CN103220232A - 数据拥塞控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据拥塞控制方法和设备。方法包括步骤：接收数据传输请求；监测数据传输请求的请求量；比较请求量与请求量阈值；如果请求量超过请求量阈值，则降低数据传输请求的优先级。根据本发明的各种实施方式，通过应用根据本发明的数据拥塞控制方法或设备，可以实现对拥塞更灵活的控制，并且可以充分利用服务或通道，设定标准更有弹性。

Description

数据拥塞控制方法和设备

技术领域

本发明涉及网络数据传输，更具体地，涉及数据拥塞控制。

背景技术

当网络中存在过多的数据包时，网络的性能就会下降，这种现象称为拥塞。拥塞是当多个用户竞争访问相同的资源(带宽、缓冲区和队列)时发生在共享网络上的问题。就像高速公路发生的拥塞，很多车辆进入高速公路而不考虑即将发生或已经发生的拥塞，随着越来越多的车辆进入高速公路，拥塞会变得越来越严重。最后，斜坡上的车辆可能后退下滑，从根本上阻止车辆上去。

拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。这种现象跟公路网中经常所见的交通拥挤一样，当节假日公路网中车辆大量增加时，各种走向的车流相互干扰，使每辆车到达目的地的时间都相对增加(即延迟增加)，甚至有时在某段公路上车辆因堵塞而无法开动(即发生局部死锁)。

总之，在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，即，产生拥塞。若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。

网络产生拥塞的根本原因在于用户(或叫端系统)提供给网络的负载大于网络资源容量和处理能力，表现为数据包延时增大、丢弃概率增大、上层应用系统性能下降。

拥塞产生的直接原因有以下三点：

(1)存储空间不足。几个输入数据流共同需要同一个输入端口，在这个端口就会建立排队，如果没有足够的存储空间，数据包就会丢弃，对突发数据流更是如此。增加存储空间在一定程度上可以缓解这一矛盾，但如果路由器有无限存储空间量，拥塞只可能变得更坏，而不是更好——因为网络里的数据包经过长时间排队后才通过路由器完成转发，会浪费网络资源，加重网络拥塞。

(2)带宽不足。低速链路对高速数据流的输入也会产生拥塞。根据香农信息理论，在网络低速链路处会形成带宽瓶颈，当其满足不了所有信源带宽要求时，网络就会发生拥塞。

(3)处理器能力弱、速度慢。如果路由器的CPU在执行排队缓存、更新路由表等功能时，处理速度跟不上高速链路，也会产生拥塞。同样，低速链路对高速CPU也会产生拥塞。

因此，网络中拥塞现象发生的原因是“需求”大于“供给”。网络中有限的资源由多个用户共享使用。由于没有“接纳控制”策略，网络无法根据资源的情况限制用户的数量；同时，网络是一个分控制系统，由于缺乏中央集成控制，网络无法控制用户使用资源的数量。

从控制理论的角度，拥塞控制方法可以分为开环控制和闭环控制两大类。开环控制是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。闭环控制是基于反馈环路的概念。当流量特征可以准确规定、性能要求可以事先获得时，适于使用开环控制；当流量特征不能准确描述或者当系统不提供资源预留时，适于使用闭环控制。目前主要采用闭环控制方式，以动态的适应网络的变化，其设计关键是如何生成反馈信息和如何对反馈信息进行响应。

闭环的拥塞控制分为三个阶段：检测网络中拥塞的发生；将拥塞信息报告到拥塞控制点；拥塞控制点根据拥塞信息进行调整以消除拥塞。闭环的拥塞控制可以动态的适应网络的变化，但算法性能受到反馈延迟的严重影响。当拥塞发生点和控制点之间的延迟很大时，算法性能会严重下降。

任何关于拥塞的讨论都要涉及到队列。网络上的缓冲区使用不同的队列技术来管理。适当的管理队列可以使丢失数据分组和网络拥塞最小化并改进网络性能。

最基本的技术是FIFO(先进先出)，即按照数据分组到达队列的顺序处理它们。此外，优先级队列方案使用具有不同优先级的多个队列，以便可以首先发送最重要的数据分组。

一项重要的队列技术是将数据流分配到它们自己的队列中。这样区分数据流的目的是分配不同的优先级。同样重要的是，每个数据流负责确保它不会溢出自己的队列。这样分离的队列确保每个队列只包含来自单个源的数据分组。

CN102077532A公开了一种基于优先级的服务请求、服务接纳授权和网络拥塞控制的方法和系统，其中基于优先级的网络拥塞控制的方法由网络实体实现，所述方法包括：确定与由网络实体所处理的服务请求相关联的一个或多个优先级；确定资源可用性；以及基于与服务请求相关联的一个或多个优先级和资源可用性，确定是否授权服务请求。

总而言之，现有技术中，目前常见的拥塞控制是单用户限速，限速会导致服务或通道的不充分利用，且限速标准较难客观核定，受用户的使用频度影响。

发明内容

本发明的目的在于，实现自动降低处理优先级的拥塞控制方案。例如，在多用户无顺序异步服务中，当某用户单位时间段内的正常请求达设定的次数后，此单位时间内后续此用户的请求将被降低优先级处理。本发明旨在解决对多用户无顺序异步服务在拥塞控制上的问题。当多用户中其中一个或多个用户的正常请求量较大时，降低其后续请求处理优先级，降低其对其他用户正常请求的影响。若配合请求本身的优先级使用，非及时性请求直接标识为低优先级，可达到防止控制每个用户自身的正常请求拥塞问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种数据拥塞控制方法，包括步骤：接收数据传输请求；监测数据传输请求的请求量；比较请求量与请求量阈值；如果请求量超过请求量阈值，则降低数据传输请求的优先级。优选地，如果请求量不超过请求量阈值，并且数据传输请求的优先级之前被降低，则恢复数据传输请求的优先级。

根据本发明的另一方面，提供了一种数据拥塞控制设备，包括：接收装置，用于接收数据传输请求；监测装置，用于监测数据传输请求的请求量；比较装置，用于比较请求量与请求量阈值；降级装置，用于如果请求量超过请求量阈值，则降低数据传输请求的优先级。优选地，数据拥塞控制设备还包括恢复装置，用于如果请求量不超过请求量阈值，并且数据传输请求的优先级之前被降低，则恢复数据传输请求的优先级。

不同于现有技术，根据本发明的各种实施方式，通过应用根据本发明的数据拥塞控制方法或设备，可以实现对拥塞更灵活的控制，并且可以充分利用服务或通道，设定标准更有弹性。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素。在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的数据拥塞控制方法的流程图；

图2是根据本发明的实施方式的数据拥塞控制方法的流程图；

图3是根据本发明的实施方式的数据拥塞控制设备的框图；

图4是根据本发明的实施方式的数据拥塞控制设备的框图；

图5是用来实践本发明实施方式的计算机系统的示意性框图。

具体实施方式

下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的数据拥塞控制的技术方案。

根据本发明的实施方式的数据拥塞控制方法可以适用于数据的无顺序异步传输。但是，如本领域技术人员容易理解的，根据本发明的实施方式的数据拥塞控制方法还可以应用于许多其他多类型或者多用户等情况的数据传输。

首先，在步骤S102中，接收数据传输请求。数据可以是短信、彩信、电子邮件、站内消息、推送消息等等。数据传输可以是数据发送，也可以是数据接收。

然后，在步骤S104中，监测数据传输请求的请求量。请求量可以是单位时间内的请求次数。为了提高效率，可以只监测其优先级能够降低的数据传输请求的请求量。

接着，在步骤S106中，比较请求量与请求量阈值。如果只对其优先级能够降低的数据传输请求的请求量进行了监测，那么自然只对其优先级能够降低的数据传输请求的请求量的进行比较。

最后，在步骤S108中，如果请求量超过请求量阈值，则降低数据传输请求的优先级。

特别地，对于多用户数据传输，根据本发明的实施方式的数据拥塞控制方法针对多用户中的每个用户的数据传输进行拥塞控制。

下面结合图2来阐述根据本发明的实施方式的数据拥塞控制的另一技术方案。

与图1所示数据拥塞控制方法类似，图2所示数据拥塞控制方法也包括：步骤S202，接收数据传输请求；步骤S204，监测数据传输请求的请求量；步骤S206，比较请求量与请求量阈值；步骤S208中，如果请求量超过请求量阈值，则降低数据传输请求的优先级。

不同之处在于，图2所示数据拥塞控制方法还包括步骤S210，如果请求量不超过请求量阈值，并且数据传输请求的优先级之前被降低，则恢复数据传输请求的优先级。

如图3所示，根据本发明的实施方式的数据拥塞控制设备300包括：接收装置302，用于接收数据传输请求；监测装置304，用于监测数据传输请求的请求量；比较装置306，用于比较请求量与请求量阈值；降级装置308，用于如果请求量超过请求量阈值，则降低数据传输请求的优先级。

请求量可以是单位时间内的请求次数。数据可以是短信、彩信、电子邮件、站内消息、推送消息等等。数据传输可以是数据发送或数据接收。检测装置304和比较装置306可以只用于监测和比较其优先级能够降低的数据传输请求的请求量。对于多用户数据传输，可以针对多用户中的每个用户的数据传输进行拥塞控制。数据传输可以是无顺序异步传输。

与图3所示数据拥塞控制设备300类似，图4所示数据拥塞控制设备400也包括：接收装置402，用于接收数据传输请求；监测装置404，用于监测数据传输请求的请求量；比较装置406，用于比较请求量与请求量阈值；降级装置408，用于如果请求量超过请求量阈值，则降低数据传输请求的优先级。

不同之处在于，图4所示数据拥塞控制设备400还包括恢复装置410，用于如果请求量不超过请求量阈值，并且数据传输请求的优先级之前被降低，则恢复数据传输请求的优先级。

图5示出了适于用来实践本发明实施方式的计算机系统的示意性框图。如图5所示，计算机系统可以包括：CPU(中央处理单元)501、RAM(随机存取存储器)502、ROM(只读存储器)503、系统总线504、硬盘控制器505、键盘控制器506、串行接口控制器507、并行接口控制器508、显示控制器509、硬盘510、键盘511、串行外部设备512、并行外部设备513和显示器514。在这些设备中，与系统总线504耦合的有CPU 501、RAM 502、ROM 503、硬盘控制器505、键盘控制器506、串行控制器507、并行控制器508和显示控制器509。硬盘510与硬盘控制器505耦合，键盘511与键盘控制器506耦合，串行外部设备512与串行接口控制器507耦合，并行外部设备513与并行接口控制器508耦合，以及显示器514与显示控制器509耦合。

应当理解，图5所示的结构框图仅仅为了示例的目的而示出的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根据具体情况而增加或者减少某些设备。

特别地，除硬件实施方式之外，本发明的实施方式可以通过计算机程序产品的形式实现。例如，参考图2描述的方法可以通过计算机程序产品来实现。该计算机程序产品可以存储在例如图5所示的RAM 504、ROM 504、硬盘510和/或任何适当的存储介质中，或者通过网络从适当的位置下载到计算机系统500上。计算机程序产品可以包括计算机代码部分，其包括可由适当的处理设备(例如，图5中示出的CPU 501)执行的程序指令。所述程序指令至少可以包括：用于接收数据传输请求的指令；用于监测数据传输请求的请求量的指令；用于比较请求量与请求量阈值的指令；以及用于如果请求量超过请求量阈值则降低数据传输请求的优先级的指令。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

说明书中提及的通信网络可以包括各类网络，包括但不限于局域网(“LAN”)，广域网(“WAN”)，根据IP协议的网络(例如，因特网)以及端对端网络(例如，ad hoc对等网络)。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了设备的若干装置或子装置，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多装置的特征和功能可以在一个装置中具体化。反之，上文描述的一个装置的特征和功能可以进一步划分为由多个装置来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式。本发明旨在涵盖所附权利要求书的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求书的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (16)

1.一种数据拥塞控制方法，包括步骤：

接收数据传输请求；

监测所述数据传输请求的请求量；

比较所述请求量与请求量阈值；

如果所述请求量超过所述请求量阈值，则降低所述数据传输请求的优先级。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述请求量是单位时间内的请求次数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据选自包括短信、彩信、电子邮件、站内消息、推送消息的组。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据传输是数据发送或数据接收。

5.根据权利要求1所述的方法，其中只监测和比较其优先级能够降低的数据传输请求的请求量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中对于多用户数据传输，针对多用户中的每个用户的数据传输进行拥塞控制。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括步骤：如果所述请求量不超过所述请求量阈值，并且所述数据传输请求的优先级之前被降低，则恢复所述数据传输请求的优先级。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述数据传输是无顺序异步传输。

9.一种数据拥塞控制设备，包括：

接收装置，用于接收数据传输请求；

监测装置，用于监测所述数据传输请求的请求量；

比较装置，用于比较所述请求量与请求量阈值；

降级装置，用于如果所述请求量超过所述请求量阈值，则降低所述数据传输请求的优先级。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述请求量是单位时间内的请求次数。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述数据选自包括短信、彩信、电子邮件、站内消息、推送消息的组。

12.根据权利要求9所述的设备，其中所述数据传输是数据发送或数据接收。

13.根据权利要求9所述的设备，其中所述检测装置和所述比较装置只用于监测和比较其优先级能够降低的数据传输请求的请求量。

14.根据权利要求9所述的设备，其中对于多用户数据传输，针对多用户中的每个用户的数据传输进行拥塞控制。

15.根据权利要求9-14中任一项所述的设备，还包括恢复装置，用于如果所述请求量不超过所述请求量阈值，并且所述数据传输请求的优先级之前被降低，则恢复所述数据传输请求的优先级。

16.根据权利要求9-14中任一项所述的设备，其中所述数据传输是无顺序异步传输。

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