低鏈路利用率和網絡的吞吐量。

定義：如果因為網絡負載增加而導致用戶I的滿意度降低，用戶I則認為網絡發生擁塞，如圖1所示。形象地說，當網絡中存在過多的報文時，網絡的性能會下降，這種現象稱為擁塞。擁塞導致的直接結果是分組丟失率提高，端到端時延加大，甚至是整個系統發生崩潰。當網絡發生擁塞崩潰時，微小的負載增量都將使網絡的有效吞吐量急劇下降。

1.2擁塞的原因網絡擁塞是best-effort服務模型的一個固有屬性。用戶間無法相互協作共享資源，多個用戶對同一網絡資源提出請求時就可能發生擁塞。網絡擁塞產生的原因有很多，，下面介紹產生網絡擁塞的直接原因和根本原因。其中直接原因主要有三個方面:①存儲空間不足。②帶寬容量不足。③處理器間處理能力和速度不一致也可能造成擁塞。

2現有的擁塞控制方法

總的來說，擁塞控制可分為擁塞檢測和擁塞緩解兩個階段，檢測擁塞是控制的基礎，目前最主要的擁塞檢測度量是緩沖區占用率。當報文接收速率大于發送速率，緩沖區堆積到一定程度，可以預測擁塞即將發生。當判斷擁塞即將或己經發生時，應該立即采取措施有效緩解擁塞，當前的緩解策略也很多，大都是通過將擁塞消息回傳到數據源節點要求降低數據發送率。不同的控制算法采用了不同的機制有效地減輕擁塞。

2.1CODA(Congestion Detection and Avoidance)擁塞控制模式CODA由三種機制組成:基于接收端的擁塞檢測、開環Hop-by-Hop的后壓(Backpressure)機制和閉環多源調節。

2.2基于步跳的擁塞控制方法基于步跳的擁塞控制工作與CODA的區別主要有三點：每個節點根據下游節點的擁塞狀況與自己的擁塞狀況來判定是否發suppression；節點收到suppression消息后不睡眠而是改變發送速率；節點在判斷擁塞時還使用了另外一種度量，報文重傳次數。

2.3ESRT(Event-to-Sink Reliable Transport)ESRT通過配置網絡趨近最優運行點舊OR)，以最小的能源消耗和擁塞控制達到可靠的事件檢測。因此，ESRT協議如何運行是由當前的網絡狀態(達到的可靠性和擁塞狀況)決定的。如果可靠性達不到要求，ESRT強制調整源節點的發送速率以盡快提高可靠性;如果可靠性高于要求的水平，則ESRT在不犧牲可靠性的前提下減小源節點的發送速率以節約能量。

2.4自適應擁塞緩解策略當某個節點發生擁塞以后，首先由擁塞節點搜索鄰居節點表，從第一個鄰居節點開始比較擁塞度和剩余能量(比較擁塞度是為了避免建立新路徑以后形成新的擁塞，比較剩余能量大小是為了避免建立新路徑以后，節點能量不足而使路徑失效)。如果當前搜索節點滿足條件即擁塞度C小于設定的閾值，剩余能量E大于閉值時，可以作為新路徑的一跳。然后，從該節點開始按照同樣的方法繼續尋找下一跳節點，直到建立起新路徑。此方法的缺點是當找不到滿足條件的節點建立新路徑時，擁塞無法解除，同時還增加了能耗。該機制引入了公平匯聚算法，當新路徑建立失敗以后，根據權重的比例減少上游節點的數據發送率以緩解擁塞。

2.5基于聯合信息熵的公平性擁塞緩解策略基于聯合信息熵的公平性擁塞緩解策略，首先要計算簇內各數據源聯合信息熵的值。當節點發生擁塞時，擁塞節點根據令牌桶算法限制上游節點速率。基于聯合信息熵的公平性:對于無線傳感器網絡中所有數據源的集合，保證sink節點收集的各數據源的數據包按聯合信息熵成比例。該方法更適合無線網絡的特點，擁塞發生以后，根據聯合信息熵的大小用令牌桶算法限制上游節點速率，實現公平的帶寬分配。同時它有效的提高了能量利用率，降低了丟包率。

隨著無線網絡研究的深入和逐漸應用，擁塞控制成為大規模無線網絡應用的重要研究方向之一。通過對目前已有的無線網絡擁塞控制機制的分析，未來可以在以下幾個方面進一步深入研究：a)基于端到端數據傳輸的擁塞控制機制不符合傳感器網絡特點。b)缺乏合理的擁塞控制體系。c)基于中間件的擁塞控制機制。對于無線傳感器網絡隨著研究和應用的深入發現了許多新問題，雖然近幾年對無線網絡的擁塞控制已經進行了較為深入的研究，但目前提出的擁塞檢測、擁塞避免和擁塞解除機制距離實際應用還有一定的距離，一些新的策略和算法還有待深入研究。

參考文獻

[1]焦翠珍.一種改進的自適應無線網絡擁塞控制方案[J].福建電腦，2006.9