CN104995883A - 用信号通知拥塞 - Google Patents

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Abstract

在诸如互联网的电信网络中能够操作以转发接收的数据项的网络元件(10)方面以及在能够操作以处理接收的服务请求的处理元件方面，描述了用信号通知拥塞的方法和设备。在任一情况下，元件能够操作以按照高达经受变化的处理速率来执行其处理功能，并且具有等待处理的项的队列并且具有与其关联的计数器，计数器维持能够从其推导队列度量的计数。所述方法包括：按照取决于处理速率的速率来更新计数(32,50)；响应于等待处理的项的接收进一步更新计数(32,50)；以及取决于队列度量用信号通知元件方面的拥塞的测度(34,36,50)。所述方法还包括：(i)更改计数被更新的速率(54)；以及(ii)如果确定(52)处理速率改变，则调节计数器，由此使得队列度量改变(54)。

Description

用信号通知拥塞
技术领域
本发明涉及用信号通知拥塞的方法和设备。本发明的各方面涉及诸如互联网、内联网或者网络运营商的核心网络的电信网络，以及用信号通知能够操作以转发接收的数据项的网络元件方面的拥塞。其它方面涉及处理元件对服务请求的处理，以及用信号通知能够操作以处理接收的服务请求的处理元件方面的拥塞。
背景技术
诸如互联网协议(IP)或以太网络的分组网络通常基于“尽力”来操作。这意味着它们(或者它们所包括的网络元件)通常在网络上快速地转发它们的数据单元或分组，但是偶尔当它们接收到比能够快速转发的更多的分组时可能经历拥塞。在这种情况下，它们通常延迟或丢弃过多的分组，这可能导致分组的发送方或接收方的不便。
已开发出技术以(例如)通过基于(例如)它们被标识为属于多种不同的业务类别中的哪一个或者基于它们的信源或预期目的地，给予一些分组以优先级(或者比其它分组更高的优先级)，来进一步区分转发行为。这些技术通常需要由诸如准入控制机制的机制来补充，所述机制可用于控制高(或更高)优先级的分组进入网络的速率，以便防止它们拥塞或垄断网络资源达到将具有较低优先级的分组完全从网络排除的程度。通过适当地使用这些机制并且适当地配置，可有效地分割网络的可用资源，使得可确保网络不会以比网络实际上能够保证以优先处理来提供这些分组的速率高的速率接受更高优先级的分组，同时还确保具有较低优先级的分组不会被完全排除。
控制拥塞的其它方案依赖于网络(或其中的网络元件)在经历拥塞时向分组(或者其它类型的数据单元)的发送方或接收方提供信号，允许它们响应于该信号而“回退”(即，降低发送数据单元的速率)，从而缓解拥塞。这些方案通常依赖于信源通过实现拥塞控制机制来对其发送数据的速率负责，但是这样做通常符合它们的利益，因为如果信源坚持通过拥塞的网络或者经由拥塞的网络元件路由器来发送业务，则超载或者拥塞可能变得(更)严重，导致(更多)业务被丢弃并且其它网络元件也变得拥塞。因此，通常符合信源的利益的是监测表征路径拥塞的反馈信号以便检测它们的数据所遵循的路径何时变得拥塞，在这种情况下它们的反应是降低其吞吐量。当没有路径变得拥塞的迹象时，它们可缓慢地增加它们的速率。
信源所监测的典型路径表征度量是数据路径的平均往返时间(RTT)、往返时间的方差(抖动)以及路径上的拥塞水平。
可隐式地(通过当其缓冲器溢出或保护自己时拥塞的路由器所丢弃的分组)或者显式地(通过诸如显式拥塞通知(参见下文)的机制)用信号通知拥塞水平。目前，最常见的选择是隐含地用信号通知。
使用传输控制协议(TCP)的信源能够检测丢失，因为分组丢失导致序列中的间隙；每当TCP信源检测到丢失时，意味着将其数据传输速率减半，但是不超过每往返时间一次，这缓解了瓶颈处的网络元件上的拥塞。
近来管理互联网和其它网络中的拥塞的方法需要网络中的诸如路由器(或交换机)的网络元件执行主动队列管理(AQM)并且利用某种标记方案来用信号通知拥塞。在这些方法中，路由器可基于其当前拥塞水平来选择转发的分组的比例，并且利用拥塞标记来标记它们，通常使用诸如ECN(RFC 2481–向IP添加显式拥塞通知(ECN)的建议)的协议。如果路由器未拥塞，则非常少的分组(或者没有分组)将被标记。如果路由器拥塞，则许多(或者所有)分组将被标记。将变得显而易见的是，通过网络元件标记(而非丢弃)分组从而允许发送方对转发的分组上的标记做出反应(而非检测到的分组丢弃)，可从根本上避免拥塞达到必须分组丢弃的水平。
参照图1，示出普通的网络元件10(例如，路由器或交换机)的概览。分组流12从网络中的其它节点经由一个或更多个网络接口14到达网络元件，并且经由另一网络接口16向前传输给网络中的其它节点。如果网络元件10正执行分组标记处理以指示拥塞，则在网络元件10或者其一个或更多个网络接口16处存在分组标记装置18。
用于标记分组的现有机制通常基于检查路由器(或交换机)接口处的分组的真实队列并且如果该队列较长(即，高于预定阈值)则标记分组。这种方法的示例在DavidLapsley和Steven Low的“Random Early Marking:An Optimization Approach to InternetCongestion Control”(第7届IEEE网络国际会议论文集，9月28日–10月1日，1999年)中给出。这些技术不难利用当前的交换机和路由器来实现，但是它们并不完全令人满意，因为它们没有开始用信号通知拥塞，直至真实队列的大小已开始增大。通常优选的是操作网络以使得真实队列的大小很少增大，因为较长队列意味着延迟增大和分组丢失。因此，如果标记机制能够在真实队列开始增大之前在即将发生拥塞时开始标记，将会更好。这就是虚拟队列标记的构思。
随机早期标记(也称为随机早期检测(RED))以概率“p”来随机地丢弃/标记分组，所述概率取决于平滑的队列“qave”。在基于RED的AQM中，利用真实队列“q”的指数加权移动平均(EWMA)来连续地估计平滑的队列qave：
qave←(1-wq)qave+wq q
其中“wq”是给予真实队列的长度的权重。就如何将平滑的队列qave与标记(或丢弃)分组的概率联系起来，已提出了许多算法。例如，在称为RED的“柔和”变体的算法中，当平滑的队列大小qave低于最小阈值“q0”时，则没有分组被丢弃/标记。当qave介于“q0”和“q1”之间时，则以介于0和p1之间的概率p(与qave线性成比例)丢弃分组。当qave大于阈值q1时，则继续以介于p1和pmax之间的增大的概率(仍线性地取决于qave)进行概率丢弃/标记。
RED的一个显著的实际问题是它对参数的设置非常敏感。
由于RED使用平滑的队列，所以在平滑的队列充分增加以使得RED开始(随机地)丢弃或标记分组(从而用信号通知发送方“回退”)之前，分组的突发仍可导致真实队列中有许多分组(因此导致分组的显著延迟)。
RED广泛用在如今的互联网中，因为它允许信源更迅速地对初期拥塞做出反应并且防止队列不必要地增长。设备供应商实现了RED的变体，例如，Cisco的专用实现方式被称作“加权随机早期检测”(WRED)。
虚拟队列标记
这种早期标记的示例已在IETF PCN工作组(http://www.ietf.org/html.charters/pcn-charter.html)中进行了标准化，其中PCN是指“拥塞前通知”。该工作组已基于考虑分组的到达速率如何不与线路速率相当(真实队列就是如此)，而是相反与略微减小的速率相当，对两种标记机制进行了标准化。这些在RFC 5670:“Metering andMarking Behaviour of PCN-Nodes”(P.Eardley，2009年11月)中指明。该“虚拟队列”在真实队列之前经历拥塞，因此可提供更及时的拥塞信号。在R.J.Gibbens和F.P.Kelly的“Resource pricing and the evolution of congestion control”(Automatica 35，1999年)中给出了这种机制的优点的学术讨论。虚拟队列在Costas Courcoubetis和RichardWeber的“Buffer Overflow Asymptotics for a Switch Handling Many Traffic Sources”(Journal of Applied Probability 33，第886-903页，1996年)中首次以不同的形式提出(并且用于ATM网络中)。这里所讨论的精确形式由Kunniyur和Srikant在“Analysisand Design of an Adaptive Virtual Queue(AVQ)Algorithm for Active QueueManagement”(Proc.ACM SIGCOMM'01，Computer Communication Review 31(4)，2001年10月)中提出。
将注意的是，术语“虚拟队列”也用在交换机和路由器硬件设计中以表示跟踪外出接口上的队列的进入接口上的虚拟队列，但是这与这里所讨论的虚拟队列没有关系。
虚拟队列标记(VQM)限定了将在网络接口上实现的策略，其利用表示该接口的拥塞状态的信号来标记分组交换网络的分组。该分组标记策略基于由虚拟队列限定的拥塞测量。虚拟队列是概念队列，其实际上仅仅是记录虚拟队列的长度的单个变量，其中当分组到达时分组的长度(即，大小)与其相加，同时该接口的实际线路速率的一定部分被减去。这意味着接口的虚拟队列比其真实队列更快速地建立。通常，该标记算法基于虚拟队列的即时长度，而非其平滑的值。因此，大多数时候真实队列基本上是空的(至多几个分组)，因此不存在缓冲或重传延迟，并且端对端时延可接近基础“光速”传输时间。然而，仍存在可用于吸收临时业务突发的大量缓冲(例如，在TCP启动阶段期间)。不需要丢弃任何分组(如果使用标记作为信令技术，而非丢弃)。
虚拟队列与RED相比的另一优点在于该标记算法可简化。例如，在X.Zhang和A.Charny的“Performance Evaluation of Pre-Congestion Notification”(国际服务质量研讨会(IWQoS)，荷兰，恩斯赫德，2008年6月)中利用仿真说明可使用简单“阶跃”标记算法。其中，如果虚拟队列的长度小于阈值，则不标记/丢弃分组，如果高于阈值，则标记/丢弃所有分组。该论文还表明，结果对确切的参数值相当不敏感。
当然可基于其平滑的虚拟队列(VQ)长度来操作虚拟队列，算法将比简单阶跃函数更复杂(例如，类似于柔和RED的概率方案)。
多个供应商已实现了虚拟队列，例如Broadcom在其Triumph and Scorpion交换机中，Cisco在其Nexus 5xxx和7xxx距离交换机中。大多数中距交换机的供应商也使用Broadcom芯片。
图2示出例示了虚拟队列标记(VQM)处理的模型。随着各个新分组到达并被添加到真实队列，虚拟队列的大小增加了新分组中的字节数那么多(或者增加了单位量，这可适用于分组的大小相等或相似或者适合于将它们如此处理的情况)。如果分组能够用于按照X字节/秒(bps)的“实际线路速率”被向前传输给网络中的其它节点，则虚拟队列按照θX bps的“虚拟流出速率”减小，其中θ<1。(通常，θ接近于但是略小于1，例如0.98)。
然后使用虚拟队列(而非实际队列)的大小来决定是否发送拥塞信号(即，表示该接口的拥塞状态的信号)。通常，如果虚拟队列的大小超过某一阈值，则将发送拥塞信号。有多种方式来对拥塞信号进行编码；可取的方式是通过在信号是“拥塞的接口”的情况下将分组头中的比特设定为1，在信号是“不拥塞的接口”的情况下设定为0来“标记”分组。使用虚拟队列所提供的拥塞测量(而非标记分组)的另一可能方式是向管理系统发送提醒。另选地(但是在大多数情况下不太可取)，可重新标记真实分组的业务类别，或者真实分组可被丢弃或者重新路由。可使用各种其它类型的动作或约束(惩罚性的或非惩罚性的)。
对数据的虚拟队列工作基于这样的假设：X字节/秒的线路速率是固定的，因此在配置时设定虚拟队列减小θX的速率。然而，事实上存在真实线路速率将变化的情况。示例包括改变其速率的无线接口，或者如果线路实际上是基础路径改变的虚拟链路(例如，隧道)。在这些情况下，本发明人已认识到，将适当的是更改虚拟队列速率以反映新的线路速率Xnew，即，将它设定为θXnew。除此以外，并且如稍后将描述的，他们还认识到在这些情况下还可进行进一步的独立调节以便改进响应，使得用信号通知(通过标记、丢弃或者以其它方式)的拥塞的任何测度(measure)更精确地反映分组(或者其它数据单元)被真实队列丢弃或者以其它方式未能如预期转发的短期危险。
参照使用“计数器”和“计数”的技术的可能背景关联(尽管与“虚拟队列”技术无关)的早前专利申请，US2007/230493(“Dravida等人”)总体涉及无线通信，更具体地讲，涉及一种用于高速介质访问控制的存储器管理技术。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种对在通信网络中的网络元件处接收的数据项进行处理的方法，所述网络元件能够操作以按照高达转发速率的速率来转发数据项，所述转发速率经受变化；所述网络元件具有等待转发的数据项的队列并且具有与其关联的计数器，所述计数器根据预定算法来维持计数，能够取决于该计数来推导队列度量；所述方法包括以下步骤：
按照取决于所述转发速率的速率来更新所述计数；
响应于数据项的接收进一步更新所述计数；以及
取决于所述队列度量用信号通知所述网络元件方面的拥塞测度；
所述方法还包括以下步骤：
确定转发速率是否存在变化，并且响应于确定转发速率存在变化：
-根据转发速率的所述变化更改所述计数被更新的速率；以及
-取决于转发速率的所述变化来调节所述计数器，由此使得所述队列度量改变。
根据优选实施方式，所述转发速率可表征在单位时间内所述网络元件能够操作以转发的数据项的数量。另选地，所述转发速率可表征在单位时间内所述网络元件能够操作以转发的数据的量。转发速率是表征“数据项的数量”还是“数据的量”(或者另一此类特性)的选择可取决于依赖其执行的任何信令需要受数据项的数量还是数据的量(或者一些其它特性)的影响，这可取决于数据项是否预期为基本上相同的大小或者与拥塞以及共享资源的使用有关的哪一特性被认为重要。转发速率(无论是以数据项的数量、数据的量还是以其它方式测量的)可以是网络元件能够执行其功能的最大速率(由网络元件本身测量或者以其它方式确定)，或者可以是例如由控制实体强加于网络元件的速率。
相应地，根据优选实施方式，进一步更新所述计数的步骤可取决于接收的数据项的数量和/或接收数据项的速率来执行。另选地，进一步更新所述计数的步骤可取决于接收的数据的量和/或接收数据的速率来执行。
根据优选实施方式，所述队列度量可以是所述计数的水平的测度，或者可以是所述计数本身。另选地，所述队列度量可以是取决于在一段时间内所述计数的水平的测度的平均测度，诸如加权移动平均(指数加权或者以其它方式加权)。
根据一些实施方式，所述队列度量可以是所述计数与计数器阈值之间的差异的测度。在这些实施方式中，响应于确定所述转发速率存在变化来调节所述计数器的步骤可包括更新所述计数。另选地，响应于确定所述转发速率存在变化来调节所述计数器的步骤可包括更新所述计数器阈值。
根据优选实施方式，用信号通知拥塞的测度的步骤可包括取决于所述队列度量执行所述数据项方面的一个或更多个动作。用信号通知拥塞的测度的步骤可包括取决于所述队列度量的状态来确定是否执行所述一个或更多个动作(在可被视为“确定性的”实施方式中)。这可涉及确定例如队列度量是否高于或低于阈值，并且基于该确定来决定例如是否标记、丢弃、截断或者延迟数据项(或者对那些数据项执行所选择的信令动作)。另选地，用信号通知拥塞的测度的步骤可包括以取决于所述队列度量的概率来执行所述一个或更多个动作(在可被视为“概率性的”实施方式中)。这可涉及例如以取决于队列度量的概率来标记、丢弃、截断或者延迟数据项(或者对那些数据项执行所选择的信令动作)。所述功能可使得在一个、一些或者各个数据项方面所述概率可低至零或者高至一，所述概率取决于队列度量为该范围内的任何值，或者所述功能可使得所述概率落在更严格的范围内。在另一另选方式中，用信号通知拥塞的测度的步骤可包括执行所述数据项方面的一个或更多个动作到取决于所述队列度量的程度。这可涉及例如将数据项延迟(或者对那些数据项执行所选择的信令动作)取决于队列度量的量。
根据优选实施方式，用信号通知拥塞的测度的步骤可包括取决于所述队列度量来标记数据项。另选地或另外地，用信号通知的步骤可涉及取决于所述队列度量在一个或更多个所述数据项方面执行下列动作中的一个或更多个：丢弃；截断；延迟；取消优先；重新路由；转发给预期目的地以外的目的地；发出带外拥塞通知。
根据本发明的第二方面，提供了一种对在处理元件处接收的服务请求进行处理的方法，所述处理元件能够操作以按照高达处理速率的速率来处理服务请求，所述处理速率经受变化；所述处理元件具有等待处理的请求队列并且具有与其关联的计数器，所述计数器根据预定算法来维持计数，能够取决于该计数来推导队列度量；所述方法包括以下步骤：
按照取决于所述处理速率的速率来更新所述计数；
响应于服务请求的接收来进一步更新所述计数；以及
取决于所述队列度量用信号通知所述处理元件方面的拥塞的测度；
所述方法还包括以下步骤：
确定所述处理速率是否存在变化，并且响应于确定所述处理速率存在变化：
-根据所述处理速率的所述变化来更改所述计数被更新的速率；以及
-取决于所述处理速率的所述变化来调节所述计数器，由此使得所述队列度量改变。
与上面针对第一方面提及的那些对应的选项和优选实施方式也适用于第二方面。
与第一方面有关，还提供了一种用于执行根据第一方面的方法的诸如网络元件的设备。
与第二方面有关，还提供了一种用于执行根据第二方面的方法的诸如处理元件的设备。
如下面将更详细说明的，根据本发明的优选实施方式的方法和设备因此使用“虚拟队列”技术，在该“虚拟队列”技术中，按照不同于现有技术的方式来调节计数(可被视为表示虚拟队列的长度)。具体地讲，除了响应于确定元件能够操作或者能够执行其处理任务(可包括转发数据项，或者更一般地，处理服务请求)的实际速率存在变化而更改所述计数被更新的速率以外，表示虚拟队列的长度的计数本身也被调节。
另选地，如将说明的，代替或者除了简单地调节所述计数，可对负责维持所述计数的计数器进行其它调节，由此取决于进行何种信令来使得队列度量改变。利用这些另选方式，可例如取决于队列度量(诸如虚拟队列的平滑长度)来执行信令。
与优选实施方式或其它实施方式相比，如果将仅更改虚拟流出速率(取决于虚拟队列长度执行标记以便用信号通知TCP信源它们应该调节其发送速率)，标记速率可最终变得正确，并且所应用的标记应该最终使得信源调节其发送速率以恢复在使用虚拟队列的网络上信源的正常操作。然而，短期来看，标记速率通常将不反映真实队列增长的实际危险。在实际线路速率减小的情况下，在存在足够标记以触发信源减速之前，存在真实队列将增长的危险。在实际线路速率增大的情况下，危险在于信源将超过其需要而减速。
如下面将更详细说明的，根据除了更改表示虚拟队列的长度的计数被更新的速率以外，计数本身也被调节的优选实施方式，与仅更改流出速率相比，基于其的信令可更快速和更精确地反映真实队列的改变。如果(优选实施方式就是如此)信令涉及通过取决于计数本身标记数据项(诸如分组)来用信号通知拥塞，则标记的数据项的数量(或者它们被标记的速率)因此可更快速和更精确地向TCP信源指示它们应该减小其发送速率或者可增大其发送速率。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1示出诸如路由器或交换机的网络元件的概览；
图2示出例示虚拟队列标记(VQM)处理的模型；
图3例示了虚拟队列的正常操作；
图4例示了虚拟队列的操作中的初始化阶段；以及
图5例示了对根据优选实施方式的虚拟队列的正常操作的修正。
具体实施方式
参照附图，将参照图5具体地描述根据优选实施方式的对在通信网络中的网络元件处接收的数据项进行处理并且用信号通知网络元件方面的拥塞的测度的方法和设备。然而，首先，将参照图3和图4描述使用可被视为虚拟队列技术的“正常”操作的技术。
参照图3，网络元件10(例如图1所示)保持在“等待”状态30，直至分组到达网络元件10(或者其各个接口14)的真实队列为止。然后进行至“计算”步骤32，在该步骤中计算自先前分组到达起的时间“T”。然后，从虚拟队列的先前水平“previous_VQ_level”通过加上与新接收的分组的大小“pkt_size”对应的量并且减去与虚拟队列的流出速率和自先前到达起的时间“T”的乘积(即，“VQ_rate*T”)对应的量，来获得虚拟队列的新水平“new_VQ_level”。因此：
new_VQ_level＝previous_VQ_level+pkt_size-(VQ_rate*T)
(将理解，基于流出速率更新虚拟队列水平可不停地或者持续地进行，而非简单地每次新分组到达时进行——效果可相同。)
然后，该处理进行至“比较”步骤34，在该步骤中将虚拟队列的(新)水平与虚拟队列的阈值(即，分组将要被丢弃或标记或者将要采取特定约束或者其它此类动作的虚拟队列的预定长度)进行比较。如果发现虚拟队列的(新)水平大于虚拟队列的阈值(即，如果VQ_level>VQ_threshold)，则该处理继续步骤36(下面讨论)，否则它返回到“等待”状态30并且保持该状态，直至另一分组到达真实队列为止。
在步骤36中，向真实队列发送指令以丢弃或标记分组(或者另一分组——不需要是刚刚到达的特定分组)，或者采取预定类型的动作以用信号通知拥塞即将发生或者开始。除此之外，可将虚拟队列的水平减小与其处理导致了所述水平超过阈值的分组的大小对应的量。(这可进行以便充分地清除虚拟队列以允许后续接收较少的分组，从而使得不会再发送“溢出”指示，但是在一些实施方式中，不需要进行这种减小。)然后该处理返回到“等待”状态30并且保持该状态，直至另一分组到达真实队列为止。
如将理解的，如上面参照图3描述的处理可无限地进行，但是为了全面起见，应该注意的是，可存在各种方式来发起该处理，无论是在特定网络元件或接口的情况下首次进行，还是在重置的情况下。
参照图4，因此将描述虚拟队列的正常操作中的可能初始化阶段。
在步骤40中，获得真实/实际线路速率的值。真实线路速率可例如由执行在当前条件下可能的最大速率的测量的网络元件来发现，或者可通过单独的控制实体的指令来强加(由于合同等)。
在步骤42中，可设定各种值，包括例如下列值：
-虚拟队列的流出速率“VQ_rate”可被设定为真实线路速率的适当选择的倍数“θ”(如前所述，通常略小于1)。
-虚拟队列的水平“VQ_level”可被设定为初始水平，例如其“零”水平(这在任何分组到达之前是适当的，更不要说导致任何拥塞)。
-虚拟队列的阈值“VQ_threshold”(即，用于丢弃、标记或者以其它方式采取动作)可被设定为预定水平等。
-虚拟队列的最大水平“VQ_maximum_level”可被设定为真实队列的最大缓冲大小的适当选择的倍数(可能为θ)等。
然后虚拟队列的操作可进行(经由步骤44)至“等待”状态30以继续进行处理。
现在参照图5，现在将说明在执行基于虚拟队列的处理(例如参照图3说明的)的同时进行进一步调节的优选实施方式。以此，拥塞信令(通过标记、丢弃或者以其它方式)可更精确地反映分组(或者其它数据单元)被真实队列丢弃或者从真实队列丢弃或者以其它方式未能如预期转发的近期危险。
在正常操作期间(并且在真实线路速率是静止或者稳定的同时)，网络元件可按照其正常方式来操作(即，根据图3的处理，根据例如图4的处理初始化)。在实际线路速率静止或稳定期间该正常操作在图5中由步骤50表示。因此，当分组到达时，虚拟队列的长度增加了分组的字节大小(在当前描述的实施方式中)。另外，其长度按照速率θX减小，通常这种基于速率的减小也在分组到达时强制进行，根据自先前分组到达起的时间计算(尽管如早前说明的，虚拟队列长度的这种基于速率的减小可不停地或者持续地进行)。如果虚拟队列的长度大于阈值，则标记分组(或者一个或更多个其它分组)，否则不标记。这可按照诸如或者类似于RFC 5670中描述的阈值计的操作的方式进行(尽管该描述从“令牌桶”方面进行描述，但是这在功能上等同于虚拟队列的描述(本质上按照另一方式描述)——实现所定义的行为的示例算法参见RFC 5670的附录A1)。
然而，在实际线路速率存在变化的情况下(例如，任何阶跃改变、超过预定量的改变、或者例如按照高于预定变化率的速率发生的实际线路速率的改变)，触发图5的处理，网络元件从步骤50进行至步骤52(如稍后将讨论的)。
首先，应该理解，网络元件可有各种方式来确定存在实际线路速率的变化。通常这可经由网卡的应用程序接口(API)。API可定期轮询网卡，做出可利用SNMP术语以“当前线路速率为多少”的形式表示的定期轮询请求，并且接收“线路速率为<value>”形式的响应。另选地，API可被中断驱动(例如，通过设定SNMP“trap”)，即，提交可按照“如果线路速率改变的话告知我，否则保持安静”的形式表示的请求，并且偶尔接收“线路速率刚刚改变，现在为<value>”形式的响应。在线路速率频繁改变的情况下轮询机制可为优选的，而在线路速率仅偶尔改变的情况下中断方法可为优选的。
如果确定(通过以上公开的技术或者以其它方式)存在实际线路速率的变化(即，网络元件能够或者能够操作以转发数据项的最高速率)，即，例如从X bps变化为Xnewbps，则在基于虚拟队列的处理方面进行两个改变。其顺序通常不重要——它们可按照任一顺序进行或者同时进行。
(i)虚拟队列流出速率被更新为θXnew。
(ii)在当前描述的实施方式中，调节表示虚拟队列的长度的计数(尽管如稍后将说明的，根据其它实施方式，可调节虚拟队列的或者与虚拟队列关联的其它参数以导致相同、相似或者对应的效果)。
在当前描述的实施方式中，对表示虚拟队列的长度的计数的调节如下进行：
-如果新的实际线路速率大于先前的实际线路速率，则减小虚拟队列长度(以便反映存在真实队列将开始增长的较低危险)。考虑到实现简单，这里的优选选项是将虚拟队列长度计数设定为显著低于标记阈值的某一预定值，例如其“零”值，从而减小标记(或者丢弃等)接下来的几个分组的概率。
-另一方面，如果新的实际线路速率小于先前的实际线路速率，则增大虚拟队列长度(以便反映存在真实队列将开始增长的较大危险)。同样考虑到实现简单，这里的优选选项是将虚拟队列长度计数设定为等于显著大于标记阈值的某一预定值，例如其“最大”水平，从而增大标记(或者丢弃等)接下来的几个分组的概率。
然后，虚拟队列返回以根据其“正常操作”处理来操作(例如图3所示)，并且可继续以其正常方式操作，直至确定实际线路速率存在另一改变。
如上所述，尽管当前描述的实施方式响应于确定实际线路速率存在改变，调节表示虚拟队列的长度的计数(以便至少在确定实际线路速率改变之后的短期内使得标记、丢弃等的可能性或量改变)，将理解，对于其它实施方式，可调节虚拟队列的或者与虚拟队列关联的其它参数以导致相同、相似或对应的效果(即，标记、丢弃等的可能性或量的至少短期改变)。例如，代替调节表示虚拟队列的长度的计数，可对标记阈值进行对应(即，镜像)调节，从而如果标识出实际线路速率的减小(通常将增加将适合于标记分组的机会)则使得阈值更接近当前水平，如果标识出实际线路速率的增大(通常将减小将适合于标记分组的机会)则使得阈值更远离当前水平。这些选项不太容易实现，因为它们可能需要用于存储额外变量(动态阈值)的设备以及随着时间推移使它返回到预定阈值的处理。
该实现选项以及一些其它可能的实现选项将在下面简要讨论。
一些实现选项
(a)如何更新计数器的一些选项：
在确定实际线路速率增大(通常导致拥塞危险(至少暂时地)变低)的情况下，在优选实施方式中，虚拟队列水平通常应该被减小以反映该情况。其一些可能实现方式包括以下选项：
·清除虚拟队列(即，将计数器水平设定为0)。(如早前说明的，使用该选项的原因在于它实现起来相对简单。)
·计算如果针对往返时间(RTT)按照新速率清空，虚拟队列将有多短，然后将虚拟队列的水平从其先前水平VQold调节为新水平VQnew如下：
οVQnew＝VQold–(VQ速率的改变*RTT)[min VQnew＝0](即，方括号表示该调节可在VQnew不能小于0或者一些其它预定值的条件下进行。)
ο其原因在于信源通常需要花费大约一个RTT来做出反应以标记。
οRTT可被直接测量(需要注意的是这可为不平凡的，因为通常对于各个信源-目的地对，RTT不同)，被估计(例如，如果网络拓扑使得所有路径具有或者可被视为具有相似RTT)，或者被假设(例如，在一些宽带情形下可假设RTT的典型值；“典型值”甚至可取决于技术，例如在使用数字订户线(DSL)技术的宽带互联网接入的条件下，通常比有线更多地使用交织，因此将具有更高的RTT)。
·将虚拟队列的长度设定为等于真实队列的长度(通常将小于虚拟队列的长度)。
·通过某一任意乘数来缩小虚拟队列的长度，例如
οVQnew＝VQold*(旧VQ速率/新VQ速率)
·以上的变体，例如：
ο如果新VQ速率>(1/θ*旧VQ速率)，则VQnew＝0，否则VQnew＝VQold(即，如果速率显著增大，则清除虚拟队列，否则什么都不做)。
·以上的组合，例如根据上述RTT方法计算值，但是最小值等于真实队列的长度。
相应地，在确定实际线路速率减小(通常导致拥塞危险(至少暂时地)变高)的情况下，在优选实施方式中，虚拟队列水平通常应该被增大以反映该情况。其一些可能实现方式包括以下选项：
·填充虚拟队列(即，将计数器水平设定为其最大值)。(使用该选项的原因可在于它实现起来相对简单。)
·计算如果针对往返时间按照新速率清空，虚拟队列将有多长，然后将虚拟队列的水平从其先前水平VQold调节为新水平VQnew如下：
οVQnew＝VQold+(VQ速率的改变*RTT)[max VQnew＝最大值]
·通过某一任意乘数来放大虚拟队列的长度，例如
οVQnew＝VQold*(旧VQ速率/新VQ速率)
·以上的变体，例如：
ο如果新VQ速率<(θ*旧VQ速率)则VQnew＝最大值，否则VQnew＝VQold
·以上的组合。
如早前简要参照的，调节虚拟队列的长度(或者计数器水平)的另选方式是调节虚拟队列的阈值“VQ_threshold”(即，对分组进行丢弃/标记/等的虚拟队列的长度)，即：
·如果真实线路速率减小，则可降低阈值(通常至大于其零水平的最小值)。
·如果真实线路速率增大，则可增大阈值(通常至小于其最大值VQ_maximum_level的某一值)。
可按照与上述任何概率对应的方式来计算阈值的改变。这可为合适的，因为具有虚拟队列的通信系统的行为通常对这些阈值不是太敏感[如参照早前讨论的Zhang和Charny的论文所指示的]。然而，这可能不太优选，因为如果阈值降低过多，则虚拟队列可能过于频繁地触发标记/丢弃/等，并且如果阈值增大过多，则虚拟队列可能不够提早地触发标记/丢弃/等，即，在标记/丢弃触发信源足够减速之前真实队列将显著填充或者甚至溢出。
(b)何时更新计数器的一些选项：
在“正常操作”中，虚拟队列长度通常在分组到达时增大，在分组离开时减小——图3示出分组仅在到达时被标记/丢弃/等的子情况，因此其实质上等同于仅在分组到达时计算虚拟队列长度。
如早前所说明的，根据优选实施方式，响应于确定实际线路速率改变，调节虚拟队列长度。一确定线路速率改变就可进行这种重置。另选方式可以是在下一次分组可被标记/丢弃/等的同时进行重置。例如，在分组仅在到达时被标记/丢弃/等的子情况下，因此其等同于仅在分组到达时重置虚拟队列长度(当根据图3和图5中的计算的组合效果重置虚拟队列长度时，即，具有修正的技术所贡献的调节的“正常操作”)。
(c)如何以及何时对数据项进行标记/丢弃/等的另选方式：
在上述优选实施方式中，通常取决于虚拟队列的长度高于还是低于阈值(或者根据适用的队列度量的状态)逐个分组地标记或丢弃(或者可采取其它类型的动作)分组。从在特定时间适用的队列度量的状态确定在特定分组方面是否将采取适用动作的意义上讲，这些实施方式可被视为“确定性的”。
在可被视为“概率性的”实施方式的另选实施方式中，不需要阈值来确定在特定分组方面是否采取标记、丢弃或另一动作。相反，可基于概率来采取动作(标记/丢弃/等)，其中在各个分组方面采取动作的概率取决于在特定时间适用(虚拟)队列度量的状态。通常，对于这些实施方式，在特定时间周期期间(虚拟)队列度量的状态将导致(平均来讲)在该周期期间接收的分组的更高或更低百分比被标记/丢弃/等，因此，该百分比可用信号通知期望的拥塞测度(例如，以类似于早前讨论的RED的方式，但是按照与RED和其它现有技术相比能够更快速和/或更精确地反映拥塞的可能性的方式)。
实际线路速率改变的一些可能原因
真实线路速率可能由于各种原因而改变，包括例如：
·无线接口可能因为无线条件改变而调节其速率。
·可利用例如数字线路管理(DLM)技术调节DSL速率。
·DSL速率可能不变，但是多播可能开始或停止。
·在光学链路上，可能使用另一波长或者其使用可能停止。
·结合的链路可能增加另一结合。
·更一般地，虚拟链路可能增加另一基础路径。
·在宽带网络(DSL或有线)中客户的上游速率可受到“公平使用”策略(其防止例如一个用户使用过多的共享带宽)的限制，其中上限取决于例如客户的最近业务高于还是低于其策略极限。
在DSL(其中在互联网服务提供商(ISP)的网络上宽带远程接入服务器(BRAS或B-RAS)对来往诸如数字订户线接入复用器(DSLAM)的宽带远程接入装置的业务进行路由)的情况下，在BRAS一侧，DSL速率可利用DLM频繁地改变，但是当多播会话在BRAS的下游激活时，在多播将更改线路的速度的网络的情况下甚至更经常地改变。对于多播，虚拟电路(VC)的BRAS速度可不得不更改为：
NEW_VC_Speed＝Original_VC_Speed–Multicast_Rate。
可能需要这来避免BRAS上的优先业务的分组丢失，因为多服务接入节点(MSAN)(是通常安装在电话交换机或者机柜中并且将客户的电话线连接到核心网络以全部从单个平台提供电话、ISDN以及诸如DSL的宽带的装置)通常不知道QoS。
在另选实现方式中，网络元件(或者负责确定存在实际线路速率的改变的模块)可被告知(或者以其它方式确定)新的线路速率或者当前线路速率的绝对值，或者可被告知(或者以其它方式确定)线路速率的改变。
虚拟队列通常在转发分组的节点的背景下考虑。然而，它们也可用于执行一般分组处理或者“服务请求”的其它类型的处理的节点，例如，诸如深度分组检测、防火墙和其它中间盒功能的通信功能，或者诸如软件定义网络(SDN)中所使用的通用刀片式服务器。
在这些情况下，所述方法可按照相同或相似的方式应用，其中“真实(或虚拟)线路速率”(分别)被“处理分组的真实(或虚拟)速率”代替。
因此节点可处理分组的速率可存在阶跃改变。例如，具有刀片式服务器的节点可关闭其刀片的内核之一(可能为了省电)或者激活另一内核，或者节点可认识到它不得不每分组进行更多处理(因此，“处理分组的真实速率”较慢)。原因可能是该节点是保护受到突然攻击的企业的防火墙，因此需要各个分组的更严格的筛选，或者因为突然需要更复杂的头压缩或者DPI操作。
在所有这些情况下，节点可能具有控制和/或监测处理功能的控制和/或管理系统，其将知道需要每分组更多处理，或者新的内核已被激活。虚拟队列可(依旧)显式地请求、或者被告知、或者本身知道新的“处理分组的真实速率”。

Claims (16)

1.一种对在通信网络中的网络元件处接收的数据项进行处理的方法，所述网络元件能够操作以按照高达转发速率的速率来转发数据项，所述转发速率经受变化；所述网络元件具有等待转发的数据项的队列并且具有与其关联的计数器，所述计数器根据预定算法来维持计数，能够取决于该计数来推导队列度量；所述方法包括以下步骤：
按照取决于所述转发速率的速率来更新所述计数；
响应于数据项的接收进一步更新所述计数；以及
取决于所述队列度量用信号通知所述网络元件方面的拥塞的测度；
所述方法还包括以下步骤：
确定所述转发速率是否存在变化，并且响应于确定所述转发速率存在变化：
-根据所述转发速率的所述变化来更改所述计数被更新的速率；以及
-取决于所述转发速率的所述变化来调节所述计数器，由此使得所述队列度量改变。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转发速率表征在单位时间内所述网络元件能够操作以转发的数据项的数量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转发速率表征在单位时间内所述网络元件能够操作以转发的数据的量。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，进一步更新所述计数的步骤是取决于接收的数据项的数量和/或接收数据项的速率来执行的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步更新所述计数的步骤是取决于接收的数据的量和/或接收数据的速率来执行的。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述队列度量是所述计数的水平的测度。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述队列度量是取决于在一段时间内所述计数的水平的测度的平均测度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述队列度量是所述计数与计数器阈值之间的差异的测度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，响应于确定所述转发速率存在变化来调节所述计数器包括更新所述计数。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，响应于确定所述转发速率存在变化来调节所述计数器包括更新所述计数器阈值。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用信号通知拥塞的测度的步骤包括取决于所述队列度量的状态来确定是否执行所述数据项方面的一个或更多个信令动作，并且取决于所述确定来执行或不执行所述一个或更多个信令动作。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用信号通知拥塞的测度的步骤包括以取决于所述队列度量的概率来执行所述数据项方面的一个或更多个信令动作。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用信号通知拥塞的测度的步骤包括执行所述数据项方面的一个或更多个信令动作到取决于所述队列度量的程度。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用信号通知拥塞的测度的步骤包括取决于所述队列度量在一个或更多个所述数据项方面执行下列信令动作中的一个或更多个：标记、丢弃；截断；延迟；取消优先；重新路由；转发给预期目的地以外的目的地；发出带外拥塞通知。
15.一种对在处理元件处接收的服务请求进行处理的方法，所述处理元件能够操作以按照高达处理速率的速率来处理服务请求，所述处理速率经受变化；所述处理元件具有等待处理的请求队列并且具有与其关联的计数器，所述计数器根据预定算法来维持计数，能够取决于该计数来推导队列度量；所述方法包括以下步骤：
按照取决于所述处理速率的速率来更新所述计数；
响应于服务请求的接收进一步更新所述计数；以及
取决于所述队列度量用信号通知所述处理元件方面的拥塞的测度；
所述方法还包括以下步骤：
确定所述处理速率是否存在变化，并且响应于确定所述处理速率存在变化：
-根据所述处理速率的所述变化来更改所述计数被更新的速率；以及
-取决于所述处理速率的所述变化来调节所述计数器，由此使得所述队列度量改变。
16.一种设备，该设备能够操作以执行根据权利要求1至15中的任一项所述的方法。
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