CN106385374A - 一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法及系统，根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率，并根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态，然后根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。本发明能够根据网络状态实时调整发送端发送数据的传输速率，从源头控制拥塞发生的可能性，缓解网络拥塞状况，避免网络环境恶化，解决网络资源使用不公平的问题，方法简单实用，极大提升用户使用体验。

Description

一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法及系统

技术领域

本发明涉及网络质量优化技术领域，具体涉及一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法及系统。

背景技术

在网络数据传输过程中，在遇到类似视频播放，远程视频会议等大数据量的实时数据传输时，一旦发生了网络拥塞，导致网络环境恶化，出现频繁丢包的情况，对终端的使用者或客户体验会造成较大损失，针对这样的问题，如何缓解拥塞，采取一定手段解决拥塞带来的影响显得尤为重要。

目前，在电力专网内的终端均存在一个共同的问题，在终端侧，作为数据包的发送端没有采取相应的数据包发送控制机制，网络内部的拥塞控制完全依赖于TCP协议(Transmission Control Protocol，传输控制协议)本身的拥塞控制算法，另外，采取UDP协议(User Datagram Protocol，用户数据报协议)的终端也鲜有做相应的传输控制，这种情况会造成以下两个方面的弊端：

1、面向连接的TCP和无连接的UDP在拥塞发生时对拥塞指示的不同反应和处理，导致对网络资源的不公平使用问题。在拥塞发生时，有拥塞控制反应机制的TCP数据流会按拥塞控制步骤进入拥塞避免阶段，从而主动减小发送入网络的数据量。但对无连接的数据报UDP，由于没有端到端的拥塞控制机制，即使网络发出了拥塞指示，如数据包丢失、收到重复ACK(Acknowledgement，确认字符)等，UDP也不会像TCP那样减少向网络发送的数据量。结果遵守拥塞控制的TCP数据流得到的网络资源越来越少，没有拥塞控制的UDP则会得到越来越多的网络资源，这就导致了网络资源在各源端分配的严重不公平。网络资源分配的不公平反过来会加重拥塞，甚至可能导致拥塞崩溃。

2、一些TCP连接之间也存在公平性问题。产生问题的原因在于一些TCP在拥塞前使用了大窗口尺寸，或者它们的RTT(Round-TripTime，往返时延)较小，或者数据包比其他TCP大，这样它们也会多占带宽。

另外，现有的一些传输速率控制技术和方式，诸如模仿TCP协议的AIMD(AdditiveIncrease Multiplicative Decrease)方法，或者基于公式的拥塞控制方法TFRC(FriendlyRate Control，TCP友好速率控制算法)等等，这些算法一般基于客户机/服器平台，而实际接入电力专网的设备复杂多样，对于处理能力较弱的嵌入式系统，这些算法无疑复杂度比较高。

所以，有必要提出一种新的方法，在诸如大数据量传输或数据传输的实时性要求较高时，从局域网内源头控制拥塞发生的可能性,并同时兼顾诸如嵌入式设备等性能相对较弱的终端，算法过程要相对简单，终端需要资源代价不能过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法及系统，能够实时调整发送端数据包的发送速率，缓解网络拥塞网，改善发送端所处网络内的网络质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法，包括：

S1、根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率；

S2、根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态；

S3、根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。

本发明的有益效果：本发明提供的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法，根据当前数据传输过程中的当前丢包率来判断当前的网络状态，然后根据当前网络状态，自适应调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。本发明能够根据网络状态实时调整发送端发送数据的传输速率，从源头控制拥塞发生的可能性，缓解网络拥塞状况，避免网络环境恶化，解决网络资源使用不公平的问题，方法简单实用，极大提升用户使用体验。

进一步的，所述S1具体包括：

根据接收端反馈的输出报文数量m₂和发送端发出的输入报文数量m₁计算得到当前丢包率p，具体根据公式计算。

采用上述进一步方案的有益效果：根据接收端反馈的输出报文数量，计算当前丢包率，以便实时监测当前丢包率。

进一步的，所述S2具体包括：

若所述当前丢包率p小于丢包率下限阀值p_l，则当前网络处于空闲状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于拥塞状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率下限阀值p_l并且小于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于满载状态。

采用上述进一步方案的有益效果：根据丢包率判断当前网络所处状态，以便实时监控网络状态。

进一步的，所述S3具体包括：

若当前网络处于空闲状态，将当前传输速率S_last调整为正常传输速率S_normal，所述正常传输速率S_normal大于预设最小传输速率S_min并小于最大传输速率S_max；

若当前网络处于满载状态，根据接收端反馈的网络抖动参数确定拥塞发生趋势，并根据拥塞发生趋势线性调整发送速率；

若当前网络处于拥塞状态，根据公式调整当前传输速率，其中，K_last为拥塞调整系数，并且其取值范围为0～1。

采用上述进一步方案的有益效果：根据当前网络状态实时调整发送端发送数据的速率，调整速率的算法公式简单，能够兼顾诸如嵌入式设备等性能相对较弱的终端。

进一步的，所述根据拥塞发生趋势，线性调整发送速率具体包括：

若网络抖动参数J>0，则网络拥塞趋向于发生，根据公式S＝max((C_last-a)×S_last,S_min)调整当前传输速率，其中，C_last为满载调整系数，a为调整常量，并且0＜C_last-a＜1；

若网络抖动参数J<0，则网络拥塞趋向于不发生，根据公式调整当前传输速率S＝min((C_last+a)×S_last,S_max)；

若网络抖动参数J＝0，网络无抖动，按照当前发送速率S_last传输数据。

采用上述进一步方案的有益效果是：网络处于满载状态时，根据网络抖动参数大小确定拥塞发生趋势，进而对当前传输速率进行调整，方法简单有效。

另一方面，本发明提供了一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，所述系统包括：

丢包率计算模块，用于根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率；

网络状态判断模块，用于根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态；

速率调整模块，用于根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。

本发明的有益效果：本发明提供的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，根据当前数据传输过程中的当前丢包率来判断当前的网络状态，然后根据当前网络状态，自适应调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。本发明能够根据网络状态实时调整发送端发送数据的传输速率，从源头控制拥塞发生的可能性，缓解网络拥塞状况，避免网络环境恶化，解决网络资源使用不公平的问题，方法简单实用，极大提升用户使用体验。

进一步的，所述丢包率计算模块具体用于：

根据接收端反馈的输出报文数量m₂和发送端发出的输入报文数量m₁计算得到当前丢包率p，具体根据公式计算。

采用上述进一步方案的有益效果：根据接收端反馈的输出报文数量，计算当前丢包率，以便实时监测当前丢包率。

进一步的，所述网络状态判断模块具体用于：

若所述当前丢包率p小于丢包率下限阀值p_l，则当前网络处于空闲状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于拥塞状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率下限阀值p_l并且小于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于满载状态。

采用上述进一步方案的有益效果：根据丢包率判断当前网络所处状态，以便实时监控网络状态。

进一步的，所述速率调整模块具体包括：

空闲调整单元，用于若当前网络处于空闲状态，将当前传输速率S_last调整为正常传输速率S_normal，所述正常传输速率S_normal大于预设最小传输速率S_min并小于最大传输速率S_max；

满载调整单元，用于若当前网络处于满载状态，根据接收端反馈的网络抖动参数确定拥塞发生趋势，并根据拥塞发生趋势线性调整发送速率；

拥塞调整单元，用于若当前网络处于拥塞状态，根据公式调整当前传输速率，其中，K_last为拥塞调整系数，并且其取值范围为0～1。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据当前网络状态实时调整发送端发送数据的速率，调整速率的算法公式简单，能够兼顾诸如嵌入式设备等性能相对较弱的终端。

进一步的，所述满载调整单元具体用于：

若网络抖动参数J>0，则网络拥塞趋向于发生，根据公式调整当前传输速率，其中，C_last为满载调整系数，a为调整常量，并且0＜C_last-a＜1；

若网络抖动参数J<0，则网络拥塞趋向于不发生，根据公式调整当前传输速率S＝min((C_last+a)×S_last,S_max)；

若网络抖动参数J＝0，网络无抖动，按照当前发送速率S_last传输数据。

采用上述进一步方案的有益效果是：网络处于满载状态时，根据网络抖动参数大小确定拥塞发生趋势，进而对当前传输速率进行调整，方法简单有效。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法流程图；

图2为本发明实施例2的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统示意图；

图3为本发明实施例2的发送端和接收端的总体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法。下面结合图1对本实施例提供的方法进行详细说明。

参见图1，S1、根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率。

具体的，根据接收端反馈的预设时间段内的输出报文数量和所述预设时间段内发送端发出的输入报文数量计算得到当前丢包率，实时监测当前丢包率。具体根据公式(1)来进行计算：

$p=\frac{m_1-m_2}{m_1}\&times;100\%---\left(1\right)$

其中，m₁为预设时间段内发送端发出的输入报文数量，m₂为接收端反馈的预设时间段内的输出报文数量，p为当前丢包率，m₁-m₂为在预设时间段内丢失的报文数量，丢包率是指测试中所丢失数据包数量占所发送数据组的比率，输入报文是指发送端通过网络向接收端输入的报文，输出报文是指接收端接收到的发送端成功输出的，没有在传输过程中丢失的报文。

S2、根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态。

具体的，根据计算得到的所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态，实时监测当前网络状态。

若所述当前丢包率p小于预设的丢包率下限阀值p_l，即p<p_l，则当前网络处于空闲状态。

若所述当前丢包率p大于预设的丢包率上限阀值p_h，即p>p_h，则当前网络处于拥塞状态。

若所述当前丢包率p大于丢包率下限阀值p_l并且小于丢包率上限阀值p_h，即p_l<p<p_h，则当前网络处于满载状态。

S3、根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。

具体的，根据所述网络状态调整从发送端发送缓存的数据到接收端的传输速率。

若当前网络处于空闲状态，将当前传输速率S_last调整为正常传输速率S_normal，所述正常传输速率S_normal大于预设最小传输速率S_min并小于最大传输速率S_max。具体的，所述正常传输速率S_normal为遵守的TCP协议中设定的传输速率值，该值为TCP协议中预先设置的。

若当前网络处于满载状态，根据接收端反馈的网络抖动参数确定拥塞发生趋势，并根据拥塞发生趋势线性调整发送速率。

具体的，若当前网络处于满载状态，根据接收端反馈的网络抖动参数确定拥塞发生趋势，并根据拥塞发生趋势线性调整发送速率。具体的，可以通过向接收端发送RTCP(RTPControl Protocol，实时传输控制协议包)，再从接收端反馈的RTCP反馈包直接读取所述网络抖动参数J，网络抖动参数参数描述拥塞发生的可能性趋势。

具体的，若网络抖动参数J>0，则网络拥塞趋向于发生，根据公式(2)调整当前传输速率：

S＝max((C_last-a)×S_last,S_min) (2)

其中，C_last为满载调整系数，a为调整常量，并且0＜C_last-a＜1。满载调整系数C_last和调整常量a具体分别都是通过多次实验得到的一个区间，并取区间的平均值得到的。另外，max(x,y)为取x，y中的较大值。网络拥塞趋向于发生时，可适当降低发送速率，但不能低于预设最小传输速率S_min。

若网络抖动参数J<0，则网络拥塞趋向于不发生，根据公式(3)调整当前传输速率：

S＝min((C_last+a)×S_last,S_max) (3)

若网络抖动参数J＝0，网络无抖动，按照当前发送速率S_last传输数据。另外，min(x，y)取x，y中的较小值。网络拥塞趋向于不发生时，可适当增加发送速率，但不能大于预设最大传输速率S_max。

若当前网络处于拥塞状态，根据公式(4)调整当前传输速率：

$S=\min (K_{last}^2\&times;S_{last},S_{\min })---\left(4\right)$

其中，K_last为拥塞调整系数，并且其取值范围为0～1。拥塞调整系数K_last和具体是通过多次实验得到的一个区间，并取区间的平均值得到的。当网络处于拥塞状态时，可适当降低发送速率，但不能低于预设最小传输速率S_min。

实施例2、一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统。下面结合图2至图3对本实施例提供的系统进行详细说明。

参见图2至图3，本实施例提供的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，所述系统包括丢包率计算模块、网络状态判断模块以及速率调整模块。

丢包率计算模块，用于根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率。

所述丢包率计算模块具体用于：根据接收端反馈的输出报文数量m₂和发送端发出的输入报文数量m₁计算得到当前丢包率p，具体根据公式计算。

网络状态判断模块，用于根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态。

所述网络状态判断模块具体用于：若所述当前丢包率p小于丢包率下限阀值p_l，则当前网络处于空闲状态；若所述当前丢包率p大于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于拥塞状态；若所述当前丢包率p大于丢包率下限阀值p_l并且小于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于满载状态。

速率调整模块，用于根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。

所述速率调整模块具体包括空闲调整单元、满载调整单元以及拥塞调整单元。

空闲调整单元，用于若当前网络处于空闲状态，将当前传输速率S_last调整为正常传输速率S_normal，所述正常传输速率S_normal大于预设最小传输速率S_min并小于最大传输速率S_max。

满载调整单元，用于若当前网络处于满载状态，根据接收端反馈的网络抖动参数确定拥塞发生趋势，并根据拥塞发生趋势线性调整发送速率。

所述满载调整单元具体用于：若网络抖动参数J>0，则网络拥塞趋向于发生，根据公式S＝max((C_last-a)×S_last,S_min)调整当前传输速率，其中，C_last为满载调整系数，a为调整常量，并且0＜C_last-a＜1；若网络抖动参数J<0，则网络拥塞趋向于不发生，根据公式调整当前传输速率S＝min((C_last+a)×S_last,S_max)；若网络抖动参数J＝0，网络无抖动，按照当前发送速率S_last传输数据。

拥塞调整单元，用于若当前网络处于拥塞状态，根据公式调整当前传输速率，其中，K_last为拥塞调整系数，并且其取值范围为0～1。

具体的，丢包率计算模块计算当前丢包率，网络状态判断模块根据当前丢包率判断当前网络所处状态，速率调整模块根据当前网络所处状态调整当前数据传输的发送速率，把缓存的发送数据按照调整的发送速率通过IP网络发送至服务器(接收端)。

本发明提供的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法及系统，根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率，并根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态，然后根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。本发明能够根据网络状态实时调整发送端发送数据的传输速率，从源头控制拥塞发生的可能性，缓解网络拥塞状况，避免网络环境恶化，解决网络资源使用不公平的问题，方法简单实用，极大提升用户使用体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法，其特征在于，包括：

S1、根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率；

S2、根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态；

S3、根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。

2.如权利要求1所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法，其特征在于，所述S1具体包括：

根据接收端反馈的输出报文数量m₂和发送端发出的输入报文数量m₁计算得到当前丢包率p，具体根据公式计算。

3.如权利要求2所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法，其特征在于，所述S2具体包括：

若所述当前丢包率p小于丢包率下限阀值p_l，则当前网络处于空闲状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于拥塞状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率下限阀值p_l并且小于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于满载状态。

4.如权利要求3所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法，其特征在于，所述S3具体包括：

若当前网络处于空闲状态，将当前传输速率S_last调整为正常传输速率S_normal，所述正常传输速率S_normal大于预设最小传输速率S_min并小于最大传输速率S_max；

若当前网络处于满载状态，根据接收端反馈的网络抖动参数确定拥塞发生趋势，并根据拥塞发生趋势线性调整发送速率；

若当前网络处于拥塞状态，根据公式调整当前传输速率，其中，K_last为拥塞调整系数，并且其取值范围为0～1。

5.如权利要求4所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制方法，其特征在于，所述根据拥塞发生趋势，线性调整发送速率具体包括：

若网络抖动参数J>0，则网络拥塞趋向于发生，根据公式调整当前传输速率，其中，C_last为满载调整系数，a为调整常量，并且0＜C_last-a＜1；

若网络抖动参数J<0，则网络拥塞趋向于不发生，根据公式调整当前传输速率S＝min((C_last+a)×S_last,S_max)；

若网络抖动参数J＝0，网络无抖动，按照当前发送速率S_last传输数据。

6.一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，其特征在于，所述系统包括：

丢包率计算模块，用于根据接收端反馈的输出报文数量计算得到当前丢包率；

网络状态判断模块，用于根据所述当前丢包率以及预设的丢包率上限阀值和丢包率下限阀值判断当前的网络状态；

速率调整模块，用于根据所述网络状态调整从发送端发送数据到接收端的传输速率。

7.如权利要求6所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，其特征在于，所述丢包率计算模块具体用于：

根据接收端反馈的输出报文数量m₂和发送端发出的输入报文数量m₁计算得到当前丢包率p，具体根据公式计算。

8.如权利要求7所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，其特征在于，所述网络状态判断模块具体用于：

若所述当前丢包率p小于丢包率下限阀值p_l，则当前网络处于空闲状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于拥塞状态；

若所述当前丢包率p大于丢包率下限阀值p_l并且小于丢包率上限阀值p_h，则当前网络处于满载状态。

9.如权利要求8所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，其特征在于，所述速率调整模块具体包括：

空闲调整单元，用于若当前网络处于空闲状态，将当前传输速率S_last调整为正常传输速率S_normal，所述正常传输速率S_normal大于预设最小传输速率S_min并小于最大传输速率S_max；

满载调整单元，用于若当前网络处于满载状态，根据接收端反馈的网络抖动参数确定拥塞发生趋势，并根据拥塞发生趋势线性调整发送速率；

拥塞调整单元，用于若当前网络处于拥塞状态，根据公式调整当前传输速率，其中，K_last为拥塞调整系数，并且其取值范围为0～1。

10.如权利要求9所述的一种局域网发送端的缓解网络拥塞的传输控制系统，其特征在于，所述满载调整单元具体用于：

若网络抖动参数J>0，则网络拥塞趋向于发生，根据公式调整当前传输速率，其中，C_last为满载调整系数，a为调整常量，并且0＜C_last-a＜1；

若网络抖动参数J<0，则网络拥塞趋向于不发生，根据公式调整当前传输速率S＝min((C_last+a)×S_last,S_max)；

若网络抖动参数J＝0，网络无抖动，按照当前发送速率S_last传输数据。