CN102148662A - 一种数据发送速率的调整方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据发送速率的调整方法及装置，用以避免不必要的链路拥塞控制，提高系统传输性能。本发明提供的一种数据发送速率的调整方法包括：数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据发送速率的调整方法及装置。
背景技术
传送控制协议(TCP，Transfer Control Protocol)是面向连接的、可靠的传输层通信协议标准。由于TCP具有拥塞控制、可靠性、流化传输等突出特点，TCP在构建网络服务，特别是无线移动计算网络系统方面发挥了重要的作用。
由于无线环境与有线环境相比，通常具有高误码率、变化的带宽、时延大以及频繁移动等特性，因此将传统的基于有线的TCP技术应用于无线环境下，会造成大幅度的性能减退。因此在无线网络中如何有效区分丢包原因并据此做出正确的反应成为提高无线网络TCP性能的关键。
目前所使用的拥塞控制机制基本都是基于TCP协议的和式增加积式减少算法，但是仍存在许多问题。TCP拥塞控制算法都是使用丢包或超时重传作为发现网络拥塞的隐式通告信号，通常丢包是发生在路由器的缓冲区已满的时候，这时发送来的每个包都会被丢弃，如尾丢弃(tail drop)算法，队列按照先进先出的规则处理到来的分组，由于缓冲队列长度总是有限的，因此当队列已满时，随后到达的分组都将被丢弃，这对突发流量不公平。
在无线环境中的丢包并不一定意味着链路拥塞，一旦发生丢包和时延变大，传统的TCP会将其误认为网络拥塞，从而启动不必要的拥塞控制及避免机制，这些不必要的行为最终导致吞吐量和时延等传输性能下降。
为了减少路由器的丢包，现有技术中提出了基于显式拥塞通知(ECN，Explicit Congestion Notification)算法。ECN使用IP包头中的两位和TCP头部中的两位，完成显示拥塞通知。ECN的目的是减少路由器的丢包，以避免在TCP的发送端触发不必要的TCP拥塞控制机制，具体地说，当路由器出现潜在拥塞，一个在队列中随机选择的包会被标记。当接收端收到该标记之后，就会发出一个特殊的确认(ACK，Acknowledgment)包。当发送端收到这个特殊的ACK包后，它就会减小发送窗口的大小；反之则增大窗口大小。
其中，ECN机制使用的IP包头中服务类型(TOS，Type of Service)域中的两位完成显示拥塞通知，一位由数据发送方设置，用于指示传输协议的端节点是ECN使能端，该位称为ECN使能传输(ECT，ECN-Capable Transport)指示位；另一位由路由器设置，用于向端节点指示拥塞，该位称为经历拥塞(CE，Congestion Experienced)指示位。
ECN机制使用TCP头部中的保留部分的两位完成显示拥塞通知，一位由接收端设置，用于通知发送方发生了链路拥塞，该位称为ECN回应(ECN-echo)指示位；另一位由发送端设置，用于通知接收端发送窗口已经减小，该位称为拥塞窗口减小(CWR，Congestion Window Reduced)指示位。
上述各数据位的设置如图1所示，包括：
发送端和接收端建立TCP连接时进行协商，如果端系统可使用ECN，发送端在发送数据包时就将IP头部中的TOS域的ECT位置1。
路由器检测到拥塞时，如果到达的数据包是ECN使能传输的，就将IP头中TOS域的CE位置1，用于向端节点指示拥塞；CE位被置1的数据包称为CE包。
当接收端收到CE位被置1的IP包后，在对该包的确认包中将TCP头部中保留部分的最后一位，即ECN-echo位，置1，即ECN-echo位被置1的包为ECN-echo包。
发送方在收到ECN-echo位被置1的包并将发送窗口减小后，在新发送的IP包中将TCP头部保留部分的CWR位置1，并称该包为CWR包。
现有ECN算法的具体过程，包括：
发送端和接收端建立TCP连接时进行协商，如果端系统可使用ECN，发送端在发送数据包时就将IP包头的ECT位置1，发送方按正常的窗口流控方法发送数据；当路由器检测到拥塞时，查看到达IP包中的ECT位，若为1，则知道端系统是ECN使能传输的，将IP包头的CE位置1后放入缓冲区排队转发；接收端收到CE包后，在发回对该包的确认(ACK)包时，将TCP头部的ECN-echo位置1，并对后续的ACK包也设置ECN-echo标志，直到收到从发送端来的CWR包，并且该CWR包的CE位未置1(即该包不是CE包)；如果接收端又收到CE包，就再次发送ECN-echo确认包。发送方收到ECN-echo包后，就推断从发送方到接收方的网络路径上发生了拥塞，传输协议就将发送窗口缩小，降低发送速率，并将窗口减小后发送的第一个数据包的TCP头部中CWR位置1，以通知接收端发送方窗口已减小。接收端收到CWR包后，就知道发送端已将发送窗口减小，如果CWR包的CE位为1，说明在发送端发送窗口减小后网络还处在拥塞状态，发送窗口需进一步缩小，在ACK包中仍需设置ECN-echo位。
综上所述，现有技术数据传输过程中，数据发送方每次收到ECN-echo位置1的确认包后，都会启动链路拥塞控制及避免机制，而有些情况下并不一定是发生了链路拥塞，无需采取链路拥塞控制等操作，这些不必要的行为最终导致吞吐量和时延等传输性能下降。
发明内容
本发明实施例提供了一种数据发送速率的调整方法及装置，用以避免不必要的链路拥塞控制，提高系统传输性能。
本发明实施例提供的一种数据发送速率的调整方法包括：
数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；
数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率。
本发明实施例提供的一种数据发送速率的调整装置包括：
统计单元，用于对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；
速率调整单元，用于根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率。
本发明实施例，数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，从而避免不必要的链路拥塞控制，提高系统传输性能。
附图说明
图1为拥塞指示位的设置示意图；
图2为本发明实施例提供的一种数据发送速率的调整方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种数据发送速率的调整装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种数据发送速率的调整方法及装置，用以避免不必要的链路拥塞控制，提高系统传输性能。
下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案进行说明。
参见图2，本发明实施例提供的一种数据发送速率的调整方法，包括步骤：
S101、数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；
S102、数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率。
较佳地，所述是否发生链路拥塞的信息，通过显式拥塞通知ECN回应指示ECN-echo位指示。
较佳地，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，包括：
当连续N个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，数据发送方降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，N是预先设置的阈值。
较佳地，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，包括：
当在特定时间内M个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，数据发送方降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，M是预先设置的阈值。
较佳地，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，还包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，还包括：
当连续n个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，数据发送方提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，n是预先设置的阈值。
较佳地，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，还包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，还包括：
当在特定时间内m个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，数据发送方提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，m是预先设置的阈值。
上述N、M、n和m的值，可以相同，也可以各不相同，具体的值，可以根据实际需要进行设置。
所述的特定时间，也可以根据实际需要进行设置。
所述的数据发送方，可以是网络侧设备，也可以是终端侧设备。
由此可见，本发明实施例根据ECN反馈信息的统计结果，动态调整数据发送速率。
本发明实施例中，数据传输的每个节点设备都必须支持ECN协议，发送端、中间节点和接收端在传输数据包时，应根据网络的拥塞状况，修改IP头部和TCP头部中的ECN指示位。发送端和接收端建立TCP连接后，开始数据传输，当接收端收到CE包后，如果检测到CE位的值是1，那么在发回对该包的确认ACK包时，将TCP头部的ECN-echo位置1。本发明实施例方案就根据ECN-echo位的反馈信息作相应的统计，基于这些反馈信息的统计，动态调整数据发送窗口大小和数据传输速率。
由于无线环境下数据发送速率容易出现波动，为了滤除瞬时的拥塞假象，本发明实施例在ECN-echo反馈的基础上进行相应的滤波(平滑)处理。具体的方法可以是当发送端接收到由接收端回应的ACK包时，假定连续接收到若干个(具体数量可根据经验配置)ACK消息中的ECN-echo位置1，或者是在一定的单位时间内收到指定数量的ACK消息中的ECN-echo位置1，发送端即可有把握判定数据链路即将拥塞，故此立即降低发送速率(降低速率的大小可根据应用经验得到的，而且是可配置的)。
同样，由于无线环境下数据发送速率容易出现波动，为了滤除瞬时的拥塞解除假象，本发明实施例在正常反馈(ECN-echo位置0)的基础上进行相应的滤波(平滑)处理。具体的方法是：传输速率被调小后，当发送端接收到由接收端回应的ACK包时，如果连续接收到若干个(具体数量可配置)ACK消息中的ECN-echo位置0，或者是在一定的单位时间内收到指定数量的ACK消息中的ECN-echo位置0，则即可有把握判定数据链路拥塞解除，故此发送端立即提高发送速率(提高速率的大小可根据实际需要进行配置)。
在无线环境下，基于TCP的应用层协议均可根据上述两点的反馈信息统计量来判断网络拥塞状况，并及时调整数据传输速率。
例如：UE与应用服务器建立超文本传送协议(HTTP，Hyper Text Transfer Protocol)连接，准备开始进行HTTP文件下载，且在当前无线网络的传输速度下，下载较大的文件需要较长的时间，此时应当启用本发明实施例提供的方案进行拥塞控制。当UE向HTTP应用服务器发起一个请求，建立一个到服务指定端口(默认是80端口)的TCP连接。HTTP服务器则在那个端口监听客户端发送过来的请求。一旦收到请求，服务器向客户端发回一个连接响应的消息。建立连接后，UE向服务器请求一个文件，服务器收到文件请求后，发送一个应答，文件下载开始。在下载的过程中，服务器通过收集UE发回的ACK包，通过统计数据包中的ECN-echo信息来判定网络状况，如果连续接收到指定数量的ACK消息中的ECN-echo位置1，或者是在特定时间内收到指定数量的ACK消息中的ECN-echo位置1，服务器将立即降低发送速率；而如果连续接收到指定数量的ACK消息中的ECN-echo位置0，或者是在特定时间内收到指定数量的ACK消息中的ECN-echo位置0，服务则判定网络状态良好，可以尝试提高数据发送速率。
参见图3，本发明实施例提供的一种数据发送速率的调整装置包括：
统计单元101，用于对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；
速率调整单元102，用于根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率。
较佳地，所述统计单元101对数据接收方反馈的显式拥塞通知ECN回应指示ECN-echo位指示的是否发生链路拥塞的信息进行统计。
较佳地，所述统计单元101，接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述速率调整单元102，当连续N个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，N是预先设置的阈值。
较佳地，所述统计单元101，接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述速率调整单元102，当在特定时间内M个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，M是预先设置的阈值。
较佳地，所述统计单元101，还用于接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述速率调整单元102，还用于当连续n个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，n是预先设置的阈值。
较佳地，所述统计单元101，还用于接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述速率调整单元102，还用于当在特定时间内m个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，m是预先设置的阈值。
较佳地，本发明实施例提供的数据发送速率的调整装置，可以为网络侧设备，也可以为UE。
综上所述，本发明实施例，数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，从而避免不必要的链路拥塞控制，提高系统传输性能。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种数据发送速率的调整方法，其特征在于，该方法包括：
数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；
数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述是否发生链路拥塞的信息，通过显式拥塞通知ECN回应指示ECN-echo位指示。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，包括：
当连续N个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，数据发送方降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，N是预先设置的阈值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，包括：
当在特定时间内M个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，数据发送方降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，M是预先设置的阈值。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，还包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，还包括：
当连续n个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，数据发送方提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，n是预先设置的阈值。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述数据发送方对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计，还包括：
数据发送方接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述数据发送方根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率，还包括：
当在特定时间内m个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，数据发送方提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，m是预先设置的阈值。
7.一种数据发送速率的调整装置，其特征在于，该装置包括：
统计单元，用于对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息进行统计；
速率调整单元，用于根据对数据接收方反馈的是否发生链路拥塞的信息的统计结果，调整向该数据接收方发送数据的速率。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述统计单元对数据接收方反馈的显式拥塞通知ECN回应指示ECN-echo位指示的是否发生链路拥塞的信息进行统计。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述统计单元，接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述速率调整单元，当连续N个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，N是预先设置的阈值。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述统计单元，接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞的ACK包的个数；
所述速率调整单元，当在特定时间内M个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞时，降低向该数据接收方发送数据的速率，其中，M是预先设置的阈值。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述统计单元，还用于接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计数据接收方连续反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述速率调整单元，还用于当连续n个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，n是预先设置的阈值。
12.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述统计单元，还用于接收数据接收方反馈的确认ACK包，并统计在特定时间内数据接收方反馈的ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除的ACK包的个数；
所述速率调整单元，还用于当在特定时间内m个ACK包中的ECN-echo位指示链路拥塞解除时，提高向该数据接收方发送数据的速率，其中，m是预先设置的阈值。
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