CN101969408B - 基于分组dscp标记的主动队列管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分组DSCP标记的主动队列管理方法，属于网络路由技术领域。本发明方法通过业务识别技术对进入路由器的业务先进行识别以确定该类业务的性能指标，同时在DSCP字段根据预先定义的策略对分组进行标记；在路由器的缓冲区队列针对不同的业务属性设置不同的门限值和最大丢弃概率，通过比较该类业务分组在队列中所占的比例来计算分组的丢弃概率；在计算分组的丢弃概率时，同时调整其最大丢弃概率值来解决队列参数设计稳定问题。相比现有的主动队列管理方法，本发明方法具有区分对待各种业务分组并针对不同业务合理分配带宽以及适应网络动态变化环境的优点。

Description

基于分组DSCP标记的主动队列管理方法

技术领域

本发明涉及主动队列管理方法，尤其涉及一种基于分组DSCP标记的主动队列管理方法，属于网络路由技术领域。

背景技术

目前互联网的拥塞控制主要是依靠基于源端的TCP（Transport Control Protocol，传输控制协议）拥塞控制机制，互联网的飞速发展也说明了TCP拥塞控制机制是成功的。但近年来互联网的爆炸式增长，特别是多媒体业务的广泛应用，使得互联网已经不可能再仅仅依靠基于源端的TCP拥塞控制机制，路由器本身也必须主动参与到拥塞控制中来，这是因为路由器直接掌握着互联网上的各种传输信息。IEIF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）针对早期路由器使用传统Drop-tail算法的缺点提出了主动队列管理（AQM）算法。AQM算法的主要思想是在网络拥塞的早期就检测出来并通知源端降低分组发送速率，从而避免拥塞。RED算法是最著名的AQM算法，它以一定概率丢失或标记数据包来通知端系统网络拥塞的情况。

随着技术的发展和人们物资生活质量的提高，人们希望对自己所付费的业务得到应有服务质量的保证，这就要求我们对待不同的业务采用不同的策略。但是RED算法将入队的分组“一视同仁”，使各种业务享有同等的地位，不能提供有效的区分度，这样会使有些非实时业务或恶意流占据相当一部分网络资源，而影响一些实时业务的服务质量。因此，现有RED算法存在以下两方面问题：（1）RED算法针对所有的业务采用一组相同的参数，而网络环境是复杂动态变化的，这不能保证RED算法应对大多情况下的网络拥塞情况；（2）RED算法不能根据各类业务服务质量按优先级别加以对待，这可能会使一些实时业务不能满足时延、抖动、往返时延等性能指标要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动队列管理方法，以解决现有RED算法存在的上述问题。

本发明方法首先根据已经识别出业务的服务质量要求来决定该类业务分组是否进

入路由器的缓冲区队列，并且通过相对优先级来解决低优先级业务的“饥饿”现象和自适应算法来解决参数设置问题，具体而言，本发明采用以下技术方案：

一种基于分组DSCP标记的主动队列管理方法，包括以下步骤：

步骤S1、识别数据包的业务类别，并按照其所属业务类别，根据预先定义的业务类别

和DSCP值的对应关系用相应的DSCP值标记；

步骤S2、根据DSCP标记，在路由器缓冲区队列入口使该数据分组进入与其业务类别相应的队列；

步骤S3、针对每类业务设置一个计数器，当有分组到达的时候统计每一类业务分组数目q _i 和整个缓冲区队列的分组数目q，计算每种业务在队列中所占的比例                                                

，其中，

，

为所有业务的类别数；

步骤S4、分组到达时，首先根据以下公式计算队列中全部分组的平均队长

：

，

其中，

为前一次计算所得分组平均队长的更新值，为预先设定的加权系数，

为整个缓冲区队列的分组数目；

然后根据得到的的值按照以下规则执行：

当

时，所有到达的业务分组均进入队列；

当

时，丢弃所有到达分组；

当

时，继续执行步骤S5；

其中，

、

分别为预先设定的两个阈值，且有

<

；

步骤S5、按照下述规则执行：

a) 当

时，丢弃该业务分组；

b)当

时，该类到达业务分组入队；

c)当

时，根据下式计算丢弃概率

并按照该丢弃概率

丢弃到达分组：

，

同时，按照以下规则对该第i类分组的最大丢弃概率

进行动态调整：

如果，且

，则

；

如果，且

，则

;

如果，则保持

不变；

其中，

 ； ，为第

类分组平均队长动态调整时开始变化的范围； 是增长因子且

；

是递减因子，取值为0.9； 

为有分组到达的第

类业务的分组数目与整个缓冲区队列的分组数目

的比值；

；

为所有业务的类别数；

；

；、

分别为预先设定的第

类业务分组数目在队列缓冲区中最小阈值、最大阈值；

表示连续成功到达的第i类分组的分组个数。

本发明方法通过给每类业务分组设置不同的参数，比较每类业务分组在缓冲区中占全部分组的比例来到达区分对待不同服务质量要求的业务分组，能使一些语音、数据、视频多媒体等业务得到自己合理的带宽同时不侵占其它业务的带宽，在一定程度上起到了公平分配带宽的作用；同时在该算法中，针对缓冲区中现有类分组当前队列长度情况和其最大丢弃概率来使其最大丢弃概率保持在[0.01,0.5]范围内，这样能保证该类分组平均队长稳定，也在一定程度上解决了RED算法中固定参数不能适应动态网络环境的问题。

附图说明

图1为本发明所述的基于分组DSCP标记的主动队列管理方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式中所述对对缓冲区中全部分组队长进行调整的流程图；

图3为本发明具体实施方式中所述的当时第类分组的分组丢弃概率计算方法的流程图；

图4为本发明具体实施方式中所述对第i类分组的最大丢弃概率

进行动态调整的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的基于分组DSCP标记的主动队列管理方法，如附图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、识别数据包的业务类别，并按照其所属业务类别，根据预先定义的业务类别

和DSCP值的对应关系用相应的DSCP值标记；

    本步骤中，可采用现有的端口匹配法、净荷分析法和流行为统计法等方法

进行业务识别，然后根据预先定义的业务类别和DSCP值的对应关系对数据包进行标识，

每一类业务对应不同的DSCP值。

步骤S2、根据DSCP标记，在路由器缓冲区队列入口使该数据分组进入与其业务类别相应的队列。

步骤S3、针对每类业务设置一个计数器，当有分组到达的时候统计每一类业务分组数目q _i 和整个缓冲区队列的分组数目q，计算每种业务在队列中所占的比例

，其中，

，

为所有业务的类别数。

步骤S4、分组到达时，首先根据以下公式计算队列中全部分组的平均队长

：

，

其中，

为前一次计算所得分组平均队长的更新值，

为预先设定的加权系数，

为整个缓冲区队列的分组数目；本具体实施方式中，

的取值为0.002；

然后根据得到的

的值按照以下规则执行：

当

时，所有到达的业务分组均进入队列；

当

时，丢弃所有到达分组；

当

时，继续执行步骤S5；

其中，、

分别为预先设定的两个阈值，且有<

；

由于路由器缓冲区资源有限，为了提高缓冲区的利用率，同时为了减少拥塞的发生，在缓冲区的分组队长最好是在一个取值范围之内，本发明预先设置了两个阈值

、

；当有分组到达时，对缓冲区中全部分组的平均队长的计算和比较从而使所有在缓冲区的分组队长均保持在我们设置的两个阈值之间的范围内，具体的计算和比较过程如附图2所示。

步骤S5、当全部分组的平均队长介于最小和最大阀值、范围时，为了保证不同类分组服务质量的要求，要对不同类的分组加以区别对待处理，也就是利用相应业务类分组的参数（

、

、

）来计算该类分组的丢弃概率，具体按照以下方法：

   a) 当

时，该类到达业务分组入队；

   b) 当

时，丢弃该业务分组；

c) 当

时，根据下式计算丢弃概率

并按照该丢弃概率

丢弃到达分组：

，

对第i类分组的丢弃概率的计算过程如附图3所示。

由于网络环境是动态变化的，为了保证设置的第i类分组参数能够适应网络的动态

变化环境，本发明通过动态调整第i类分组最大丢弃概率来实现，具体采用以下方法：

如果

，且

，则

；

如果

，且

，则

;

如果

，则保持不变；

对第i类分组最大丢弃概率

动态调整的过程如附图4所示；

其中， ； 

，为第

类分组平均队长动态调整时开始变化的范围； 

是增长因子且

；

是递减因子，取值为0.9； 为有分组到达的第

类业务的分组数目

与整个缓冲区队列的分组数目

的比值；

；

为所有业务的类别数；；

；

、分别为预先设定的第

类业务分组数目在队列缓冲区中最小阈值、最大阈值；

表示连续成功到达的第i类分组的分组个数。

Claims (2)

1.一种基于分组DSCP标记的主动队列管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、识别数据包的业务类别，并按照其所属业务类别，根据预先定义的业务类别和DSCP值的对应关系用相应的DSCP值标记；

步骤S2、根据DSCP标记，在路由器缓冲区队列入口使该数据包进入与其业务类别相应的队列；

步骤S3、针对每类业务设置一个计数器，当有分组到达的时候统计每一类业务分组数目qi和整个缓冲区队列的分组数目q，计算每种业务在队列中所占的比例

其中，i＝1，2，…n，n为所有业务的类别数；

步骤S4、分组到达时，首先根据以下公式计算队列中全部分组的平均队长Q_avg：Q_avg＝Q_avg′×(1-w_q)+q×w_q，

其中，Q_avg′为前一次计算所得分组平均队长的更新值，w_q为预先设定的加权系数；然后根据得到的Q_avg的值按照以下规则执行：

当Q_avg＜Min_th时，所有到达的业务分组均进入队列；

当Q_avg＞Max_th时，丢弃所有到达分组；

当Min_th≤Q_avg≤Max_th时，继续执行步骤S5；

其中，Min_th、Max_th分别为预先设定的两个阈值，且有Min_th＜Max_th；

步骤S5、按照下述规则执行：

a)当k_i＞k_imax时，丢弃该业务分组；

b)当k_i＜k_imin时，该类到达业务分组入队；

c)当k_imin＜k_i＜k_imax时，根据下式计算丢弃概率p_i并按照该丢弃概率p_i丢弃到达分组：

$p_i=\frac{p_i^{\text{'}}}{1-{\mathrm{count}}_i\&times;p_i^{\text{'}}},$

同时，按照以下规则对该第i类分组的最大丢弃概率p_imax进行动态调整：

如果p_imax≤0.01，且q_i≥max_ith-q_thi，则p_imax＝p_imax+α；

如果p_imax≥0.5，且q_i≤min_ith+q_thi，则p_imax＝p_imax/β；

如果0.01＜p_imax＜0.5，则保持p_imax不变；

其中，

q_ith＝0.1×[max_ith-min_ith]，为第i类分组平均队长动态调整时开始变化的范围；α是增长因子且α＝min(0.01，p_imax/4)；β是递减因子，取值为0.9；

min_ith、max_ith分别为预先设定的第i类业务分组数目在队列缓冲区中最小阈值、最大阈值；count_i表示连续成功到达的第i类分组的分组个数。

2.如权利要求1所述基于分组DSCP标记的主动队列管理方法，其特征在于，其特征在于，步骤S4中所述加权系数w_q的取值为0.002。

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