3 )本 文 受 863 课 题 (2005AA712025)资 助 ;受 四 川 省 应 用 基 础 研 究 基 金 基 于 多 传 感 器 数 据 融 合 的 高 可 靠 性 入 侵 检 测 技 术 研 究 (2006J132070)支 持 。计 算 机 科 学 2007Vol134 14一 种 基 于 模 糊 神 经 网 络 的 可 靠 流 量 控 制 模 型 3 )张 民 罗 光 春(电 子 科 技 大 学 信 息 中 心 成 都 610054)摘 要 为 控 制 P2P 流 量 ,本 文 从 数 据 缓 冲 区 使 用 的 实 时 状 态 出 发 ,提 出 了 一 种 基 于 模 糊 神 经 网 络 的 拥 塞 控 制 模 型 ,该 模 型 把 缓 冲 区 划 分 为 两 个 队 列 分 别 存 放 P2P 和 非 P2P 的 数 据 包 ,通 过 模 糊 神 经 网 络 预 测 评 估 缓 冲 区 队 列 的 拥 塞 状况 ,并 建 立 一 个 评 估 函 数 对 各 队 列 的 空 间 分 配 作 出 指 导 ,使 得 能 够 控 制 各 队 列 的 拥 塞 状 况 ,并 动 态 的 调 整 缓 冲 区 队 列的 分 配 ,在 缓 冲 区 溢 出 前 主 动 丢 包 ,避 免 缓 冲 区 锁 定 。 模 拟 实 验 的 结 果 表 明 ,该 模 型 在 保 证 网 络 资 源 分 配 的 公 平 性 方面 取 得 了 较 好 的 效 果 ,它 降 低 了 数 据 包 排 队 延 时 和 丢 包 率 ,提 高 了 路 由 器 处 理 网 络 拥 塞 的 能 力 。关 键 词 P2P ,拥 塞 控 制 ,模 糊 神 经 网 络A Reliable New Traff ic Control Model Based on Fuzzy Neural Net workZHAN G Min SH E Chun2Dong( Information Center of University of Electronic Science and Technology of China (uestc) , Chengdu 610054)Abstract In this paper , we present a kind of congestion control model which based on fuzzy neural network ( FNN)from the practical status of data buffer , for the sake of controlling P2P traffic. This model divides data buffer into twoqueues which store P2P data packets and non2P2P data packets respectively. It forcasts and evaluates conditions of buff2er queues through FNN as well as guides space allocation of each queue through constructing a evaluation function.Thus ,this model is able to control congestion condition of each queue and resize allocation of queues in the buffer auto2matically , then it can avoid lock2out of the buffer by actively dropping packets before the buffer is overflow. Resultsfrom simulation experiments show that this model has gained better effect in ensuring network resource allocation equi2table , it can also decreases the delay of packet queuing and the dropping ratio. Thus ,it improves the ability of routers indealing with network congestion.Keywords P2P , Congestion control , Fuzzy Neural Network ( FNN)1 引 言近 几 年 来 P2P ( Peer2To2Peer ,对 等 计 算 或 对 等 网 络 )作 为一 项 全 新 的 Internet 技 术 飞 速 发 展 。 不 断 涌 现 出 新 型 的 P2P协 议 及 应 用 软 件 。 有 关 调 查 表 明 P2P 业 务 已 悄 然 占 据 了 互联 网 业 务 总 量 的 60 %至 80 % , 且 P2P 流 量 相 对 于 其 它 流 量具 有 流 量 大 ,持 续 时 间 长 的 特 点 ,造 成 了 网 络 带 宽 的 巨 大 消耗 ,甚 至 引 起 网 络 拥 塞 ,降 低 其 它 业 务 的 性 能 。对 于 P2P 流 量 的 管 理 ,在 正 确 识 别 P2P 流 量 的 基 础 上 ,以 往 的 控 制 方 法 往 往 只 是 简 单 的 采 用 封 禁 或 设 置 带 宽 门 限 的管 理 模 型 。 虽 然 这 些 模 型 能 够 达 到 管 制 P2P 流 量 的 目 的 ,但依 然 存 在 局 限 性 :首 先 ,在 数 据 包 的 丢 弃 模 型 上 ,常 见 的 尾 部 丢 弃 算 法 尽 管简 单 ,但 由 于 在 同 一 队 列 里 对 P2P 和 非 P2P 业 务 都 以 同 样 的方 式 进 行 转 发 和 丢 包 ,使 得 在 处 理 拥 塞 时 同 时 也 降 低 了 非 拥塞 的 业 务 的 服 务 质 量 ,其 性 能 不 能 令 人 满 意 。 随 机 提 前 检 测RED 算 法 2 ,3 ,对 参 数 的 依 赖 性 非 常 强 ,当 参 数 配 置 不 合 理 的时 候 性 能 甚 至 不 如 队 尾 丢 弃 。其 次 ,以 往 的 方 法 对 于 P2P 流 量 的 管 制 模 型 往 往 只 是 考虑 如 何 对 其 进 行 限 制 ,没 有 注 意 到 当 网 络 资 源 充 足 时 ,应 放 开限 制 ,提 高 网 络 利 用 率 。 因 此 ,这 样 的 模 型 不 能 适 应 不 断 变 化的 网 络 环 境 ,难 以 满 足 高 速 网 络 的 实 时 需 求 ,导 致 网 络 性 能 的严 重 下 降 。模 糊 神 经 网 络 把 神 经 网 络 的 低 水 平 学 习 和 并 行 计 算 能 力与 模 糊 逻 辑 系 统 的 高 水 平 学 习 和 推 理 能 力 结 合 起 来 4 。 通 过将 神 经 网 络 与 模 糊 逻 辑 系 统 相 结 合 ,不 仅 保 持 着 神 经 网 络 的学 习 的 能 力 ,同 时 拥 有 模 糊 系 统 知 识 表 达 及 推 理 能 力 ,从 而 使模 糊 神 经 网 络 ( FNN)在 预 测 中 表 现 出 强 有 力 的 生 命 力 5 15 。本 文 中 我 们 提 出 了 一 种 面 向 P2P 流 量 的 基 于 模 糊 神 经网 络 进 行 网 络 状 况 预 测 评 估 的 拥 塞 控 制 模 型 ( P2P2FNNC) 。该 模 型 采 取 分 而 治 之 的 方 式 ,将 P2P 流 与 非 P2P 流 划 分 到 不同 的 缓 冲 队 列 中 ,并 启 用 缓 冲 区 动 态 分 配 算 法 对 缓 冲 区 的 分配 进 行 优 化 配 置 。 我 们 通 过 采 用 该 模 型 对 流 量 的 控 制 ,降 低路 由 器 的 丢 包 率 ,保 持 较 小 的 平 均 队 列 长 度 ,较 低 的 服 务 延迟 ,提 高 对 网 络 的 利 用 率 。2 基 于 FNN的 P2P流 量 控 制 模 型 ( P2P2FNNC)针 对 P2P 流 量 的 特 征 对 P2P 流 量 进 行 管 制 ,不 但 需 要 考虑 到 P2P 应 用 造 成 的 网 络 阻 塞 ,同 时 亦 需 考 虑 到 P2P 应 用 对网 络 资 源 的 需 求 。 在 本 节 的 内 容 中 将 围 绕 着 这 两 条 逐 步 建 立我 们 的 P2P 流 量 控 制 模 型 。2. 1 P2P2FNNC的 局 部 流 量 控 制当 前 的 网 络 中 ,P2P 流 量 所 占 的 比 重 越 来 越 大 。 所 以 如果 不 加 以 区 分 ,对 P2P 数 据 包 与 非 P2P 数 据 包 都 一 视 同 仁 ,24放 在 一 个 缓 冲 区 内 统 一 进 行 流 量 控 制 ,那 么 当 发 生 网 络 阻 塞时 ,非 P2P 业 务 有 可 能 比 P2P 业 务 更 易 被 阻 塞 ,使 得 正 常 的网 络 通 信 无 法 进 行 。定 义 1 设 s 为 网 络 路 由 器 中 的 缓 冲 区 ,其 大 小 为 L en(s) ,该 缓 冲 区 被 分 为 两 个 子 队 列 ,记 为 S P2 P 和 S N P2 P ,分 别 表 示 P2P 与 非 P2P 业 务 所 占 用 的 缓 冲 区 队 列 ,其 长 度 为L en( S P2 P) , L en( S N P2 P) ,L en( S P2 P) + L en( S N P2 P) = L en( S) 。head p2p , head np2p 分 别 为 两 队 列 头 指 针 ,tail P2P ,tail np2p 为 子 队 列 尾 指 针定 义 2 Y ( t) = y1 ( t) , y2 ( t) 定 义 为 队 列 的 实 际 使 用 状况 向 量 ,其 中 y1 ( t) , y2 ( t) 为 分 别 表 示 子 队 列 S P2 P 和 S N P2 P的 实 时 占 用 率 , yi ( t) 0 ,1 。我 们 将 到 达 路 由 器 的 数 据 包 将 其 分 类 放 入 不 同 的 子 队 列中 ,并 把 子 队 列 的 实 时 状 态 划 分 为 低 负 荷 、 正 常 、 高 负 荷 3 个阶 段 。 由 于 各 个 阶 段 的 描 述 本 身 就 是 一 个 模 糊 性 的 概 念 ,因此 ,根 据 Zadeh 对 模 糊 子 集 的 定 义 ,我 们 将 缓 冲 区 子 队 列 的 占有 率 yi ( t) 经 论 域 范 化 后 映 射 到 三 个 模 糊 子 集 低 负 荷 ,正 常 ,高 负 荷 或 L , N , H 。 根 据 文 1 中 的 模 糊 统 计 方 法 ,确 定 出队 列 缓 冲 区 占 用 率 的 隶 属 函 数 为 钟 型 隶 属 函 数假 设 在 t 时 刻 ,已 知 某 一 子 队 列 i 的 缓 冲 区 使 用 率 为 y i( t) ,则 可 以 推 导 出 t + 1 时 刻 的 yi ( t + 1) 的 大 小 ,若 yi ( t + 1) H ,则 网 络 将 发 生 阻 塞 ,此 时 就 不 能 将 该 数 据 放 入 队 列 中 。因 此 预 测 yi ( t + 1) 对 于 子 队 列 的 避