專利名稱：一種應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議發(fā)展和擁塞控制技術(shù)。
技術(shù)背景目前，在互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制大多采用基于窗口的擁塞控制技術(shù)，如應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議TCP (Transmission Control Protocol傳輸控制協(xié)議)及其若干變種如scalable TCP (可擴(kuò)展TCP), High Speed TCP (高速TCP)等。這種控制方式使用擁塞窗口來調(diào)節(jié)端 節(jié)點(diǎn)發(fā)送的流量，根據(jù)丟包率來調(diào)整擁塞窗口的大小。該方式的特性在 于將包的中間傳輸過程看成是一個(gè)"黑箱"，主要利用端信息來進(jìn)行擁塞 控制。該種擁塞控制機(jī)制曾對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行和擁塞避免起過很大的 作用。但隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和新網(wǎng)絡(luò)特性的出現(xiàn)，這種擁塞控制方 法出現(xiàn)了一些問題。 一個(gè)比較重要的方面是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 增加時(shí)，類TCP協(xié)議的公平性會(huì)變差，路徑比較長或延時(shí)比較大的TCP 流會(huì)受到短時(shí)TCP流的擠壓而無法平等地競(jìng)爭(zhēng)網(wǎng)絡(luò)帶寬；另一個(gè)重要的 方面在于隨著無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展，將數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)的中間傳遞過 程看做"黑箱"的方式將會(huì)降低端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送效率。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的類 TCP算法中，端節(jié)點(diǎn)無法有效地區(qū)分無線鏈路丟包和擁塞丟包，從而引 發(fā)不必要的擁塞操作。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)端節(jié)點(diǎn)無法有效地區(qū)分無線鏈路丟包和擁塞丟包，從而引 發(fā)不必要的擁塞操作，為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明基于流的擁塞 控制方法，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流比基于窗口的數(shù)據(jù)流有更好的平穩(wěn)性，為此， 本發(fā)明提供一種平滑的具有全局公平性的、應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控
制系統(tǒng)及方法。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的一方面，提供一種平滑的具有全 局公平性的、應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)，包括發(fā)送流控裝置，該裝置處理來自于接收應(yīng)答裝置轉(zhuǎn)發(fā)來的網(wǎng)絡(luò)擁塞 反饋信息，統(tǒng)計(jì)并估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況確定發(fā)送數(shù) 據(jù)包的發(fā)送速率，并通過定時(shí)單元產(chǎn)生平滑數(shù)據(jù)流；與發(fā)送流控裝置連接的中間路由擁塞反饋裝置，用于統(tǒng)計(jì)各個(gè)發(fā)送 流控裝置數(shù)據(jù)包發(fā)送速率的總平均速率、得到量化的網(wǎng)絡(luò)擁塞程度，根 據(jù)擁塞程度計(jì)算反饋量、再由反饋量給出標(biāo)記概率、標(biāo)記包，并轉(zhuǎn)發(fā)；與中間路由擁塞反饋裝置連接的路由緩存裝置，用于接收發(fā)送流控 裝置發(fā)來的數(shù)據(jù)包，按照FIFO先入先出的順序緩存在自身的存儲(chǔ)器中， 這些數(shù)據(jù)包將接收中間路由擁塞反饋裝置的標(biāo)記，并提供給中間路由擁塞反饋裝置轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中；與路由緩存裝置連接的接收應(yīng)答裝置，用于接收在路由緩存裝置中標(biāo)記過的標(biāo)記包，并將此標(biāo)記包中的標(biāo)記以應(yīng)答包ACK的形式傳回給 發(fā)送流控裝置，以提供給發(fā)送流控裝置作為調(diào)節(jié)發(fā)送速率的依據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的另一方面，提供一種平滑的具有全局公平性的、應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，包括如下步驟中間路由的反饋策略和發(fā)送端的發(fā)送速率調(diào)節(jié)策略，中間路由根據(jù)輸入速率計(jì)算反饋量，將反饋量轉(zhuǎn)化為標(biāo)記概率，標(biāo)記所經(jīng)過的數(shù)據(jù)包，該標(biāo)記由接收端通過應(yīng)答包轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)送端，發(fā)送端再根據(jù)反饋量調(diào)節(jié)發(fā)送速率大小，通過定時(shí)器觸發(fā)平滑數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流穩(wěn)定后，發(fā)送端的發(fā)送速率矢量將會(huì)最大化所引入的公平性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流之間的全局公平性。該方法在網(wǎng)絡(luò)中由發(fā)送端，中間路由和接收端的傳輸層協(xié)議以及下層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通訊硬件實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明描述了一種區(qū)別于窗口控制的流量控制方法，這種方法通過對(duì)端接點(diǎn)和中間路由的傳輸協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，能夠在互聯(lián)網(wǎng)上提供平滑且具有全局公平性的數(shù)據(jù)流。通過引入最優(yōu)函數(shù)和構(gòu)造尋優(yōu)方向，該擁塞控制策略可實(shí)現(xiàn)全局公平性，且該全局公平性的實(shí)現(xiàn)具有漸進(jìn)穩(wěn)定性；基于流的控制策略可以得到更平穩(wěn)的數(shù)據(jù)流；采 用包標(biāo)記方式進(jìn)行反饋，網(wǎng)絡(luò)開銷小，并可以在已有的TCP/IP包頭格式 下實(shí)現(xiàn)該擁塞控制方法，有一定的兼容性。


圖l是本發(fā)明應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明中中間路由擁塞反饋裝置主要組成框圖。 圖3是本發(fā)明中發(fā)送流控裝置主要組成框圖。 圖4本發(fā)明中間路由的標(biāo)記反饋流程圖。 圖5是本發(fā)明接收端的反饋流程圖。 圖6是本發(fā)明發(fā)送端的速率調(diào)節(jié)流程圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說明，應(yīng)指出的是，所描述的實(shí) 施例僅旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。為了提高互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的公平性并讓網(wǎng)絡(luò)端節(jié)點(diǎn)了解網(wǎng)絡(luò)的狀 態(tài)，本發(fā)明的思路是讓中間路由通過統(tǒng)計(jì)流量得到網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀態(tài)并顯 式地反饋給端節(jié)點(diǎn)；同時(shí)，使端節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋信息合理地調(diào)節(jié)自身的數(shù) 據(jù)發(fā)送量。路由反饋信息和端節(jié)點(diǎn)速率調(diào)節(jié)一方面須避免網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁 塞，另一方面須在諸數(shù)據(jù)流中實(shí)現(xiàn)公平性。因此本發(fā)明分為兩個(gè)部分 中間路由對(duì)端節(jié)點(diǎn)的反饋策略；端節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋信息對(duì)發(fā)送速率的調(diào)節(jié) 策略。為得到能夠?qū)崿F(xiàn)全局公平性的路由反饋策略和發(fā)送速率調(diào)節(jié)策略， 本發(fā)明引入了一個(gè)衡量公平性大小的最優(yōu)指標(biāo)尸(v)，其中v是各個(gè)端節(jié)點(diǎn) 的發(fā)送速率矢量。使此指標(biāo)最大的發(fā)送速率矢量滿足全局公平性指標(biāo)。 該指標(biāo)的優(yōu)化須以網(wǎng)絡(luò)帶寬作為約束條件，因此全局公平性的實(shí)現(xiàn)可轉(zhuǎn) 化為求解約束最優(yōu)問題。max F(v)其中C為網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬矢量，i 為路由矩陣，其定義為 <formula>formula see original document page 9</formula>V為各個(gè)發(fā)送端的發(fā)送速率矢量。在本發(fā)明中使用對(duì)數(shù)函數(shù)的累加項(xiàng)F(v)-l;iogoo作為最優(yōu)指標(biāo)，iv為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。該最優(yōu)指標(biāo)對(duì)應(yīng)全 局比例必％性。為優(yōu)化該指標(biāo)，首先構(gòu)造該最優(yōu)問題的Lagrange函數(shù) "v,p)=F(v) —y(化—c)，其中p為Lagrange因子。再使用類似牛頓法的 尋優(yōu)策略得到尋優(yōu)方向。在本發(fā)明中，使用的尋優(yōu)方向?yàn)?<formula>formula see original document page 9</formula>其中A決定了端節(jié)點(diǎn)的調(diào)節(jié)策略，》決定了路由的反饋策略。在反 饋策略中，反饋量可能為負(fù)，這樣可以提高反饋策略和調(diào)節(jié)策略的收斂 速度。為了能將反饋量p以最小的網(wǎng)絡(luò)開銷傳給端節(jié)點(diǎn)，我們將反饋量<formula>formula see original document page 9</formula>轉(zhuǎn)化為包標(biāo)記概率。根據(jù)該概率標(biāo)記傳輸數(shù)據(jù)包的IP (Internet Protocol 網(wǎng)際協(xié)議)報(bào)頭的ECN (Explicit Congestion Notification顯式擁塞提醒) 域。在接收端將此標(biāo)記以應(yīng)答包ACK (Acknowledgement確認(rèn))的形式 傳回給發(fā)送端。發(fā)送端節(jié)點(diǎn)再根據(jù)收到的包的標(biāo)記計(jì)算反饋量，以此作 為調(diào)節(jié)發(fā)送速率的依據(jù)。綜上所述，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)時(shí)，發(fā) 送端一開始以比較小的發(fā)送速率向接收端發(fā)包。中間路由統(tǒng)計(jì)本地輸入 速率，根據(jù)本地輸入速率和輸出帶寬計(jì)算反饋量，再將反饋量轉(zhuǎn)化為標(biāo) 記概率，其中正的反饋信息和負(fù)反饋信息分別處理。計(jì)算完標(biāo)記概率后 依此概率標(biāo)記IP報(bào)頭ECN域的0位或1位。正反饋信息標(biāo)記0位，負(fù)的反饋信息標(biāo)記H立。接收端收到數(shù)據(jù)包后，將接收到數(shù)據(jù)包的ECN域復(fù)制 到ACK包中去，再發(fā)回給發(fā)送端。發(fā)送端分別統(tǒng)計(jì)ACK包ECN域的O位
和l位并分別計(jì)算其標(biāo)記概率。若標(biāo)記ECN域1位的概率不為0則忽略標(biāo) 記0位的概率。再由概率計(jì)算反饋量，最后得到發(fā)送速率的調(diào)節(jié)量。如圖l本發(fā)明應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)的工作過程示意圖 所示，包括發(fā)送流控裝置l、發(fā)送的數(shù)據(jù)包2、中間路由擁塞反饋裝置 3、路由緩存裝置4、已標(biāo)記的包5、接收應(yīng)答裝置6、應(yīng)答包ACK7。發(fā)送流控裝置1先以比較小的速率發(fā)送數(shù)據(jù)包2 。數(shù)據(jù)包2經(jīng)過中間 路由擁塞反饋裝置3時(shí)，中間路由擁塞反饋裝置3測(cè)量接收速率，計(jì)算反 饋量并轉(zhuǎn)化為標(biāo)記概率，依概率對(duì)包進(jìn)行標(biāo)記，再轉(zhuǎn)發(fā)已標(biāo)記包5。接 收應(yīng)答裝置6復(fù)制已標(biāo)記包5中的ECN域到應(yīng)答包ACK的ECN域中，并發(fā) 給發(fā)送流控裝置l。發(fā)送流控裝置l統(tǒng)計(jì)標(biāo)記概率，計(jì)算反饋量，再根據(jù) 反饋量調(diào)節(jié)輸出速率。路由緩存裝置4是在起路由或交換作用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中所開辟的一塊 連續(xù)存儲(chǔ)區(qū)域，可由易失或非易失存儲(chǔ)介質(zhì)組成，可以是電子材料也可 以是磁性材料，甚是可以是光擦寫材料。如微機(jī)中使用的SDRAM (同 步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)或DDR (雙數(shù)據(jù)同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)內(nèi)存條， 或在微機(jī)硬盤上開辟的虛擬存儲(chǔ)單元。也可以是用于嵌入式系統(tǒng)的可擦 寫電子存儲(chǔ)媒介如各種FLASH (閃速存儲(chǔ)器)電子盤。其基本的要求 是能在操作系統(tǒng)(如WINDOWS, LINUX, OS/2， TINYOS等)的支 持下快速讀寫數(shù)據(jù)。并支持操作系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)區(qū)域的各種管理模式。 一般 要求64M以上的空間，以支持可以暫存一定時(shí)間間隔之內(nèi)的數(shù)據(jù)包以 供中間路由擁塞反饋裝置3統(tǒng)計(jì)信息并標(biāo)記；接收應(yīng)答裝置6是在需要使用或得到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上能夠響應(yīng)，識(shí)別， 處理外界通信請(qǐng)求并能夠向外發(fā)送數(shù)據(jù)的硬件和驅(qū)動(dòng)硬件工作的軟件 集合。硬件如微機(jī)上所用的常用通訊接口網(wǎng)卡，調(diào)制解調(diào)器，串口或并 口等。也包括用于嵌入式系統(tǒng)的各種通訊芯片如CC1000等通訊模塊。 軟件包括支持網(wǎng)絡(luò)通訊的各種針對(duì)特定物理設(shè)備的物理層通信協(xié)議，介 質(zhì)訪問層通信協(xié)議(如CSMA/CD)和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(如HDLC)，并 且該接收應(yīng)答裝置支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議。該專利對(duì)應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議不做具體要求。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最好具有支持TCP/IP協(xié)議的操作系統(tǒng)， 如WINDOWS, LINUX等或由這些操作系統(tǒng)派生出的各種嵌入式操作 系統(tǒng)。如圖2本發(fā)明中中間路由擁塞反饋裝置主要組成框圖所示 中間路由擁塞反饋裝置3是在網(wǎng)絡(luò)的多跳環(huán)境下用于將包轉(zhuǎn)發(fā)到合 適的路徑上而使數(shù)據(jù)包到達(dá)目標(biāo)接收應(yīng)答裝置6的網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)。 一般 需要微機(jī)操作系統(tǒng)或嵌入式操作系統(tǒng)的支持。在本專利中需要實(shí)現(xiàn)顯式 給出網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)的功能。除了必須的(如在接收應(yīng)答裝置6中所陳述) 通訊硬件模塊，操作系統(tǒng)和軟件協(xié)議外，中間路由擁塞反饋裝置3包括 時(shí)鐘單元31，用于設(shè)置一定的時(shí)間間隔，平均速率計(jì)算單元32將 在此時(shí)間間隔內(nèi)統(tǒng)計(jì)包標(biāo)記信息，時(shí)間間隔的產(chǎn)生可由機(jī)器硬件時(shí)鐘 (微機(jī)時(shí)鐘，單片機(jī)板上時(shí)鐘，處理器內(nèi)部的片內(nèi)時(shí)鐘等)也可由軟件 中斷獲得；與時(shí)鐘單元31連接的平均速率計(jì)算單元32，在時(shí)鐘單元31產(chǎn)生的時(shí) 間間隔內(nèi)統(tǒng)計(jì)接收的數(shù)據(jù)量并計(jì)算各發(fā)送流控裝置l的總平均速率，其統(tǒng)計(jì)功能和計(jì)算功能由運(yùn)行于微機(jī)或單片機(jī)上的程序?qū)崿F(xiàn)；與平均速率計(jì)算單元32連接的反饋量計(jì)算單元33，根據(jù)平均速率計(jì)算單元31所計(jì)算的平均速率和路由輸出鏈路帶寬，用于計(jì)算量化網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的反饋量，其計(jì)算功能由運(yùn)行于微機(jī)或單片機(jī)上的程序?qū)崿F(xiàn)； 與反饋量計(jì)算單元33連接的標(biāo)記概率計(jì)算單元34，用于將反映網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的反饋量轉(zhuǎn)化為包標(biāo)記概率，其計(jì)算功能由運(yùn)行于微機(jī)或單片機(jī)上的程序?qū)崿F(xiàn)；與標(biāo)記概率計(jì)算單元34連接的標(biāo)記單元35，用于對(duì)包進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記的位置和標(biāo)記的值依賴于當(dāng)前產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)和包標(biāo)記概率比較的結(jié) 果。其中隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生以當(dāng)前的機(jī)器時(shí)間作為隨機(jī)數(shù)種子，產(chǎn)生的隨機(jī) 數(shù)在0—1之間，其產(chǎn)生機(jī)制來源于所使用軟件開發(fā)工異(如0^++， JAVA等)提供的隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)。對(duì)包的標(biāo)記要需要通過路由緩存裝置調(diào)用 操作系統(tǒng)中相應(yīng)的讀寫函數(shù)改寫包的標(biāo)志位。 一系列標(biāo)記可以反映反饋 量計(jì)算單元32所計(jì)算的反饋量大?。蛔詈髽?biāo)記單元 如圖3本發(fā)明中發(fā)送流控裝置主要組成框圖所示 發(fā)送流控裝置1是在對(duì)其它節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上能夠響應(yīng) 其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要求而向外發(fā)送數(shù)據(jù)并可在發(fā)送過程中通過反饋信息 控制流量的硬件和驅(qū)動(dòng)硬件工作的軟件集合。在本專利中需要統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò) 反饋信息并調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速率，除了必須的(如在接收應(yīng)答裝置6中所 陳述)通訊硬件模塊，操作系統(tǒng)和軟件協(xié)議外，發(fā)送流控裝置1包括時(shí)鐘單元ll，用于設(shè)置一定的時(shí)間間隔，概率獲取單元12將在此時(shí) 間間隔內(nèi)統(tǒng)計(jì)包標(biāo)記信息，時(shí)間間隔的產(chǎn)生可由機(jī)器硬件時(shí)鐘(微機(jī)時(shí) 鐘，單片機(jī)板上時(shí)鐘，處理器內(nèi)部的片內(nèi)時(shí)鐘等)也可由軟件中斷獲得；與時(shí)鐘單元11連接的概率獲取單元12，用于區(qū)別應(yīng)答包的標(biāo)記并計(jì)算由時(shí)鐘單元11設(shè)置時(shí)間間隔內(nèi)不同標(biāo)記出現(xiàn)的概率，并提取出能夠反映網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的最終應(yīng)答包標(biāo)記概率，其統(tǒng)計(jì)功能和計(jì)算功能由運(yùn)行于微機(jī)或單片機(jī)上的程序?qū)崿F(xiàn)；與概率獲取單元12連接的發(fā)送速率計(jì)算單元13，用于將概率獲取單元13所獲得的最終應(yīng)答包標(biāo)記概率轉(zhuǎn)換為曾由中間路由擁塞反饋裝置3所計(jì)算的反饋量，再由此反饋量下一個(gè)時(shí)間間隔的發(fā)送速率，其計(jì)算功能由運(yùn)行于微機(jī)或單片機(jī)上的程序?qū)崿F(xiàn)；與發(fā)送速率計(jì)算單元13連接的定時(shí)單元14，用于得到一個(gè)平滑的數(shù)據(jù)流，該單元包含一定時(shí)器，由定時(shí)器啟動(dòng)數(shù)據(jù)包發(fā)送單元15進(jìn)行數(shù)據(jù) 包的發(fā)送，定時(shí)器的觸發(fā)間隔由計(jì)算單元14所得到發(fā)送速率決定，觸發(fā) 模式設(shè)置為反復(fù)觸發(fā)，直至數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)完成。定時(shí)功能在微機(jī)上可由 各種軟件開發(fā)工具(如VC+十，Visual.net， Lab Windows)所提供定時(shí)控 件完成，在單片機(jī)上可由芯片內(nèi)的硬件資源如ATMEL128內(nèi)所提供的定 時(shí)/計(jì)數(shù)器0實(shí)現(xiàn)；與定時(shí)單元14連接的數(shù)據(jù)包發(fā)送單元15，啟動(dòng)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，初始 第一次將以較低的發(fā)送速率發(fā)送如2包/秒發(fā)送，在其后的過程中將由定 時(shí)單元15觸發(fā)，其數(shù)據(jù)包的實(shí)際發(fā)送需要IP層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和各種低層的網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議如數(shù)據(jù)鏈路層，介質(zhì)共享層和物理層的參與，驅(qū)動(dòng)具體的通訊硬 件接口如網(wǎng)卡，調(diào)制接調(diào)器等完成數(shù)據(jù)發(fā)送。
如圖4本發(fā)明中間路由的標(biāo)記反饋流程圖所示在圖中，中間路由 的標(biāo)記反饋策略由以下步驟組成步驟S1:設(shè)置時(shí)間間隔"在時(shí)間間隔r內(nèi)統(tǒng)計(jì)接收的數(shù)據(jù)量，，計(jì) 算平均速率y-Wr。步驟S24十算反饋增量 ，根據(jù)平均速率^與路由輸出鏈路帶寬c關(guān) 系若^c，則令反饋增量 =&-c)/"否則令反饋增量為A^Cy-c)/c;步驟S3:計(jì)算反饋量p-^ + Ap。步驟S4:計(jì)算標(biāo)記概率"若反饋量;^0，則令《=1 —^p，否則，令 pl-(W，其中-為常數(shù)，設(shè)置為500;步驟S5:對(duì)包進(jìn)行標(biāo)記，以均勻分布的方式生成一個(gè)(0， l)之間的 隨機(jī)數(shù)w，如果反饋量;^()，且隨機(jī)數(shù)M^ ，則標(biāo)記ECN域的O位；如 果反饋量;^0，且隨機(jī)數(shù)M^《，則標(biāo)記ECN域的1位；步驟S6:將已標(biāo)記包轉(zhuǎn)發(fā)給下一條路由或發(fā)給接收端。如圖5本發(fā)明接收端的反饋流程圖所示在圖5中，接收端直接將接收包的ECN域復(fù)制到應(yīng)答包ACK的ECN域中并發(fā)回發(fā)送端。如圖6本發(fā)明發(fā)送端的速率調(diào)節(jié)流程圖所示在圖中，發(fā)送端的速率調(diào)節(jié)策略由以下步驟組成步驟S11:以較低的速率向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；步驟S12:設(shè)置時(shí)間間隔《9 ，在時(shí)間間隔<9內(nèi)統(tǒng)計(jì)接收的ACK數(shù)量^ ;步驟S13分別統(tǒng)計(jì)在ECN域的0位和1位設(shè)置了標(biāo)記的包數(shù)量A和 .42 ，并分別計(jì)算其在這段時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)的概率Pl = A"和P2 =;步驟S14:如果概率p2〉0，則忽略概率pl，令概率p(^p2，否則令 概率； 0 = pi;步驟S15:計(jì)算反饋量W，若p2〉0，則令《0-log/'^)-I,否則令 0 = -1og/"。)，其中^為常數(shù)，應(yīng)與路由端取值相同，可設(shè)置為500。 步驟S16:計(jì)算發(fā)送速率增量Av-(l"-《0); 步驟S17:計(jì)算下一個(gè)時(shí)間間隔的發(fā)送速率v-v + Av; 步驟S18:為得到一個(gè)平滑的數(shù)據(jù)流，啟動(dòng)一定時(shí)器，由定時(shí)器啟動(dòng)
數(shù)據(jù)包的發(fā)送；步驟S19:設(shè)置定時(shí)器的觸發(fā)間隔和觸發(fā)模式，觸發(fā)間隔設(shè)置為 /e"/v，其中/e"為單個(gè)數(shù)據(jù)包的長度。觸發(fā)模式為反復(fù)觸發(fā)； 步驟S20:重復(fù)以上步驟直到發(fā)送完所有數(shù)據(jù)包。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理 解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā) 明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)，其特征在于發(fā)送流控裝置(1)，該裝置處理來自于接收應(yīng)答裝置(6)轉(zhuǎn)發(fā)來的網(wǎng)絡(luò)擁塞反饋信息，統(tǒng)計(jì)并估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況確定發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送速率，并通過定時(shí)單元產(chǎn)生平滑數(shù)據(jù)流；與發(fā)送流控裝置(1)連接的中間路由擁塞反饋裝置(3)，用于統(tǒng)計(jì)各個(gè)發(fā)送流控裝置數(shù)據(jù)包發(fā)送速率的總平均速率、得到量化的網(wǎng)絡(luò)擁塞程度，根據(jù)擁塞程度計(jì)算反饋量、再由反饋量給出標(biāo)記概率、標(biāo)記包，并轉(zhuǎn)發(fā)；與中間路由擁塞反饋裝置(3)連接的路由緩存裝置(4)，用于接收發(fā)送流控裝置(1)發(fā)來的數(shù)據(jù)包，按照FIFO先入先出的順序緩存在自身的存儲(chǔ)器中，這些數(shù)據(jù)包將接收中間路由擁塞反饋裝置(3)的標(biāo)記，并提供給中間路由擁塞反饋裝置(3)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中；與路由緩存裝置(4)連接的接收應(yīng)答裝置(6)，用于接收在路由緩存裝置(4)中標(biāo)記過的標(biāo)記包，并將此標(biāo)記包中的標(biāo)記以應(yīng)答包ACK的形式傳回給發(fā)送流控裝置(1)，以提供給發(fā)送流控裝置(1)作為調(diào)節(jié)發(fā)送速率的依據(jù)。
2、 如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)，其特征在于中間路 由擁塞反饋裝置(3),包括時(shí)鐘單元(31)，用于設(shè)置一定的時(shí)間間隔；與時(shí)鐘單元(31)連接的平均速率計(jì)算單元(32)，在時(shí)鐘單元(31)產(chǎn)生的時(shí)間間隔內(nèi)統(tǒng)計(jì)接收的數(shù)據(jù)量并計(jì)算各發(fā)送流控裝置(l)的總平均發(fā) 送速率；與平均速率計(jì)算單元(32)連接的反饋量計(jì)算單元(33)，根據(jù)平均速率計(jì)算單元(31)所計(jì)算的平均速率和路由輸出鏈路帶寬，計(jì)算量化網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的反饋量；與反饋量計(jì)算單元(33)連接的標(biāo)記概率計(jì)算單元(34)，用于將反映網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的反饋量轉(zhuǎn)化為包標(biāo)記概率；與標(biāo)記概率計(jì)算單元(34)連接的標(biāo)記單元(35)，用于對(duì)包進(jìn)行標(biāo)記， 標(biāo)記的位置和標(biāo)記的值依賴于當(dāng)前產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)和包標(biāo)記概率比較的結(jié)果；所述標(biāo)記反映反饋量計(jì)算單元(32)所計(jì)算的反饋量大小；最后標(biāo) 記單元(35)將轉(zhuǎn)發(fā)已標(biāo)記包。
3、 如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)，其特征在于發(fā)送流 控裝置(l)包括 一時(shí)鐘單元(ll)，用于設(shè)置一定的時(shí)間間隔，概率獲取單元(12)將在此時(shí)間間隔內(nèi)統(tǒng)計(jì)標(biāo)記包信息；與時(shí)鐘單元(11)連接的概率獲取單元(12)，用于區(qū)別應(yīng)答包的標(biāo)記并計(jì)算由時(shí)鐘單元(ll)設(shè)置時(shí)間間隔內(nèi)不同標(biāo)記出現(xiàn)的概率，并提取出能夠反映網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的最終應(yīng)答包標(biāo)記概率；與概率獲取單元(12連接的發(fā)送速率計(jì)算單元(13)，用于將概率獲取單元(13)所獲得的最終應(yīng)答包標(biāo)記概率轉(zhuǎn)換為曾由中間路由擁塞反饋裝 置(3)所計(jì)算的反饋量，再由此反饋量計(jì)算下一個(gè)時(shí)間間隔的發(fā)送速率； 與發(fā)送速率計(jì)算單元(13)連接的定時(shí)單元(14)，用于得到一個(gè)平滑的 數(shù)據(jù)流，該單元包含一定時(shí)器，由定時(shí)器啟動(dòng)數(shù)據(jù)包發(fā)送單元(15)進(jìn)行 數(shù)據(jù)包的發(fā)送；定時(shí)器的觸發(fā)間隔由計(jì)算單元(14)所得到發(fā)送速率決定，觸發(fā)模式設(shè)置為反復(fù)觸發(fā)，直至數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)完成；與定時(shí)單元(14)連接的數(shù)據(jù)包發(fā)送單元(15)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，初始第一次將以較低的發(fā)送速率發(fā)送，在其后的過程中將由定時(shí)單元(15)觸發(fā)。
4、 一種應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征是包括中間 路由的反饋策略和發(fā)送端的發(fā)送速率調(diào)節(jié)策略，中間路由根據(jù)輸入速率 計(jì)算反饋量，將反饋量轉(zhuǎn)化為標(biāo)記概率，標(biāo)記所經(jīng)過的數(shù)據(jù)包，該標(biāo)記 由接收端通過應(yīng)答包轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)送端，發(fā)送端再根據(jù)反饋量調(diào)節(jié)發(fā)送速率 大小，通過定時(shí)器觸發(fā)平滑數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流穩(wěn)定后，發(fā)送端的發(fā)送速率 矢量將會(huì)最大化所引入的公平性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流之間的全局公平性。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征是，該方法 在網(wǎng)絡(luò)中由發(fā)送端，中間路由和接收端的傳輸層協(xié)議以及下層的網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議和通訊硬件實(shí)現(xiàn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征是，在中間 路由，其實(shí)現(xiàn)的步驟包括步驟S1:設(shè)置時(shí)間間隔r，在時(shí)間間隔r內(nèi)統(tǒng)計(jì)接收的數(shù)據(jù)量s，計(jì) 算平均速率yw/r;步驟S2:計(jì)算反饋增量Ap，根據(jù)平均速率y與路由輸出鏈路帶寬C 關(guān)系若yh，則令反饋增量A;^0;-cO/y ,否則令反饋增量為 = (y — c) / c ;步驟S3:計(jì)算反饋量p-p + Ap;步驟S4:計(jì)算標(biāo)記概率《，若反饋量;^0，則令^l-『,否則，令步驟S5:對(duì)包進(jìn)行標(biāo)記，以均勻分布的方式生成一個(gè)(0， 1)之間 的隨機(jī)數(shù)w，如果反饋量;^0，且隨機(jī)數(shù)M^g，則標(biāo)記ECN域的O位； 如果反饋量;^0，且隨機(jī)數(shù)w^《，則標(biāo)記ECN域的1位； 步驟S6:將已標(biāo)記包轉(zhuǎn)發(fā)給下一條路由或發(fā)給接收
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征是所述接收端直接復(fù)制收到數(shù)據(jù)包的ECN域到所發(fā)出的應(yīng)答包ACK的ECN域中，發(fā)送應(yīng)答包ACK。
8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征是在發(fā)送端，其實(shí)現(xiàn)的步驟包括步驟S11:以較低的速率向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；步驟S12:設(shè)置時(shí)間間隔《9，在時(shí)間間隔》內(nèi)統(tǒng)計(jì)接收的ACK數(shù)量爿；步驟S13:分別統(tǒng)計(jì)在ECN域的0位和1位設(shè)置了標(biāo)記的包數(shù)量^和 ，并分別計(jì)算其在這段時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)的概率Pl = 乂l"和P2 ="; 步驟S14:如果概率p2〉0，則忽略概率pl，令概率p0-p2，否則步驟S15:計(jì)算反饋量一，若^2>0，則令《0 = ^廣州-l,否則令《0 = -l。g/'"°)，其中-為常數(shù)，應(yīng)與路由端取值相同； 步驟S16:計(jì)算發(fā)送速率增量Av-(l/v-《0); 步驟S17:計(jì)算下一個(gè)時(shí)間間隔的發(fā)送速率v-v + Av; 步驟S18:為得到一個(gè)平滑的數(shù)據(jù)流，啟動(dòng)一定時(shí)器，由定時(shí)器啟動(dòng)數(shù)據(jù)包的發(fā)送；步驟S19:設(shè)置定時(shí)器的觸發(fā)間隔和觸發(fā)模式，觸發(fā)間隔設(shè)置為 /^"，其中/en為單個(gè)數(shù)據(jù)包的長度，觸發(fā)模式為反復(fù)觸發(fā)； 步驟S20:重復(fù)以上步驟直到發(fā)送完所有數(shù)據(jù)包。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括發(fā)送流控裝置，中間路由擁塞反饋裝置，路由緩存裝置，接收應(yīng)答裝置；系統(tǒng)使用的方法由中間路由的反饋策略和發(fā)送端的發(fā)送速率調(diào)節(jié)策略組成，在網(wǎng)絡(luò)中由發(fā)送端，中間路由和接收端的傳輸層協(xié)議以及下層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通訊硬件實(shí)現(xiàn)。中間路由根據(jù)給出的反饋算法通過數(shù)據(jù)的輸入速率計(jì)算反饋量，將反饋量轉(zhuǎn)化為標(biāo)記概率，標(biāo)記所經(jīng)過的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包的標(biāo)記經(jīng)接收端復(fù)制到應(yīng)答包ACK上轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)送端。發(fā)送端再根據(jù)給出的調(diào)節(jié)算法由反饋量調(diào)節(jié)發(fā)送速率大小，通過定時(shí)器觸發(fā)平滑數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流穩(wěn)定后發(fā)送端的發(fā)送速率矢量將會(huì)最大化所引入的公平性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流之間的全局公平性。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101166140SQ20061011382
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月18日
發(fā)明者劉偉榮, 易建強(qiáng), 趙冬斌 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所