李 根

(廣東工商職業(yè)技術(shù)大學(xué) 人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，廣東 肇慶 526020)

0 引言

大數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)按照傳送介質(zhì)的不同，可以分為有線和無線兩種，這些方法都是把數(shù)據(jù)終端和電腦連接在一起，從而實現(xiàn)軟件、硬件、信息資源的共享。大數(shù)據(jù)通信環(huán)境需要傳輸大量的通信信息，當(dāng)傳輸?shù)耐ㄐ判畔⒘扛哂谛诺缼挄r，通信網(wǎng)絡(luò)就會出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象[1]。擁塞是指數(shù)據(jù)包達(dá)到一定數(shù)量的時候，由于數(shù)據(jù)包的容量太大，無法及時地進(jìn)行數(shù)據(jù)包的處理，從而造成整個網(wǎng)絡(luò)的性能降低，嚴(yán)重的話，會造成網(wǎng)絡(luò)的通信中斷，即出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。

為了降低擁塞對通信任務(wù)產(chǎn)生的負(fù)面影響，以最快速度將通信程序恢復(fù)至正常狀態(tài)，相關(guān)學(xué)者對大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)做出了研究。文獻(xiàn)[2]提出基于WSNs的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)，以傳輸延遲和錯誤率作為約束條件，以網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率最大值為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建了多個優(yōu)先級帶寬的預(yù)測模型?；趲挼念A(yù)報，通訊網(wǎng)絡(luò)會對不同的優(yōu)先級的帶寬資源進(jìn)行分配。文獻(xiàn)[3]提出基于鏈路容量的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)，根據(jù)反饋調(diào)整擁塞的概念，采用 M/M/1緩沖排隊模式調(diào)整接收端的緩沖區(qū)排隊，調(diào)整傳輸端口的吞吐量，從而達(dá)到多通道的協(xié)同擁塞控制。文獻(xiàn)[4]提出基于貪婪隨機(jī)自適應(yīng)搜索的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)，引入了全局時間觸發(fā)機(jī)制，以端對端延時的最小值為目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用貪婪隨機(jī)自適應(yīng)搜索算法，在保證了時序控制的情況下，利用路由規(guī)劃和調(diào)度時刻表規(guī)劃減少了對終端對端的延時的流量約束。文獻(xiàn)[5]提出基于延遲感知優(yōu)先級接入分類的通信數(shù)據(jù)擁塞控制技術(shù)，其中具有較少剩余延遲預(yù)算的分組的大規(guī)模機(jī)器型通信設(shè)備在接入類別禁止中被賦予更高的優(yōu)先級。還提出了一種增強(qiáng)學(xué)習(xí)(RL)輔助框架，稱為DPAC-RL，用于延遲感知優(yōu)先級接入分類模型參數(shù)的在線學(xué)習(xí)。確保接入延遲在延遲預(yù)算內(nèi)。

根據(jù)有無反饋的情況，擁塞控制機(jī)制可以劃分為開環(huán)和閉環(huán)兩類。開環(huán)控制是一種以防止網(wǎng)絡(luò)陷入阻塞、保持高吞吐速率的主動防范機(jī)制。開環(huán)控制中的擁塞處理采用了預(yù)分配、定額控制、數(shù)據(jù)丟棄等靜態(tài)資源分配策略。閉環(huán)控制是一種被動的恢復(fù)機(jī)制，它采用了一種基于阻塞釋放/減輕的方法，在此基礎(chǔ)上，源端能夠根據(jù)數(shù)據(jù)包的損失判斷出擁塞，并采取相應(yīng)的控制措施，從而使網(wǎng)絡(luò)從阻塞狀態(tài)中恢復(fù)?，F(xiàn)有的擁塞控制技術(shù)主要以WSNs、鏈路容量以及貪婪隨機(jī)自適應(yīng)搜索作為技術(shù)支持，根據(jù)通信擁塞狀態(tài)下產(chǎn)生的帶寬時延現(xiàn)象，感知當(dāng)前的擁塞狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)感知結(jié)果制定相應(yīng)的擁塞控制方案，從而完成控制任務(wù)。由于上述方法未考慮網(wǎng)絡(luò)流量的波動性，存在控制效果不佳的問題，主要體現(xiàn)在擁塞程度緩解不明顯、通信速度慢、通信吞吐量低等方面，為此引入自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)算法。

自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)算法主要是根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的實際運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)傳輸信息的批量轉(zhuǎn)發(fā)，將自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)算法應(yīng)用到大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制過程中，以期能夠提升通信網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制效果。

1 大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)設(shè)計

優(yōu)化設(shè)計大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)的主要運(yùn)行原理是：根據(jù)通信帶寬時延數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前通信環(huán)境是否處于擁塞狀態(tài)，針對存在擁塞現(xiàn)象的通信環(huán)境，計算擁塞控制量，采用自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)對擁塞控制量進(jìn)行調(diào)度與分配，在帶寬調(diào)度協(xié)議的支持下，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制任務(wù)。

1.1 大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

從連接結(jié)構(gòu)上來看，大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)模型連接結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知，通信網(wǎng)絡(luò)包含發(fā)送端、接收端以及傳輸信道3個組成部分，在實際的通信過程中，通信信號從發(fā)射端發(fā)出經(jīng)過復(fù)雜的傳播環(huán)境傳送到移動接收端，需要經(jīng)歷多次反射、折射等多種傳播途徑，產(chǎn)生一系列不同幅度、延時、到達(dá)角的波形和直射信號，形成一個復(fù)合接收信號。在第i個大數(shù)據(jù)通信任務(wù)中，接收端實際接收到的通信信號可以表示為：

(1)

公式(1)中，P為通信信道的傳輸功率，βs為通信衰落，M為傳輸信道的數(shù)量，Zj和Zf分別為接收端和發(fā)送端的天線增益dj和df分別為接收端與發(fā)送端每個天線陣列之間的距離，，λ為載波波長，θj和θf分別表示的是通信信號的接收與發(fā)送角度，φ為相位。傳播環(huán)境對通信信號造成一定程度的干擾和失真，并引起接收信號的功率的變化，導(dǎo)致信號的衰落。大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)模型中的所有節(jié)點(diǎn)均可被當(dāng)做是發(fā)送端和接收端，通信信號的實時傳輸結(jié)果能夠自動存儲在接收終端。

1.2 大數(shù)據(jù)通信帶寬時延采集

帶寬是單位時間能通過鏈路的數(shù)據(jù)量，而帶寬時延指的是鏈路通信數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的延遲執(zhí)行時間，帶寬時延可以分為兩個部分，一個是通信任務(wù)執(zhí)行滯后，另一個是通信執(zhí)行速度降低，而通信帶寬時延是通信網(wǎng)絡(luò)擁塞的直接體現(xiàn)。帶寬時延的產(chǎn)生原理如圖2所示。

通過對帶寬時延數(shù)據(jù)的采集與分析，為通信網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀態(tài)檢測提供參考。圖3表示的是大數(shù)據(jù)通信帶寬時延參數(shù)的采集流程。

圖3 大數(shù)據(jù)通信帶寬時延采集流程圖

按照圖3表示流程采集到的通信帶寬時延參數(shù)采集結(jié)果可以表示為：

tbandwidth=(treceive-tsend)-T0

(2)

公式(2)中，變量tsend和treceive分別表示通信信號的發(fā)送時間和接收時間，T0為通信任務(wù)的理論執(zhí)行時間。利用公式(2)可以得出任意時刻通信信道的帶寬時延參數(shù)采集結(jié)果，對公式(2)中的參數(shù)進(jìn)行實時更新，即可得出大數(shù)據(jù)通信帶寬時延參數(shù)的實時采集結(jié)果。

1.3 大數(shù)據(jù)通信擁塞狀態(tài)感知

采用特征匹配的方式判定當(dāng)前大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀態(tài)，設(shè)置擁塞狀態(tài)下大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬時延標(biāo)準(zhǔn)特征為γstandard。以實時采集的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延數(shù)據(jù)為研究對象，帶寬時延特征的提取過程可以量化表示為：

(3)

公式(3)中，變量nt表示帶寬時延數(shù)據(jù)的采集數(shù)量，t和μ(t)分別對應(yīng)的是帶寬時延數(shù)據(jù)集合及其方差，E()為期望值求解函數(shù)，提取結(jié)果γage、γskewness和γpeak分別為大數(shù)據(jù)通信環(huán)境的平均帶寬時延、時延偏度和時延峰值[6]?？紤]通信帶寬時延特征的重要程度，對提取特征進(jìn)行融合處理，處理結(jié)果如下：

(4)

公式(4)中，ωi為帶寬時延特征的權(quán)重值。在此基礎(chǔ)上，對當(dāng)前大數(shù)據(jù)通信帶寬時延提取特征與設(shè)置的實驗特征進(jìn)行匹配，匹配結(jié)果如下：

(5)

將公式(4)的計算結(jié)果與設(shè)置的擁塞標(biāo)準(zhǔn)時延特征代入到公式(5)中，即可得出通信擁塞特征匹配系數(shù)的計算結(jié)果，若計算得出δ的值高于閾值δ0，則說明當(dāng)前大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)處于擁塞狀態(tài)，否則認(rèn)為通信網(wǎng)絡(luò)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，由此完成大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)的感知與識別[7]。

1.4 計算通信帶寬時延感知擁塞控制量

通信帶寬時延感知擁塞的控制量就是當(dāng)前信道環(huán)境中實際傳輸數(shù)據(jù)與信道帶寬之間的差值，根據(jù)對通信數(shù)據(jù)的實時感知，可以確定當(dāng)前信道的實際傳輸數(shù)據(jù)量，將其標(biāo)記為W(t)。在擁塞狀態(tài)下，通信信道帶寬的估算值為：

(6)

公式(6)中，變量li和li+1分別為第i和i+1次通信的傳輸信息長度，ti和ti+1為第i和i+1次通信的傳輸時間，nmessage為通信周期內(nèi)被確認(rèn)的通信報文數(shù)量，ΔRTT為RTT測量值與最小值的差值[8]。那么在擁塞狀態(tài)下，通信帶寬時延感知擁塞控制量的計算公式如下：

Δζ=W(t)-B

(7)

對公式(6)和公式(7)進(jìn)行聯(lián)立處理，即可得出通信帶寬時延感知擁塞控制量的計算結(jié)果[9]。由于通信環(huán)境處于動態(tài)運(yùn)行的狀態(tài)，因此在實際計算過程中需要對變量W(t)進(jìn)行更新，且擁塞控制程序以擁塞狀態(tài)作為啟動條件，因此變量W(t)的值始終大于信道帶寬，因此計算得出的擁塞控制量始終為正值。

1.5 利用自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)調(diào)度并分配通信帶寬

大數(shù)據(jù)通信擁塞控制量的自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)包含兩個階段，第一階段為信息傳遞，第二階段為轉(zhuǎn)發(fā)控制。在傳輸時，把大量信息拷貝到網(wǎng)絡(luò)上。在轉(zhuǎn)發(fā)控制過程中，通過分析各節(jié)點(diǎn)的能力，可以對各節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)過程進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而實現(xiàn)對各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)整的自適應(yīng)控制[10]。

通過對節(jié)點(diǎn)能力狀態(tài)的不同，對效用值的閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對不同節(jié)點(diǎn)能力狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)發(fā)條件進(jìn)行自適應(yīng)控制，因此在執(zhí)行自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)之前，首先要衡量通訊網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)容量。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能級狀態(tài)來說明該節(jié)點(diǎn)向該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)傳送消息的能力，并根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的移動特性和其狀態(tài)，采用該節(jié)點(diǎn)的剩余能量比和連接變化率來表達(dá)該節(jié)點(diǎn)的能力狀態(tài)，并將其特征值表達(dá)如下：

(8)

公式(8)中，Qcur和Qtotal分別為當(dāng)前能量和總能量，M(t)為節(jié)點(diǎn)i在t時段內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)集合[11]。根據(jù)公式(8)得出的節(jié)點(diǎn)能力狀況的度量結(jié)果，以此控制不同節(jié)點(diǎn)能力狀況節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)發(fā)條件。通信數(shù)據(jù)的自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)過程如圖4所示。

圖4 擁塞通信數(shù)據(jù)自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)流程圖

當(dāng)A節(jié)點(diǎn)攜帶報文m的YA個副本與節(jié)點(diǎn)B相遇，產(chǎn)生一個交換概要向量，包含報文包的信息以及節(jié)點(diǎn)本身的信息，例如剩余能量、鄰居變化率等[12]。如果B為報文m的目的節(jié)點(diǎn)，A向B發(fā)送報文m拷貝，放棄剩余的數(shù)據(jù)拷貝，本次傳輸結(jié)束；如果B不是報文m的靶點(diǎn)，那么根據(jù)TP-ASW機(jī)制，A對B節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計算，并判定B節(jié)點(diǎn)的功率是否比A節(jié)點(diǎn)功率和AB通道的總和高，如果滿足，則可以由節(jié)點(diǎn)A來計算向B傳送的報文分組數(shù)目可以表示為：

Yforward=PB×YA

(9)

公式(9)中，PB為節(jié)點(diǎn)B的功率。那么節(jié)點(diǎn)A原始報文數(shù)量與Yforward的差值即為節(jié)點(diǎn)A自身保留的報文數(shù)量，將保留報文數(shù)與計算的擁塞控制量進(jìn)行比對，若保留報文數(shù)不高于擁塞控制量，需要重復(fù)上述流程重復(fù)執(zhí)行自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)程序，直至節(jié)點(diǎn)A中剩余擁塞數(shù)據(jù)量為0為至[13]。按照上述方式，對處于擁塞狀態(tài)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行分配調(diào)度，調(diào)度量與擁塞控制量相等。

1.6 實現(xiàn)大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制

為支持大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制程序的正常運(yùn)行，設(shè)置差分流傳輸控制協(xié)議作為支持，差分流傳輸控制協(xié)議使用了主動排隊管理機(jī)制，通過顯式的擁塞通知機(jī)制來實現(xiàn)對TCP流的分級[14]。在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，采用了更大規(guī)模的擁塞退避法，降低了其他TCP數(shù)據(jù)流的傳輸性能。該方法通過對TCP流的不同傳輸要求進(jìn)行區(qū)別，在大流量的情況下，可以更好地調(diào)整其擁塞窗口，以降低數(shù)據(jù)流的發(fā)送速度，并降低數(shù)據(jù)流的高延遲[15]。該協(xié)議包括流分類機(jī)制、擁塞信息傳遞機(jī)制、擁塞后退機(jī)制三大模塊。圖5為差分流傳輸控制協(xié)議的工作原理。

圖5 通信帶寬時延感知擁塞控制協(xié)議工作原理圖

在ACK報文到達(dá)發(fā)送者的時候，差分轉(zhuǎn)移控制協(xié)議會對在ECN機(jī)制下的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)隊列長度超出門限的情況下，對ACK分組進(jìn)行計數(shù)。在傳輸端保持一個參數(shù)，以評估被標(biāo)記的分組在多大程度上的擁塞，而α則根據(jù)前一窗口中被標(biāo)記的ACK分組的比率來進(jìn)行更新。參數(shù)α的改變和改變的程度表示了網(wǎng)絡(luò)中的擁塞和阻塞的嚴(yán)重程度[16]。在沒有擁塞的情況下，利用信道時延感知擁塞控制協(xié)議，增加TCP擁塞窗口。在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，根據(jù)流分類判斷機(jī)制，TCP流會改變擁塞窗口。流分類判斷機(jī)制是根據(jù)諸如Socket緩存、流持續(xù)時間和累計發(fā)送的數(shù)據(jù)量來對TCP流進(jìn)行分類，參數(shù)α和ζ的更新過程如下：

(10)

公式(10)中，κsmooth為加權(quán)平滑系數(shù)，σ為上一個擁塞窗口數(shù)據(jù)中被標(biāo)記數(shù)據(jù)包的比例系數(shù)，W和Wserver分別為接收端服務(wù)器鏈路和服務(wù)器當(dāng)前并存的大流數(shù)量[17]。計算得出的參數(shù)ζ是指大流與接收端鏈路之間的復(fù)用度，而在參數(shù)α和參數(shù)ζ的影響下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞程度和流對接收端鏈路的可重用度來進(jìn)行流量調(diào)整[18]。在通信帶寬時延感知擁塞控制協(xié)議的支持下，以通信帶寬時延感知擁塞控制量的計算結(jié)果為處理目標(biāo)，利用自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，通過慢啟動和擁塞避免兩個步驟，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知的擁塞控制任務(wù)。

2 擁塞控制效果測試實驗分析

以測試優(yōu)化設(shè)計的基于自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)(本文方法)的擁塞控制效果為目的，以對比實驗的形式設(shè)計測試實驗。實驗設(shè)置的對比控制技術(shù)包括：基于WSNs的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)(文獻(xiàn)[2]方法)、基于鏈路容量的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)(文獻(xiàn)[3]方法)以及基于貪婪隨機(jī)自適應(yīng)搜索的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)(文獻(xiàn)[4]方法)，為保證實驗變量的唯一性，實驗中運(yùn)行的測試擁塞控制技術(shù)與對比擁塞控制技術(shù)均處于相同的實驗環(huán)境，且處理的通信對象一致。

2.1 大數(shù)據(jù)通信環(huán)境搭建

此次實驗選擇某移動通信環(huán)境作為研究背景，該通信網(wǎng)絡(luò)由23個節(jié)點(diǎn)組成，其中移動通信節(jié)點(diǎn)16個，路由節(jié)點(diǎn)7個。大數(shù)據(jù)通信環(huán)境的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 大數(shù)據(jù)通信環(huán)境拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖6中路由節(jié)點(diǎn)均為固定節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)為移動節(jié)點(diǎn)，通信環(huán)境中的移動節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)、任意兩個移動節(jié)點(diǎn)之間能夠形成通信鏈路，在初始狀態(tài)下所有通信鏈路的帶寬均為80 Mbit/s，鏈路占用空間為0 Mbit/s。圖5中移動通信節(jié)點(diǎn)的通信半徑為5 m，移動速度為3 m/s。信道采用TwoRayGround的傳輸模式，IEEE802.11DCF是MAC層，最小競爭窗是31，最大競爭窗是1 023；隊列管理方式采用尾部丟棄策略。設(shè)定邏輯鏈路的層次，分別設(shè)置了邏輯鏈路控制層及鏈路帶寬[19]。物理層設(shè)定為914 MHz，DSSS模式，其他設(shè)定為NS-2[20]。在開始實驗之前，對大數(shù)據(jù)通信環(huán)境中的所有節(jié)點(diǎn)和鏈路進(jìn)行調(diào)試處理，調(diào)試過程為：編寫通信程序，確定通信任務(wù)的發(fā)送端、接收端與傳輸信道，將通信程序添加到搭建的大數(shù)據(jù)通信環(huán)境中，記錄通信數(shù)據(jù)，判斷通信數(shù)據(jù)是否能夠被接收端成功接收，在確定通信環(huán)境中所有節(jié)點(diǎn)均處于正常通信狀態(tài)的情況下，執(zhí)行實驗的下一步操作。

2.2 通信數(shù)據(jù)樣本設(shè)置

收集多個移動通信用戶近6個月的通信數(shù)據(jù)作為通信數(shù)據(jù)樣本，按照公式(11)表示方式，對初始收集的通信數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行歸一化處理。

(11)

公式(11)中，Xcom為初始采集的通信數(shù)據(jù)集合。通過公式(11)的處理，保證不會因通信數(shù)據(jù)格式給實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。通過樣本統(tǒng)計，實驗準(zhǔn)備的通信數(shù)據(jù)樣本量共19 800 MB。

2.3 通信帶寬時延感知擁塞狀態(tài)設(shè)定

通過設(shè)置通信環(huán)境中各個信道的數(shù)據(jù)傳輸量，實現(xiàn)對通信帶寬時延感知擁塞狀態(tài)的設(shè)定，并記錄各信道鏈路時延。通信帶寬時延感知擁塞狀態(tài)的設(shè)定情況如表1所示。

表1 通信帶寬時延感知擁塞狀態(tài)設(shè)置表

表1中擁塞等級I表示擁塞程度最嚴(yán)重，在實驗組別的切換過程中，需要將通信節(jié)點(diǎn)和通信信道恢復(fù)至初始狀態(tài)，最大程度的降低實驗組別之間產(chǎn)生的通信影響。

2.4 擁塞控制效果測試實驗過程

在布設(shè)的擁塞狀態(tài)的通信環(huán)境下，利用編程工具對優(yōu)化設(shè)計的基于自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)和對比的擁塞控制技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，通過數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)感知、帶寬分配調(diào)度等步驟，實現(xiàn)對通信環(huán)境的擁塞控制。其中優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的執(zhí)行結(jié)果，如圖7所示。

圖7 大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制運(yùn)行界面

按照上述方式可以得出對比控制技術(shù)得出的輸出結(jié)果。在擁塞控制技術(shù)執(zhí)行后統(tǒng)計通信環(huán)境24小時內(nèi)的通信數(shù)據(jù)，以此作為判斷4種技術(shù)擁塞控制效果的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.5 擁塞控制效果量化測試指標(biāo)

此次實驗主要通過通信性能來反映技術(shù)的擁塞控制效果，設(shè)置吞吐量、帶寬時延和誤碼率作為通信性能的量化測試指標(biāo)，其中吞吐量和帶寬時延指標(biāo)的數(shù)值結(jié)果為：

(12)

公式(12)中，NConcurrency表示的是通信網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)數(shù)，tresponse為通信任務(wù)的響應(yīng)時間，tsend和treceive對應(yīng)的是通信數(shù)據(jù)的發(fā)送時間和接收時間。另外誤碼率指標(biāo)的計算公式如下：

(13)

公式(13)中，變量Nsuc和Nsend分別表示通信網(wǎng)絡(luò)中接收正確的數(shù)據(jù)量和發(fā)送的通信數(shù)據(jù)總量。最終計算得出指標(biāo)?越大、Δt和ηerr越小證明對應(yīng)大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)的擁塞控制效果越優(yōu)。

2.6 擁塞控制效果測試結(jié)果與分析

在大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)的運(yùn)行過程中，實時統(tǒng)計通信網(wǎng)絡(luò)的實時運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)公式(12)的獲得吞吐量和帶寬時延的測試結(jié)果，如圖8所示。

圖8 擁塞控制技術(shù)下通信吞吐量與帶寬時延的測試結(jié)果

從圖8中可以直觀看出，與傳統(tǒng)擁塞控制技術(shù)相比，本文方法通信環(huán)境的吞吐量得到明顯上升，同時帶寬時延得到有效控制。通過數(shù)據(jù)讀取與計算，可以得出文獻(xiàn)[2]方法、文獻(xiàn)[3]方法、文獻(xiàn)[4]方法的通信吞吐量的平均值分別為100.3 Mbps、104.5 Mbps以及105.2 Mbps，而本文方法的實際通信吞吐量平均值為163.5 Mbps。從帶寬時延方面來看，文獻(xiàn)[2]方法、文獻(xiàn)[3]方法、文獻(xiàn)[4]方法的平均值分別為225.7 ms、225.2 ms和148.9 ms，而本文方法的平均帶寬時延為50.6 ms，由此可見，本文方法的通信環(huán)境具有更高的通信性能。在通信接收端捕獲接收數(shù)據(jù)，通過與發(fā)送數(shù)據(jù)的比對，得出反映通信環(huán)境誤碼率的測試結(jié)果，如表2所示。

表2 通信誤碼率測試數(shù)據(jù)表

將表2數(shù)據(jù)代入到公式(13)中，計算得出文獻(xiàn)[2]方法、文獻(xiàn)[3]方法、文獻(xiàn)[4]方法的平均通信誤碼率分別為0.058%、0.041和0.025%，而本文方法的通信環(huán)境的實際誤碼率為0.004%。本文方法的通信誤碼率最小，表明擁塞控制效果較好。

3 結(jié)束語

擁塞是通信網(wǎng)絡(luò)常見的故障類型，傳輸數(shù)據(jù)過多、通信程序運(yùn)行中斷都可能導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象。以保證通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性為目的，提出基于自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)的大數(shù)據(jù)通信帶寬時延感知擁塞控制技術(shù)。從實驗結(jié)果中可以看出，優(yōu)化設(shè)計擁塞控制技術(shù)能夠?qū)⑼ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能控制在更高水平上，優(yōu)化設(shè)計擁塞控制技術(shù)應(yīng)用下通信吞吐量較大，通信時延及通信誤碼率較小，由此證明優(yōu)化設(shè)計技術(shù)具有良好的擁塞控制效果，應(yīng)用該技術(shù)可以提升網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。