CN101969432A - 基于随机回退的tcp拥塞窗口的控制方法 - Google Patents

基于随机回退的tcp拥塞窗口的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于随机回退的TCP拥塞窗口的控制方法，其特征是在瓶颈节点拥塞时，每个TCP各自计算一个[0，1]范围内的随机数，然后每个TCP按照各自计算的随机数减少自己的拥塞窗口；在拥塞避免阶段，每个TCP各自计算一个[0，1]范围内的随机数，然后每个TCP按照各自计算的随机数增加自己的拥塞窗口。本发明通过随机调整TCP拥塞窗口，不需要TCP发送端的进行复杂的计算和带宽预测，减缓了TCP全局同步，提高了网络带宽的传输效率，适合在现有的Internet上使用。

Description

基于随机回退的TCP拥塞窗口的控制方法
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)拥塞窗口随机回退的控制方法。
背景技术
TCP通过“慢启动”、“拥塞避免”、“快速重传”、“快速恢复”4个算法设置不同的参数来实现不同TCP拥塞控制，就是和式增加积式减少(AIMD，additive increase multiplicative decrease)，TCP根据拥塞窗口来调整发送速度。瓶颈节点中最常用的队列管理策略是“弃尾”(Drop Tail)，即随着缓冲区的溢出而丢包，是一种被动队列管理机制。“弃尾”的缺陷包括数据流的全局同步，缓冲区队列长度振荡以及持续队满造成的延迟较大等。当一个基于TCP协议的发送端检测到连续三个重复应答(ACK)或包的重传计时器超时，都进行重传，然后发送端减小发送窗口，进入慢启动或拥塞避免等拥塞控制阶段。这会立刻降低发送端的发送速率，以便减轻路由器拥塞。此后，发送端会逐渐将发送窗口恢复至拥塞发生前的大小。当多个相同控制方法的TCP都产生丢包时，它们都要减少自身发送速率，由于相同算法的TCP都按相同的系数减少发送速率，会造成路由器从拥塞状态进入低利用率状态，当探测到路由器空闲时，各发送端又增大发送速率，路由器又进入拥塞状态，如此往复，产生了“全局同步”问题。“全局同步”导致链路带宽的利用率下降，造成网络资源浪费。
发明内容
本发明的目的所要解决的问题就是为在网络发生拥塞时，TCP能按随机数调整拥塞窗口，缓和全局同步，提高网络资源的利用率，提出一种基于随机回退的TCP拥塞窗口的控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明只改变TCP拥塞控制过程中“快速重传”阶段的拥塞窗口减小机制和“拥塞避免”时的拥塞窗口增加机制，其余部分不涉及。
当瓶颈节点拥塞时，每个TCP各自计算一个[0，1]范围内的随机数，然后每个TCP按照各自计算的随机数减少自己的拥塞窗口，这样有的TCP拥塞窗口减少的多，而有的TCP拥塞窗口减少的少，每个TCP的发送速度减少不一致，避免瓶颈节点的发送速度减少过多而导致效率下降；在拥塞避免阶段，每个TCP各自计算一个[0，1]范围内的随机数，然后每个TCP按照各自计算的随机数增加自己的拥塞窗口，有的TCP拥塞窗口增加的多，而有的TCP拥塞窗口增加的少，这样每个TCP的发送速度增加不一致，这样防止发送速度过快地增长，有效延迟下次拥塞发生的时间和平缓拥塞窗口的波动。
对于每一个运行的TCP来说，具体包括如下步骤：
(1)按照当前拥塞窗口发送数据；
(2)收到应答信号，判断是否新数据包应答，如果是则到第(3)步，如果否则到第(6)步；
(3)判断数据是否发送完，如果是到第(9)步，如果否到第(4)步；
(4)判断TCP当前拥塞窗口是否大于等于慢启动阈值，也就是判断是否在拥塞避免阶段，如果是则到第(5)步，如果否则到第(8)；
(5)则将其拥塞窗口的增加量设置为R(e，f)*1/Cwnd，R(e，f)表示为e到f之间的随机数，其中0≤e≤f≤1，Cwnd为当前的拥塞窗口，然后到第(1)步；
(6)则判断是否第3个非新数据包应答，也就是判断是否第3个重复应答，如果是则到第(7)步，如果否则到第(8)步；
(7)则其将其拥塞窗口的减少量设置为R(c，d)*Cwnd，Cwnd表示当前拥塞窗口，R(c，d)表示为c到d之间的随机数，其中0≤c≤d≤1，然后到第(1)步；
(8)TCP其它过程处理，不在本发明范围内，然后到第(1)步；
(9)该次发送结束。
TCP如果都按同样的量减少或增加拥塞窗口，必然会导致“全局同步”，在TCP都按照同样的量减少拥塞窗口时，经常会使瓶颈节点的发送速度下降到0，导致瓶颈节点空闲，利用率下降。因此，如果每个TCP随机减少拥塞窗口，会使瓶颈节点的发送速度下降到0的次数减少，从而提高网络的传输效率。
本发明通过随机调整TCP拥塞窗口，不需要TCP发送端的进行复杂的计算和带宽预测，减缓了TCP全局同步，提高了网络带宽的利用率，适合在现有的Internet上使用。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是本发明方法进行测试的网络拓扑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明的实例中，c，d，e，f取值为：c＝0.2，d＝0.55，e＝0.38，f＝1.0。
本发明中TCP按随机数调整拥塞窗口，Cwnd表示TCP拥塞窗口，每个TCP其处理方法如图1所示，
(1)TCP按照当前拥塞窗口发送数据；
(2)收到应答信号，判断是否新数据包应答，如果是则到第(3)步，如果否则到第(6)步；
(3)判断数据是否发送完，如果是到第(11)步，如果否到第(4)步；
(4)判断TCP当前拥塞窗口是否大于等于慢启动阈值，也就是判断是否在拥塞避免阶段，如果是则到第(5)步，如果否则到第(8)；
(5)Cwnd＝Cwnd+R(0.38，1.0)*1/Cwnd，R(0.38，1.0)表示为0.38到1.0之间的平均分布随机数，然后到第(1)步；
(6)则判断是否第3个非新数据包应答，也就是判断是否第3个重复应答，如果是则到第(7)步，如果否则到第(9)步；
(7)Cwnd＝Cwnd-R(0.2，0.55)*Cwnd，Cwnd表示当前拥塞窗口，R(0.2，0.55)表示为0.2到0.55之间的平均分布随机数，然后到第(1)步；
(8)当前是慢启动阶段，Cwnd＝Cwnd+1，然后到第(1)步；
(9)判断重复应答是否超过3个，如果是则到第(10)步，如果否则到第(1)步；
(10)Cwnd＝Cwnd+1，然后到第(1)步；
(11)本次发送结束。
图2是本发明方法的测试网络环境，R0为瓶颈节点，瓶颈链路位于节点R0和节点R1之间，链路容量12Mbps，延时15ms，采用弃尾队列管理，缓存大小为30packets；节点Si均为持久性FTP业务源，他们与节点R0之间的链路容量均为20Mbps，延时15ms，向目标节点Di发送数据；节点Di与节点R1之间的链路容量均为20Mbps，延时15ms；数据包均为1040Byte(包括40Byte包头)。接收端Di的窗口设置足够大，使得TCP发送仅受拥塞窗口Cwnd控制。
表1是本发明方法图1实施例与目前Internet使用最广泛的TCP Rewnero在图2网络环境下进行比对，设置图2中的TCP发送节点S个数分别为2、4、6、8、10时，接收节点D个数同时也为2、4、6、8、10时，分别采用TCP Rewnero和本发明方法，统计100秒内瓶颈节点R0发送的有效数据包个数。由表1可见本发明方法的网络传输效率明显高于TCP Rewnero。
表1本发明方法与TCP Newreno比对结果
Figure BSA00000290331300041
本实施例并非构成对本发明的限制，本领域技术人员在通过阅读本实施例后做出的等同变换，也属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于随机回退的TCP拥塞窗口的控制方法，其特征在于在瓶颈节点拥塞时，每个TCP各自计算一个[0，1]范围内的随机数，然后每个TCP按照各自计算的随机数减少自己的拥塞窗口；在拥塞避免阶段，每个TCP各自计算一个[0，1]范围内的随机数，然后每个TCP按照各自计算的随机数增加自己的拥塞窗口。
2.根据权利要求1所述的基于随机回退的TCP拥塞窗口的控制方法，其特征在于每一个运行的TCP的运行方式如下：
(1)按照当前拥塞窗口发送数据；
(2)收到应答信号，判断是否新数据包应答，如果是则到第(3)步，否则到第(6)步；
(3)判断数据是否发送完，如果是到第(9)步，否则到第(4)步；
(4)判断TCP当前拥塞窗口是否大于等于慢启动阈值，也就是判断是否在拥塞避免阶段，如果是则到第(5)步，否则到第(8)；
(5)将TCP拥塞窗口的增加量设置为R(e，f)*1/Cwnd，R(e，f)表示为e到f之间的随机数，其中0≤e＜f≤1，Cwnd为当前的拥塞窗口，然后到第(1)步；
(6)判断是否为第3个非新数据包应答，也就是判断是否第3个重复应答，如果是则到第(7)步，否则到第(8)步；
(7)将TCP拥塞窗口的减少量设置为R(c，d)*Cwnd，Cwnd表示当前拥塞窗口，R(c，d)表示为c到d之间的随机数，其中0≤c＜d≤1，然后到第(1)步；
(8)该次发送结束。
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