CN103647722A - 一种基于信誉的链路拥塞控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于信誉的链路拥塞控制方法，在链路的每一跳间将拥塞控制和信誉流控相融合，通过接收方信誉值调节发送方发送速率，以避免链路的拥塞，包括如下步骤：发送方初始化自身维护的初始信息，所述初始信息包括发送计数、接收方信誉值和当前发送窗口大小；计算并维护发送阈值，根据接收方的可接收缓存数量确定一发送阈值，并以该发送阈值作为发送方调节发送速率的依据；根据该发送阈值调节发送方发送速率，根据所述发送阈值，自动调节该发送窗口大小，避免接收方缓存溢出产生丢包。

Description

一种基于信誉的链路拥塞控制方法

技术领域

本发明涉及网络交换机数据传输领域，特别是一种用于网络交换机的基于信誉的链路拥塞控制方法。

背景技术

现在的网络中，大多数的数据进行传输要尽量避免拥塞情况的发生，来保证数据的传输效率。但是，为了降低硬件成本和数据的缓冲延迟，大多数的交换机所配置的缓存数量有限。所以当网络中出现突发流量时，很容易发生拥塞，并且有可能发生数据包被丢弃。现有的研究表明，突发流量是造成网络边缘层和汇聚层数据丢包的主要原因。所以要尽可能的避免网络中突发流量造成的丢包对网络的影响。

在网络的拥塞控制方法上，现有技术主要有以下几种实现思路：

（1）网络速率的控制，主要是通过ECN、QCN等方法，通过标记反馈的方法，控制发送方的发送速率来减小网络的拥塞情况；

（2）主动队列管理（AQM），AQM通常根据当前的队列长度等拥塞信息，来控制中间节点队列，进而反馈到发送端，主动进行拥塞控制。比如RED和multi-layer AQM2等；

（3）路由算法，通过一定的路由算法来避免或者解决网络的拥塞问题，比如OSPF、ECMP、Multinomial Logit Based(MLB)routing以及相关扩展算法等；

（4）流调度算法，通过采用流调度算法，对流进行实时调度，进而防止网络中拥塞情况的发生。比如Hedera（NSDI-2010）以及保证QoS的视频流调度（ICIP-2011）。

其中，现有的控制发送速率的方法主要针对TCP流。另外减小发送窗口的方法也会降低应用程序的有效吞吐率。现有的AQM方法通过研究不同的丢包策略，减小排队时间。通过利用当前队列长度等拥塞信息来控制中间节点队列。但是由于网络存在传输时间滞后，采样所得的队列长度等拥塞信息是反映一段时间之前的网络状况。当拥塞信息被反馈到发送端时，又增加了额外的延迟时间，所以AQM存在相对滞后于实际网络状况的缺陷。另外AQM还存在参数设置敏感的缺陷，在不同的网络状况很难保持其性能。现有的路由方法大多依赖局部拥塞信息，或者需要专用的传输系统传输局部或全局的拥塞信息（例如使用拥塞树或成本树）。这样会造成“信息不准”（局部），以及“信息过旧”或开销大（全局）等问题。现有的流调度算法是基于poll的方法定期（例如Hedera每5秒钟去取一次）获得网络状态信息，因此不能及时发现网络的拥塞，并且这种方法的开销很大。

例如，申请号为“201110036866.4”，名称为“解决小包线速的credit调度方法、调度装置及旁路器”的中国发明专利公开了一种解决小包线速的credit调度方法，该方法包括：接收队列号和进入所述队列号对应队列的数据包的包长值；将该包长值增加到该队列号对应的队列的长度值上，获得更新后的队列长度值；判断所述队列更新后的队列长度值与所述队列当前的令牌credit的差值是否大于零，如是，申请调度，否则不申请调度；当不申请调度时为所述队列分配不超过所述更新后的队列长度值的credit；使所述更新后的队列长度值和所述当前的credit均减去已为所述队列分配的credit。本发明避免了调度器为具有剩余credit的队列给予不必要的调度而造成的调度器空转的情形，有利于在小包场景中使出口达到线速；并节省credit调度器的带宽资源，使得调度更加合理和高效。但该方法仍然无法解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于信誉的链路拥塞控制方法，可克服现有技术的端到端方法在拥塞感知以及拥塞控制上存在的滞后、开销大等问题，以解决发送方突发流量问题造成的拥塞。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于信誉的链路拥塞控制方法，其中，在链路的每一跳间将拥塞控制和信誉流控相融合，通过接收方信誉值调节发送方发送速率，以避免链路的拥塞，包括如下步骤：

S100、发送方初始化自身维护的初始信息，所述初始信息包括发送计数、接收方信誉值和当前发送窗口大小；

S200、计算并维护发送阈值，根据接收方的可接收缓存数量确定一发送阈值，并以该发送阈值作为发送方调节发送速率的依据；

S300、根据该发送阈值调节发送方发送速率，根据所述发送阈值，自动调节该发送窗口大小，避免接收方缓存溢出产生丢包。

上述的链路拥塞控制方法，其中，所述步骤S200包括：

S201、发送方维护发送窗口、发送计数、发送阈值和接收方可接收缓存数量；

S202、根据接收方缓存数量动态计算所述发送阈值。

上述的链路拥塞控制方法，其中，所述步骤S201包括：发送方每发送一个数据包时，将发送计数的计数值加1，每收到一个接收方的确认，将该发送计数的计数值减1。

上述的链路拥塞控制方法，其中，所述步骤S300包括：

S301、当发送方发送但未确认数据包个数超过该发送阈值时，将发送窗口减小，降低发送速率；

S302、当发送方收到接收方确认数据包数量超过该发送阈值时，并且发送窗口小于接收窗口时，将发送窗口增大，并且发送窗口移动。

上述的链路拥塞控制方法，其中，发送窗口每次减小一半，发送窗口每次增大1。

上述的链路拥塞控制方法，其中，步骤302进一步包括：

S3021、发送方等待确认数据包到来；

S3022、当收到一个数据包时，检测其是否为确认数据包；

S3023、如果为是，将发送计数减1，并且发送窗口滑动；

S3024、如果为否，则返回等待。

上述的链路拥塞控制方法，其中，所述步骤S3023之后，还包括：

S30231、发送窗口滑动后，比较该发送窗口与接收窗口；

S30232、如果该发送窗口小于该接收窗口，那么将发送窗口增大；

S30233、如果该发送窗口大于或等于该接收窗口，则执行步骤S3021。

上述的链路拥塞控制方法，其中，所述步骤S100包括：

S101、发送方发送计数初始化为0；

S102、检测发送方维护的接收方信誉值；

S103、如果该信誉值大于0，则检测待发送的数据包是否在发送窗口中；

S104、如果待发送的数据包在发送窗口中，则发送此数据包并且将发送计数增加1；

S105、如果待发送的数据包不在发送窗口中，则返回等待。

上述的链路拥塞控制方法，其中，所述步骤S301包括：

S3011、当发送计数增加后，检测其是否超过了所述发送阈值；

S3012、如果发送方的发送计数大于该发送阈值时，则将发送窗口减小；

S3013、如果发送方的发送计数没有超过所述发送阈值，则返回继续查询等待。

上述的链路拥塞控制方法，其中，所述发送阈值为N*Credit，其中，0<N<1，Credit为接收方可用缓存数。

本发明的技术效果在于：

本发明的方法只需在相邻两跳的发送端进行发送速率的控制，就可以实现链路间的拥塞避免，尤其是对突发流量造成的链路丢包的避免。硬件实现简单，同时较以往的拥塞方法相比，吞吐和延迟会有所改善。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的方法流程图；

图2为本发明一实施例的发送方发送数据流程图；

图3为本发明一实施例的发送方接收确认流程图。

其中，附图标记

S100-S300、S101-S104、S3011、S3012、S3021-S30232步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本发明一实施例的方法流程图。本发明的基于信誉的链路拥塞控制方法，在链路的每一跳间将拥塞控制和信誉流控相融合，通过接收方信誉值调节发送方发送速率，以避免链路的拥塞，具体可包括如下步骤：

步骤S100、发送方初始化自身维护的初始信息，所述初始信息包括发送计数、接收方信誉值和当前发送窗口大小；

步骤S200、计算并维护发送阈值，根据接收方的可接收缓存数量确定一发送阈值，并以该发送阈值作为发送方调节发送速率的依据；

步骤S300、根据该发送阈值调节发送方发送速率，根据所述发送阈值，自动调节该发送窗口大小，避免接收方缓存溢出产生丢包。

参见图2，图2为本发明一实施例的发送方发送数据流程图。其中，所述步骤S100可包括：

S101、发送方发送计数初始化为0；

S102、检测发送方维护的接收方信誉值；

S103、如果该信誉值大于0，则检测待发送的数据包是否在发送窗口中；

S104、如果待发送的数据包在发送窗口中，则发送此数据包并且将发送计数增加1；

S105、如果待发送的数据包不在发送窗口中，则返回等待。

具体说，交换机上电后，发送方发送计数初始化为0，此时检测其维护的接收方信誉值，如果信誉大于0则检测待发送的数据包是否在发送窗口中，如果在的话则发送此数据包并且将发送计数增加1，如果不在则返回等待。当发送计数增加后，检测其是否超过了发送阈值，如果超过了阈值，那么将发送窗口减小（这里实现为发送窗口减半）。否则的话返回，继续查询等待。

其中，所述步骤S200可具体包括：

步骤S201、发送方维护发送窗口、发送计数、发送阈值和接收方可接收缓存数量；

步骤S202、根据接收方缓存数量动态计算所述发送阈值。

其中，所述步骤S201可包括：发送方每发送一个数据包时，将发送计数的计数值加1，每收到一个接收方的确认，将该发送计数的计数值减1。

其中，所述步骤S300可包括：

步骤S301、当发送方发送但未确认数据包个数超过该发送阈值时，将发送窗口减小，降低发送速率；

步骤S302、当发送方收到接收方确认数据包数量超过该发送阈值时，并且发送窗口小于接收窗口时，将发送窗口增大，并且发送窗口移动。

参见图3，图3为本发明一实施例的发送方接收确认流程图。其中，步骤302可进一步包括：

步骤S3021、发送方等待确认数据包到来；

步骤S3022、当收到一个数据包时，检测其是否为确认数据包；

步骤S3023、如果为是，将发送计数减1，并且发送窗口滑动；

步骤S3024、如果为否，则返回步骤S3021。

其中，所述步骤S3023之后，还可包括：

S30231、发送窗口滑动后，比较该发送窗口与接收窗口；

S30232、如果该发送窗口小于该接收窗口，那么将发送窗口增大；

S30233、如果该发送窗口大于或等于该接收窗口，则执行步骤S3021。

其中，所述步骤S301可包括：

步骤S3011、当发送计数增加后，检测其是否超过了所述发送阈值；

步骤S3012、如果发送方的发送计数大于该发送阈值时，则将发送窗口减小；

步骤S3013、如果发送方的发送计数没有超过所述发送阈值，则返回继续查询等待。

本实施例中，所述发送阈值优选为N*Credit，其中，0<N<1，Credit为接收方可用缓存数。

即在该过程中，首先是发送方等待确认数据包到来，当收到一个数据包时，检测其是否为确认数据包（ACK），如果是的话，将发送计数减1，并且发送窗口滑动，否则的话返回等待。窗口滑动后比较其发送窗口与接收窗口，如果发送窗口小于接收窗口，那么将发送窗口增大（这里实现为加1），否则的话返回等待。

假设发送方有8个待发送数据包，编号为1-8，接收方缓存大小为8。

步骤S100、发送方初始化自身维护的初始信息

首先发送方初始化自身维护的信息，包括发送计数C=0，接收方可用缓存大小credit=8，以及当前发送窗口大小Win=5。之后，发送方所需维护数据包括：发送窗口大小Win；发送计数C，每发送一个数据包，发送计数C的值加1；接收方可用缓存数Credit，这个值根据流控策略自动更新；发送阈值Thresh，这个值等于N*Credit（0<N<1）。

发送方每发送一个数据包时，将发送计数的值加1，每收到一个接收方的确认，将计数值减1。假设发送方发送了编号为1的数据包，更新维护信息C=1，credit=7，Win=5。继续发送编号为2的数据包，这时发送方维护信息更新为C=2，credit=6，Win=5。此时收到了来自接收方对数据包1的确认ACK，发送方维护信息更新为C=1，credit=6，Win=5。并且发送窗口移动。

步骤S200、计算并维护发送阈值

步骤S300、根据该发送阈值调节发送方发送速率

S301、减小发送窗口

当发送方未确认数据包数量超过阈值时，将发送窗口减小，降低发送速率。假设发送方在发送数据包3之前，没有收到任何确认ACK，则其维护的信息为C=2，credit=6，Win=5。此时，发送数据包3，C更新为3，credit更新为5，假设发送阈值的设置中N=0.5，那么发送阈值为5*0.5=2.5，2.5<3，也就是当前的发送计数大于设定的阈值，那么将发送方的发送窗口大小减半，变为2。此时发送方维护数据更新为C=3，credit=5，Win=2。

S302、增大发送窗口

当发送方收到接收方确认，并且发送窗口小于接收窗口时，将发送窗口增大。假设此时发送方维护的信息为C=2，credit=4，Win=2，数据包1、2已经收到确认ACK。这时当发送方收到数据包3的确认ACK时，由于发送窗口小于接收窗口，因此发送窗口增大1，并且发送窗口移动。此时发送方维护数据更新为C=1，Credit=4，Win=3。

本发明可以根据接收方的可接收缓存数量确定发送阈值，以此作为发送方调节发送速率的依据；并且根据阈值调节发送方发送速率，根据确定的发送阈值，自动调节发送方发送窗口大小，避免接收方缓存溢出产生丢包。即在链路的每一跳间将拥塞控制和信誉流控相融合，通过接收方信誉值调节发送方发送速率，实现链路的拥塞避免。这种根据下一跳可用缓存数量来设定发送方发送阈值的方法。启动信誉流控，发送方使用信誉流控获知接收方可用缓存大小（信誉值）。根据接收方信誉，发送方设定发送阈值，来指导发送方的发送速率。发送阈值的具体设定方法为N*接收方信誉（0<N<1），N值的确定需要根据具体的实验数据得到。发送方维护其发送数据包计数，发送方每发送一个数据包，计数加1，发送方每接收到一个确认包，计数减1。当发送计数超过设定的阈值时，也就是发送方发送但未确认数据包个数超过阈值时，将发送窗口减小。当发送方收到接收方确认，并且它的发送窗口小于接收方的接受窗口时，将发送窗口增大。发送窗口具体的增大与减小幅度可以自定义。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于信誉的链路拥塞控制方法，其特征在于，在链路的每一跳间将拥塞控制和信誉流控相融合，通过接收方信誉值调节发送方发送速率，以避免链路的拥塞，包括如下步骤：

S100、发送方初始化自身维护的初始信息，所述初始信息包括发送计数、接收方信誉值和当前发送窗口大小；

S200、计算并维护发送阈值，根据接收方的可接收缓存数量确定一发送阈值，并以该发送阈值作为发送方调节发送速率的依据；

S300、根据该发送阈值调节发送方发送速率，根据所述发送阈值，自动调节该发送窗口大小，避免接收方缓存溢出产生丢包。

2.如权利要求1所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，所述步骤S200包括：

S201、发送方维护发送窗口、发送计数、发送阈值和接收方可接收缓存数量；

S202、根据接收方缓存数量动态计算所述发送阈值。

3.如权利要求2所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，所述步骤S202包括：发送方每发送一个数据包时，将发送计数的计数值加1，每收到一个接收方的确认，将该发送计数的计数值减1。

4.如权利要求1、2或3所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，所述步骤S300包括：

S301、当发送方发送但未确认数据包个数超过该发送阈值时，将发送窗口减小，降低发送速率；

S302、当发送方收到接收方确认数据包数量超过该发送阈值时，并且发送窗口小于接收窗口时，将发送窗口增大，并且发送窗口移动。

5.如权利要求4所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，发送窗口每次减小一半，发送窗口每次增大1。

6.如权利要求4所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，步骤302进一步包括：

S3021、发送方等待确认数据包到来；

S3022、当收到一个数据包时，检测其是否为确认数据包；

S3023、如果为是，将发送计数减1，并且发送窗口滑动；

S3024、如果为否，则返回等待。

7.如权利要求6所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，所述步骤S3023之后，还包括：

S30231、发送窗口滑动后，比较该发送窗口与接收窗口；

S30232、如果该发送窗口小于该接收窗口，那么将发送窗口增大；

S30233、如果该发送窗口大于或等于该接收窗口，则执行步骤S3024。

8.如权利要求4所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，所述步骤S100包括：

S101、发送方发送计数初始化为0；

S102、检测发送方维护的接收方信誉值；

S103、如果该信誉值大于0，则检测待发送的数据包是否在发送窗口中；

S104、如果待发送的数据包在发送窗口中，则发送此数据包并且将发送计数增加1；

S105、如果待发送的数据包不在发送窗口中，则返回等待。

9.如权利要求4所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，所述步骤S301包括：

S3011、当发送计数增加后，检测其是否超过了所述发送阈值；

S3012、如果发送方的发送计数大于该发送阈值时，则将发送窗口减小；

S3013、如果发送方的发送计数没有超过所述发送阈值，则返回继续查询等待。

10.如权利要求4所述的链路拥塞控制方法，其特征在于，所述发送阈值为N*Credit，其中，0<N<1，Credit为接收方可用缓存数。

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