CN101141393A - 通信终端、通信控制方法及通信控制程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信终端、通信控制方法以及通信控制程序，能够有效抑制向网络发送多余数据段。接收字节数计算部(14)在发送侧计算在由最小时间计测部(13)所计测的RTT的最小值的期间内到达接收侧的数据段的字节数；目标计算部(15)根据由接收字节数计算部(14)计算出的接收数据段的字节数，计算用于数据段的发送控制的目标；发送数据段控制部(16)根据由目标计算部(15)计算出的目标，进行数据段的发送控制。

Description

通信终端、通信控制方法及通信控制程序

技术领域

本发明涉及通信终端、通信控制方法以及通信控制程序，尤其适合应用于TCP(Transmission Control Protocol)中的拥塞控制方法。

背景技术

现在，在互联网上广泛使用的TCP中，为了避免网络的拥塞，当发送数据段(segment)时，利用拥塞窗口(CWND)来进行拥塞控制。

一般而言，在TCP的拥塞控制算法中，通过如下方式进行拥塞窗口(CWND)的设定。

1、在接收ACK(Acknowledgment)时

1.1、Slow Start时

设定为，CWND(n+1)＝CWND(n)+a×MSS。

1.2、在Congestion Avoidance时

设定为，CWND(n+1)＝CWND(n)+a/CWND(n)。

2、在发生分组丢失时

设定为，CWND(n+1)＝(1-b)×CWND(n)。

其中，MSS(Maximum Segment Size)是发送侧可发送的最大数据段大小。另外，CWND(CONGESTION WINDOW)是限制TCP的可发送大小的TCP状态变量。

在通常的TCP中利用a＝1、b＝0.5。

在该TCP的拥塞控制算法中，由于以数据段丢失为契机使CWND减少来进行拥塞控制，因此只要不发生数据段丢失，CWND就会继续增加。因而，只要不发生数据段丢失，CWND就会增加，进而因中继节点的接收缓冲器的利用率的上升而导致RTT(Round Trip Time)的增加。

例如，在非专利文献1中，公开了如下的方法：考虑发送侧的SlowStart，接收侧将在1RTT期间读入到应用程序中的字节数(rcv_bytes)的两倍作为广告窗口传给发送侧，发送侧将数据段的发送量抑制为rcv_bytes×2，由此防止发送多余数据段。

图7是表示现有的RTT的计测方法的图。假设各数据段具有10byte的数据，将各数据段的最初的顺序编号设为seq表示在图中。

在图7中，在TCP接收侧32中，可将使用广告窗口(rcv_wnd)从TCP发送侧31接收ack(acknowledge number)+rcv_wnd的seq(sequencenumber)-1为止的时间设为1RTT。

例如，设ack＝210、rcv_wnd＝60时，在TCP接收侧32中，可将从TCP发送侧31接收从seq＝210到seq＝269(ack+rcv_wnd-1)为止的时间设为1RTT。

【非专利文献1】Dynamic Right-Sizing in TCP Mike Fisk and W.Feng2^nd Annual Los Alamos Computer Science Institute Symposium(LACSI2001)，Snta Fe，New Mexico，October2001。

但是，在非专利文献1所公开的方法中，由于RTT的计测或rcv_bytes的计算在TCP接收侧32中进行，因此存在导致RTT的计测精度的下降、或进行多余数据段的送出的问题。

图8是表示现有的RTT的计测方法的问题点的图。

在图8中，如果CWND小于rcv_wnd，则RTT被计测为比通常长，并且rcv_bytes增加，因此进行多余数据段的送出。例如，设ack＝210、rcv_wnd＝60，CWND＝40，则发送seq＝230的时刻与发送seq＝240的时刻之间的间隔增大。因此，在TCP接收侧32中，将接收从seq＝210到seq＝269为止的时间设为1RTT，因此RTT被计测为比通常长。

另外，在非专利文献1所公开的方法中，将rcv_bytes的两倍作为广告窗口传给发送侧，并且利用所计测的rcv_bytes的最大值，因此如果与“在1RTT期间发送的字节数＝1RTT期间所接收的字节数”的理想情况进行比较，则进行多余数据段的送出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效抑制向网络发送多余数据段的通信终端、通信控制方法以及通信控制程序。

为了解决上述的课题，根据第一发明的通信终端，其特征在于，该通信终端具备：接收字节数计算部，其在发送侧计算在一定期间内到达接收侧的数据段的字节数；和发送数据段控制部，其根据由所述接收字节数计算部计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制。

再有，根据第二发明的通信终端，其特征在于，该通信终端具备：最小时间计测部，其计测RTT的最小值；接收字节数计算部，其在发送侧计算在由所述最小时间计测部所计测的RTT的最小值的期间内到达接收侧的数据段的字节数；和发送数据段控制部，其根据由所述接收字节数计算部计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制。

再有，根据第三发明的通信终端，其特征在于，所述最小时间计测部在没有进行预定时间以上的数据段的发送的情况下，或者，在拥塞窗口小于初始窗口大小的情况下，或者，在预定的计测时间内没有计测出所述RTT的最小值所规定的值以下的RTT的情况下，再次设定所述RTT的最小值。

再有，根据第四发明的通信终端，其特征在于，所述发送数据段控制部根据发送侧能够发送的最大数据段大小或者已应答(ACK)的字节数，限制数据段的送出。

再有，根据第五发明的通信终端，其特征在于，该通信终端还具备拥塞窗口计算部，所述拥塞窗口计算部计算在接收ACK时或发生分组丢失时的拥塞窗口或慢启动阈值，而不会考虑由所述接收字节数计算部计算出的数据段的字节数，所述发送数据段控制部根据由所述拥塞窗口计算部计算出的拥塞窗口或慢启动阈值，进行数据段的发送控制。

再有，根据第六发明的通信控制方法，其特征在于，该通信方法包括：在发送侧计算在一定期间内到达接收侧的数据段的字节数的步骤；和根据在所述发送侧计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制的步骤。

再有，根据第七发明的通信控制程序，其特征在于，该程序使计算机执行下述步骤：在发送侧计算在一定期间内到达接收侧的数据段的字节数的步骤；和根据在所述发送侧计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制的步骤。

如上所述，根据本发明，通过在发送侧计算到达接收侧的数据段的字节数，无需一边考虑发送侧的情况，一边将到达接收侧的数据段的字节数传给发送侧，从而能够有效抑制向网络发送多余数据段。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的发送终端的概略结构的框图。

图2是将本发明的一个实施方式所涉及的接收数据段的字节数的计测要点与现有例进行比较而表示的框图。

图3是表示本发明的一个实施方式所涉及的接收数据段的字节数的计测方法的图。

图4是表示本发明的一个实施方式所涉及的接收数据段的字节数的计测方法的其他例的图。

图5是表示在发送侧校正ACK的发送时刻的示例的图。

图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的发送终端的概略结构的框图。

图7是表示现有的RTT的计测方法的图。

图8是表示现有的RTT的计测方法的问题点的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的通信终端进行说明。

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的发送终端的概略结构的框图。

在图1中，在发送终端11设置有：数据段接收部12，其接收经由互联网等网络发送来的数据段；最小时间计测部13，其对RTT的最小值进行计测；接收字节数计算部14，其在发送侧计算出在由最小时间计测部13所计测的RTT的最小值的期间内到达接收侧的数据段的字节数；目标计算部15，其根据由接收字节数计算部14计算出的接收数据段的字节数，计算使用于数据段的发送控制的目标；发送数据段控制部16，其根据由目标计算部15计算出的目标，进行数据段的发送控制；和数据段发送部17，其经由互联网等网络发送数据段。

而且，最小时间计测部13能够与在TCP中进行的方法同样地计测RTT。即，当可利用Timestamp Option时，最小时间计测部13在接收ACK(Acknowledgement)时，可以将(当前时刻)-(Timestamp Echo)设为RTT。

另一方面，当不可利用Timestamp Option时，最小时间计测部13在接收ACK时，可以将(当前时刻)-(发送了已应答(Ack)的数据段的时刻)设为RTT。

而且，最小时间计测部13在对数据段进行发送的期间继续进行RTT的计测，每次计测RTT的最小值(rtt_min)时更新RTT的最小值(rtt_min)，同时可将RTT的最小值(rtt_min)使用于接收数据段的字节数(rcv_bytes)的计算上。

另外，也可考虑因路由切换或接收终端的移动等而使RTT变化大的情况，而在以下情况下再次设定RTT的最小值(rtt_min)。

(1)在1RTT以上的时间内未进行数据段的发送的情况。

在该情况下，作为1RTT，除了RTT的最小值(rtt_min)之外，可利用在TCP中根据RTT计算的RTO(Retransmission Timeout)。

(2)CWND小于初始窗口大小的情况。

(3)在数RTT内，没有计测出rtt_min×(target/rcv_bytes+1)(target后述)以下的RTT的情况。这里，作为计测期间，考虑计测rcv_bytes的1RTT、根据所计测的值来控制发送数据段数的期间1RTT，而设定2RTT以上。

接着，如果由最小时间计测部13计测出RTT的最小值(rtt_min)，则接收字节数计算部14根据在RTT的最小值(rtt_min)的时间内所接收的ACK或SACK(Selective Acknowledgement)的信息，计算接收数据段的字节数(rcv_bytes)。

图2是将本发明的一个实施方式所涉及的接收数据段的字节数的计测要点与现有例进行比较而表示的框图。

在图2中，从TCP发送侧21经由网络23向TCP接收侧22发送数据段24。然后，将由TCP接收侧22所接收的数据段24保持在接收缓冲器26中，并经由接收缓冲器26读入到应用程序25。

这里，在图5的方法中，将读入到应用程序25的时刻P2的数据段24的字节数使用于拥塞控制。因此，当发生了数据段的重传的情况下，在读入到应用程序25的时刻P2的数据段数就会被估计为过少/过多，从而无法进行正确的控制。

与此相反，在本实施方式中，通过将所接收的时刻P1的数据段24的字节数使用于拥塞控制，能够有效抑制向网络发送多余数据段。

图3是表示本发明的一个实施方式所涉及的接收数据段的字节数的计测方法的图。

在图3中，在TCP发送侧21根据在RTT的最小值(rtt_min)的时间内从TCP接收侧22所接收的ACK信息，计算接收数据段的字节数(rcv_bytes)。

具体而言，接收数据段的字节数(rcv_bytes)可通过以下方式进行计测。

·可支持SACK Option的情况。

可利用从通过在RTT的最小值(rtt_min)的时间内所收到的ACK而向接收终端通知接收的最大顺序编号(rcv_ack)中，减去在开始计测时未接收到ACK的开头数据段的顺序编号数(drs_snd_una)所得的值。

另外，在数据段的重传中，由于考虑在RTT的最小值(rtt_min)的时间内所重传的数据段的合计字节数，因此将从通过所收到的ACK的SACK Option通知的数据段的合计字节数(sack_end)中减去在开始计测时通过SACK Option通知的数据段的合计字节数(sack_start)所得的值，与最初的值相加。

即，满足rcv_byte＝rcv_ack-drs_snd_una+(sack_end-sack_start)。

此外，当未发生数据段丢失时，由于sack_end和sack_start两者均为0，因此满足rcv_bytes＝rcv_ack-drs_snd_una。另外，当在RTT的最小值(rtt_min)的时间内解决了数据段丢失时，sack_end为0，而只有sack_start有效。

·不支持SACK Option的情况。

在该情况下，考虑重复ACK(rcv_ack为未接收ACK的最小数据段(snd_una)以下的ACK)的数量，可计算出接收数据段的字节数(rcv_bytes)。

即，可利用从通过在RTT的最小值(rtt_min)的时间内最后收到的ACK而向接收终端通知接收的顺序编号(rcv_ack)中，减去在开始计测时未接收ACK的开头数据段的顺序编号(drs_snd_una)所得的值。

另外，在数据段的重传中，由于考虑所重传的数据段的合计字节数，因此将从在RTT的最小值(rtt_min)的时间内所接收的重复ACK的数量×MSS(dack_end)中减去在开始计测时所接收的重复ACK的数量×MSS(dack_start)所得的值，与最初的值相加。

即，满足rcv_bytes＝rcv_ack-drs_snd_una+(dack_end-dack_start)。

此外，在接收数据段的字节数(rcv_bytes)比上次计算出的接收数据段的字节数(rcv_bytes)大的情况下，也可在每次接收ACK时更新值。

另外，当未发生数据段丢失时，dack_end和dack_start两者均为0。

这里，当对于ACK路径(path)也发生排队延迟时，有时根据情况无法高精度地计测接收数据段的字节数(rcv_bytes)。因此，通过使用ACK的发送时刻来消除ACK路径的排队延迟的影响，可高精度地计测接收数据段的字节数(rcv_bytes)。

图4是表示本发明的一个实施方式所涉及的接收数据段的字节数的计测方法的其他例的图。

在图4中，当在ACK中添加与TCP发送侧21侧同样的TimestampOption时，可通过参照在RTT的最小值(rtt_min)的时间内所发送的ACK的发送时刻，计测接收数据段的字节数(rcv_bytes)。但是，当在接收侧和发送侧使用的Timestamp Option的粒度不同时，在发送侧需要校正ACK的发送时刻。

图5是表示在发送侧校正ACK的发送时刻的示例的图。

在图5中，ts表示数据段的发送时刻，ts_echo表示Timestamp Echo。在发送侧，在接收到ACK时进行一定期间的计测，并且计算在该期间所接收的ACK的ts和ts_echo的增加量，用于校正。在图5中，由于相对于ts_echo的增加量为60，ts的增加量为6，因此rcv_bytes是通过将在开始发送时的ACK的发送时刻与rtt_min的1/10相加的时刻为止的ACK来计算的。

接着，图1的目标计算部15根据由接收字节数计算部14计算出的接收数据段的字节数，计算目标(target)。

这里，作为目标的计算方法，可考虑以下的5种方法。

(1)利用由接收字节数计算部14所计测的接收数据段的字节数(rcv_bytes)的最大值×2的方法。

(2)利用由接收字节数计算部14所计测的接收数据段的字节数(rcv_bytes)×2的方法。

(3)利用由接收字节数计算部14所计测的最近两次的接收数据段的字节数(rcv_bytes)的平均的方法。

(4)利用由接收字节数计算部14所计测的接收数据段的字节数(rcv_bytes)的加权平均的2倍的方法。

例如，可设target＝在之前所计测的接收数据段的字节数(rcv_bytes)的平均(av_rcv_bytes)×7/8+(rcv_bytes)×1/8)×2。

(5)利用任意的常数α的方法。例如，当rcv_bytes+α×MSS≥cwnd、且cwnd＜Slowstart Threshold(ssthresh)时，target＝rcv_bytes×2。在除此以外的情况下，可设target＝rcv_bytes+α×MSS。

(6)利用由接收字节数计算部14所计测的接收数据段的字节数(rcv_bytes)的加权平均和加权平均偏差的方法。

例如，计算为接收数据段的字节数(rcv_bytes)的加权平均(avg_rcv_bytes)＝(avg_rcv_bytes)×7/8+(rcv_bytes)×1/8，计算为接收数据段的字节数(rcv_bytes)的加权平均偏差(var_rcv_bytes)＝(var_rcv_bytes)×7/8+|rcv_bytes-avg_rcv_bytes|×1/8，利用所求出的var_rcv_bytes，可设target＝avg_rcv_bytes+var_rcv_bytes×4。

此外，常数α根据网络情况可任意设定，在cwnd≥ssthresh的情况下最低可设定为在1RRT期间最大限度地增加的cwnd的值(TCP时1MSS)以上。

另外，可利用任意的常数β使得target不在预定值以下，而且可将β×MSS用作target的下限值。常数β可任意设定，例如可使用初始窗口大小。

接着，图1的发送数据段控制部16根据由目标计算部15计算出的target来进行数据段的发送控制。此外，发送数据段控制部16为了防止在target急剧增加时突发地送出数据段，可利用被称作space的值来限制实际的数据段的送出。

这里，space可按照如下设定。

space＜target的情况。

在每次接收ACK时，设space＝space+2MSS。

在space＞target的情况下，可考虑以下两种方法。

(1)设space＝target的方法。

(2)在每次接收ACK时设space＝space-MSS的方法。

另外，在能够计算已应答(ACK)的字节数的情况下，space＜target的情况。

在每次接收ACK时设space＝space+已应答(ACK)的字节数。

在space＞target的情况下，可考虑以下两种方法。

(1)设space＝target的方法。

(2)在每次接收ACK时设space＝space-已应答(ACK)的字节数/2的方法。

并且，在ACK是重复ACK的情况下，作为1MSS来进行处理，当在space减少时已应答(ACK)的字节数不足1MSS的情况下，不减少space，直到已应答(ACK)的字节数为1MSS以上为止。

接着，图1的数据段发送部17发送由发送数据段控制部16进行过发送控制的数据段。具体而言，可按照space、cwnd和rev_wnd的最小值发送数据段，当space的值小于cwnd和rev_wnd的最小值时，可按照space发送数据段。

由此，可根据由发送侧计算出的接收数据段的字节数(rcv_bytes)，抑制数据段的发送，从而能够有效抑制向网络发送多余数据段。

此外，当cwnd小时，为了不影响通信速度，也可以在接收数据段的字节数(rcv_bytes)为计测接收数据段的字节数(rcv_bytes)时的cwnd+α(常数)以下时，不进行使用了space的控制。

再有，为了保持与在重传时不进行基于space的控制的TCP之间的公平性，也可利用通过不进行使用了space的控制而得到的CWND的值，设定在接收ACK时或发生分组丢失时的CWND和SSTHRESH。

图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的发送终端的概略结构的框图。

在图6中，在发送终端111中除了图1的结构外，还设置有拥塞窗口计算部18，其用于计算在接收ACK时或发生分组丢失时的CWND和SSTHRESH。

这里，拥挤窗口计算部18可按照如下方式计算在接收ACK时或发生分组丢失时的CWND和SSTHRESH。

即，在发生分组丢失时，如下所示那样使用WND(Window)来确定SSTHRESH和CWND。

WND＝Max(CWND、CWND_est)

这里，CWND_est是在不进行使用了space的控制的情况下可得的CWND的值。

2.1、在FF(Fast Retransmit&Fast Recovery：快速重传和快速恢复)时，设定为，

SSTHRESH＝(1-b)×WND

CWND＝SSTHRESH。

2.2、在发生RTO(Retransmit Timeout：重传超时)时，设定为，

SSTHRESH＝(1-b)×WND

CWND＝1×MSS。

其中，也可在接收数据段的字节数(rev_bytes)为计测接收数据段的字节数(rcv_bytes)时的cwnd+α(常数)以下时，判断为未发生因拥塞而导致的分组丢失，从而不减少CWND和SSTHRESH。

再有，MSS(Maximum Segment Size)是发送侧可发送的最大数据段大小。另外，CWND(CONGESTION WINDOW)是限制TCP的可发送大小的TCP状态变量。另外，SSTHRESH(SLOWSTART THRESHOLD)是慢启动阈值。

在通常的TCP中利用a＝1、b＝0.5。

而且，在未进行使用了space的控制的情况下，拥塞窗口计算部18根据上述公式来计算在接收ACK时或发生分组丢失时的CWND和SSTHRESH。而且，发送数据段控制部16根据由拥塞窗口计算部18计算出的CWND和SSTHRESH来进行数据段的发送控制，并且经由数据段发送部17发送数据段。

此外，最小时间计测部13、接收字节数计算部14和目标计算部15，可通过使计算机执行描述了命令的程序来实现，其中上述命令完成由这些单元进行的处理。

而且，如果将该程序预先存储在CD-ROM等存储介质中，则通过将存储介质安装在通信终端11的计算机中，并且将该程序安装在计算机中，能够实现在最小时间计测部13、接收字节数计算部14和目标计算部15中进行的处理。另外，通过经由网络下载该程序，可容易地普及该程序。

另外，在图7的方法中，相对于考虑图2的网络23和TCP接收侧22的状况而决定rcv_bytes的情况，在本实施方式中考虑网络23的状况来决定。rcv_bytes。但是，在与网络23的数据传送速度相比应用程序25读入数据的速度极慢的情况下，滞留在TCP接收侧22的数据段的字节数也优选考虑。

这里，在决定rcv_bytes时，作为考虑TCP接收侧22的状况的方法，根据ACK可间接地预测滞留在接收缓冲器26中的数据段的字节数(buf_bytes)。

具体而言，可设buf_bytes＝(以ACK收到的最大rcv_wnd)-(当前的rcv_wnd)。

在计算rcv_bytes时，通过预先计算出buf_bytes并且从target中减去buf_bytes，能够间接地考虑滞留在TCP接收侧22的接收缓冲器26中的数据段的字节数。但是，在重传数据段时，由于接收缓冲器26中的数据段的滞留因按顺序等待的数据段而引起的可能性高，因此不用考虑buf_bytes来计算target。

此外，在上述的实施方式中，说明了根据由目标计算部15计算出的target进行数据段的发送控制的方法，但是也可通过由接收侧进行target的计算，并且将由接收侧所计算出的target传给发送侧，进行数据段的发送控制。

Claims (7)

1.一种通信终端，其特征在于，该通信终端具备：

接收字节数计算部，其在发送侧计算在一定期间内到达接收侧的数据段的字节数；和

发送数据段控制部，其根据由所述接收字节数计算部计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制。

2.一种通信终端，其特征在于，该通信终端具备：

最小时间计测部，其计测RTT的最小值；

接收字节数计算部，其在发送侧计算在由所述最小时间计测部所计测的RTT的最小值的期间内到达接收侧的数据段的字节数；和

发送数据段控制部，其根据由所述接收字节数计算部计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制。

3.根据权利要求2所述的通信终端，其特征在于，

所述最小时间计测部在没有进行预定时间以上的数据段的发送的情况下，或者，在拥塞窗口小于初始窗口大小的情况下，或者，在预定的计测时间内没有计测出所述RTT的最小值所规定的值以下的RTT的情况下，再次设定所述RTT的最小值。

4.根据权利要求2或3所述的通信终端，其特征在于，

所述发送数据段控制部根据发送侧能够发送的最大数据段大小或者已应答(ACK)的字节数，限制数据段的送出。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的通信终端，其特征在于，

该通信终端还具备拥塞窗口计算部，所述拥塞窗口计算部计算在接收ACK时或发生分组丢失时的拥塞窗口或慢启动阈值，而不会考虑由所述接收字节数计算部计算出的数据段的字节数；

所述发送数据段控制部根据由所述拥塞窗口计算部计算出的拥塞窗口或慢启动阈值，进行数据段的发送控制。

6.一种通信控制方法，其特征在于，该通信控制方法包括：

在发送侧计算在一定期间内到达接收侧的数据段的字节数的步骤；和

根据在所述发送侧中计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制的步骤。

7.一种通信控制程序，其特征在于，该程序使计算机执行下述步骤：

在发送侧计算在一定期间内到达接收侧的数据段的字节数的步骤；和

根据在所述发送侧中计算出的数据段的字节数，对发送数据段数进行控制的步骤。

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