PROGRAMMA PRIN 2022 - B安道 PRIN2022 D.D. N.104 DEL 2 二月 2022

项目标题： LOREN - 面向互联网实时应用的低时延拥塞控制

CODICE CUP D53D23000960006

预算： € 135.200

项目负责人或单位负责人： Saverio Mascolo 教授，工程师

其他研究单位或可能的子单位： 罗马第一大学

项目简要说明

分组网络中的拥塞控制历来旨在避免过载，同时确保网络的高利用率，这一目标通过 TCP 中的拥塞控制得以实现。 

如今，视频会议、虚拟现实、甚至通过 LEO 卫星进行的远程控制等实时应用日益普及，也要求对时延进行控制。在此背景下，该项目旨在开发一种能够同时控制拥塞和传输时延的算法。

所提出的方法基于控制理论，旨在设计具有可形式化证明的稳定性与效率特性的解决方案。该算法既适用于有线网络，也适用于具有高度变化性和间歇性连接的 5G 场景，在这些场景中，传统 TCP 协议的效果较差。尽管遵循端到端原则，方案还考虑了 SDN、跨层优化以及带内遥测等高级网络功能。  

目的

本项目的目标是借助控制理论开发一种新的低时延协议，以克服传统 TCP 的局限性。项目还旨在将控制机制集成到网络协议栈的不同层级，从传输层一直到应用层，解决分布式系统中的同步、资源动态适配以及车联网通信中的拥塞控制等问题。

预期成果

预期成果包括建立一个严格的理论框架，用于对实时流量的拥塞与时延控制系统进行建模和分析。先进的仿真以及在真实网络上的测试，包括生产网络和 5G 测试床，应当在拥塞、信道利用率和时延方面展示更优性能。

从应用角度看，本项目旨在显著提升对时间敏感型应用的通信质量与可靠性，并带来重要的科学、技术和社会经济影响。

已取得的成果  

已设计并实现 QUIC-DC（QUIC delay control）算法，该算法能够利用单向时延的变化提前预测拥塞事件，从而控制排队时延。实验评估在受控环境和真实环境中进行（包括 LEO 卫星网络），结果表明其在保持效率和公平性的同时，显著降低了时延和丢包。

在流媒体领域也取得了重要成果：一种基于共识和事件触发控制的分布式播放同步策略，具有较低的通信开销；以及一种基于模型预测控制的低复杂度自适应码率算法，提升了用户体验质量（Quality of Experience）。在 5G NR-V2X 场景中，已开发出面向信息新鲜度（Age of Information）的拥塞控制模型和算法，从而提高了数据的新鲜性与可靠性。