CN110166370B - 一种基于拥塞因子预判的传输方法 - Google Patents

一种基于拥塞因子预判的传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于拥塞因子预判的传输方法，用于实现传输层之间的信号传输，所述方法包括发送启动、发送趋近、拥塞反馈以及拥塞响应步骤。在所述发送启动、发送趋近、拥塞反馈以及拥塞响应步骤均要生成对应的各自拥塞门限值，通过各自的对应拥塞门限值采取不同的数据发送策略，从而保证数据的完整和稳定传输，避免丢包现象。其优点至少包括：本方法能够提前预判不同数据发送阶段的拥塞情况，并根据不同的情况采取不同的发送策略，能够保证数据通过不同的阶段尽可能的避免拥塞现象导致丢包现象。此外，每个阶段均可以动态调节拥塞门限值，实现对拥塞提前预判规避，避免丢包，同时尽可能的保证传输速率最优。

Description

一种基于拥塞因子预判的传输方法
技术领域
本发明涉及传输技术领域，更具体地说，涉及一种基于拥塞因子预判的传输方法。
背景技术
在数据传输中，存在多种可能的原因都会导致阻塞，例如(潜在)阻塞的非自适应独占资源应用，结点中固有并且由于指定路径上结点的统计多路复用产生的突发传输等；现有技术中，存在一些阻塞控制方法，例如早期的阻塞检测和回避，以及当发生阻塞时开始工作的阻塞管理方案。然而，这些方案均是在阻塞已经发生并且基于固定的上限阈值的简单调整，不能避免数据丢包，更有甚者，某些现有技术直接在发生阻塞时丢包，例如进入国家阶段的PCT专利PCT/US01/16527；其他现有技术，诸如CN108494702A，提出了根据数据状态调整传输速率等级，但是仍然是静态的简单调整；CN106789718A、CN107800638A、CN104702526B等采用了调整拥塞窗口的方式，但是仍然不能避免数据丢包；华为公司的授权专利CN102204182B提出的拥塞控制方法，基于丢包率以及丢包率的变化进行拥塞控制的调节因子，但是是在已经发生丢包的情况下；CN101094047A提出的方法可以实现分阶段传输，但是其随着传输递进，要发生超时现象才开始进行拥塞避免以及重复应答，实际上拉长了数据传输的时间，极大的降低了效率。
可见，目前而言提高传输速率以及尽可能减少丢包现象是目前亟待解决的问题，而现有虽然有基于对应的拥塞窗口建立的不同的传输算法，但是对具体传输能力的适应性较差，不能满足实际情况下的不同传输需求，实现传输效率的最大化。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种基于拥塞因子预判的传输方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于拥塞因子预判的传输方法，用于实现传输层之间的信号传输，提供至少一个发送端以及至少一个接收端。
所述方法包括发送启动、发送趋近、拥塞反馈以及拥塞响应四个步骤，所述四个步骤的每一个均基于各自的拥塞窗口值以及拥塞门限值。
具体而言，发送启动步骤，所述发送端通过发送启动策略向所述接收端发送数据，所述发送启动策略中所述拥塞窗口的值在每次发送数据时递增，配置有拥塞门限值，当所述拥塞窗口的值达到拥塞门限值时，执行发送趋近步骤；
发送趋近步骤，所述发送端通过发送趋近策略向所述接收端发送数据，所述发送趋近策略中所述拥塞窗口的值在每次发送数据时递增且所述拥塞窗口的值的增量小于所述发送启动策略中所述拥塞窗口的值的增量，当所述接收端反馈网络拥塞时，将所述拥塞窗口的值重置为此时的拥塞门限值，重新执行发送趋近步骤，直至数据发送完毕；
拥塞反馈步骤，当所述接收端接收发送报文时，通过预置的拥塞判断策略生成拥塞值，并将拥塞值写入待发送的反馈报文中发送至所对应的发送端，所述拥塞值反映当前接收端的网络拥塞情况；
拥塞响应步骤，当所述发送端接收到反馈报文中的拥塞值时根据预设的门限响应策略生成新的拥塞门限值，所述门限响应策略根据每次发送数据反馈的拥塞值的变化量生成新的拥塞门限值；
所述发送趋近步骤中还包括实时根据此时的拥塞门限值生成一拥塞上限值，当所述拥塞窗口的值大于或等于拥塞上限值时，所述发送端通过静态发送策略向所述接收端发送数据，直至产生新的拥塞门限值。
进一步地：所述发送启动策略中，每次发送数据时所述拥塞窗口的值的增量等于前一次发送数据时拥塞窗口的值。
进一步地：所述发送趋近策略中，配置有第一增量阈值，每次发送数据时，所述拥塞窗口的值的增量等于所述第一增量阈值。
进一步地：所述接收端通过在所述反馈报文中加入重发请求反馈丢包情况，所述拥塞判断策略根据每一重发请求生成拥塞子值，求和所述拥塞子值以获得拥塞值。
进一步地：所述拥塞子值通过第一公式获得，所述第一公式为Cn＝Sn＊a/(T-Tn)；其中Cn为第n个发送请求对应的拥塞子值，Sn为第n个发送请求重复发送的次数，a为预设的换算常数，T为当前时刻，Tn为第n个发送请求最后一次发送的时刻。
进一步地：所述门限响应策略包括当连续的第一预设数量的反馈报文中的拥塞值的增量小于第一预设增量时，使所述拥塞门限值增加一个单位。
进一步地：所述第一预设数量设置为3。
进一步地：所述门限响应策略包括当连续的第二预设数量反馈报文中的拥塞值的增量大于第二预设增量时，使所述拥塞门限值减小一个单位。
进一步地：所述第二预设数量设置为2。
进一步地：所述拥塞上限值设置为拥塞门限值的1.5-2倍。
本发明技术效果主要体现在以下方面：通过这样设置，动态调节拥塞门限值，实现对拥塞提前预判规避，避免丢包，同时尽可能的保证传输速率最优。本方法能够提前预判不同数据发送阶段的拥塞情况，并根据不同的情况采取采取不同的发送策略，能够保证数据通过不同的阶段尽可能的避免拥塞现象导致丢包现象。
附图说明
图1是本发明所述方法的主体流程图
图2是本发明例1的波形示意图；
图3是本发明例2的波形示意图；
图4是本发明例3的波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-4，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
参照图1示，一种基于拥塞因子预判的传输方法，用于实现传输层之间的信号传输，提供至少一个发送端以及至少一个接收端，所述方法包括发送启动、发送趋近、拥塞反馈以及拥塞响应四个步骤，所述四个步骤的每一个均基于各自的拥塞窗口值以及拥塞门限值。
具体而言，所述方法具体包括以下步骤：
发送启动步骤，所述发送端通过发送启动策略向所述接收端发送数据，所述发送启动策略中所述拥塞窗口的值在每次发送数据时递增，配置有拥塞门限值，当所述拥塞窗口的值达到拥塞门限值时，执行发送趋近步骤；发送数据时拥塞窗口的值反映发送数据的速度。
拥塞窗口值也可以叫做cwnd：发送端窗口，而拥塞是反映接收端窗口的大小，而通过控制发送端窗口就可以控制传输速率，如果发送端窗口的值过大，则接收端会被数据淹没，发生丢包，保证发送速度的前提下，不能将发送端窗口设置的太小。而发送启动步骤可以类似为慢启动。
如图2所示，初始拥塞窗口的值较小，而后逐渐呈指数增加，可以选为2-3之间，而直到拥塞窗口达到拥塞门限值时，换另一种发送方式，进入下一步骤。所述发送启动策略中，每次发送数据时所述拥塞窗口的值的增量等于前一次发送数据时拥塞窗口的值。
发送趋近步骤，所述发送端通过发送趋近策略向所述接收端发送数据，所述发送趋近策略中所述拥塞窗口的值在每次发送数据时递增且所述拥塞窗口的值的增量小于所述发送启动策略中所述拥塞窗口的值的增量，当所述接收端反馈网络拥塞时，将所述拥塞窗口的值重置为此时的拥塞门限值，重新执行发送趋近步骤，直至数据发送完毕；
而发送趋近步骤如图2所示，通过加法运算实现对拥塞窗口的值进行递增，而直到发生拥堵时，拥塞窗口会重置到拥塞门限值，然后重新开始递增。
本发明的核心部分如下。所述发送趋近策略中，配置有第一增量阈值，每次发送数据时，所述拥塞窗口的值的增量等于所述第一增量阈值。
拥塞反馈步骤，当所述接收端接收发送报文时，通过预置的拥塞判断策略生成拥塞值，并将拥塞值写入待发送的反馈报文中发送至所对应的发送端，所述拥塞值反映当前接收端的网络拥塞情况；通过在接收端配置对应算法，将拥塞情况量化，也就是量化接收窗口的实际的接收拥塞值，如果接收窗口不拥堵，则可以通过下一步骤使传输速率增加，而如果接收窗口拥堵，则通过下一步骤减小传输速率，避免丢包。
所述接收端通过在所述反馈报文中加入重发请求反馈丢包情况，所述拥塞判断策略根据每一重发请求生成拥塞子值，求和所述拥塞子值以获得拥塞值。所述拥塞子值通过第一公式获得，所述第一公式为Cn＝Sn＊a/(T-Tn)；其中Cn为第n个发送请求对应的拥塞子值，Sn为第n个发送请求重复发送的次数，a为预设的换算常数，T为当前时刻，Tn为第n个发送请求最后一次发送的时刻，例如接收端以发送重新发送信号为拥塞的提示，而在A时刻和B时刻分别发送有X信号和Y信号，其中Y信号出现过3次，X信号出现过两次，也就是说X信号所在时段更加拥塞，随着时间的推移，拥塞情况是会减小的(在没有其他数据发送到网络的情况)，所以在公式中加入了时间参数，也就是时间越久，判断该子值对结果的影响就越小，而次数越多就说明此次拥塞是持续性的，可能持续时间较长，所以这个拥塞子值相对对结果的影响就较大。
拥塞响应步骤，当所述发送端接收到反馈报文中的拥塞值时根据预设的门限响应策略生成新的拥塞门限值，所述门限响应策略根据每次发送数据反馈的拥塞值的变化量生成新的拥塞门限值；接收到拥塞值后，通过算法计算生成新的拥塞门限值，也就是在拥堵情况下，拥塞门限值减小，而在不拥堵情况下，拥塞门限值可以进行增加。所述门限响应策略包括当连续的第一预设数量的反馈报文中的拥塞值的增量小于第一预设增量时，使所述拥塞门限值增加一个单位。所述第一预设数量设置为3。所述门限响应策略包括当连续的第二预设数量反馈报文中的拥塞值的增量大于第二预设增量时，使所述拥塞门限值减小一个单位。所述第二预设数量设置为2。例如，连续几次增加拥塞门限值都不会对拥塞值产生影响时，就说明此时的增量在这个网络系统下还能够负荷，所以可以继续增加门限值，这样就可以保证从宏观上而言，窗口值波形相较稳定，趋近网络实际负荷的波形。
所述发送趋近步骤中还包括实时根据此时的拥塞门限值生成一拥塞上限值，当所述拥塞窗口的值大于或等于拥塞上限值时，所述发送端通过静态发送策略向所述接收端发送数据，直至产生新的拥塞门限值。而由于拥塞门限值是变成了一个变量，所以需要进行管控，也就是说，当实际的拥塞窗口值过大时，需要缓慢减小拥塞窗口增加的速率，这样就可以实现避免拥塞的情况。所述拥塞上限值设置为拥塞门限值的1.5-2倍。
以下通过图示介绍几种实际情况：
一、如图2，拥塞窗口值在纵坐标，横坐标为发送次数，可以获知直到拥塞窗口值到达拥塞门限值定为24，拥塞窗口值呈指数增加，等于门限值后，拥塞窗口值呈直线增长，图1中在30时出现了网络拥塞，也就是30时，接收端反馈了代表网络拥塞的信息，此时在拥塞窗口值回到24，重新以直线方式递增。
二、如图3，如果网络拥塞出现在拥塞窗口为40时(40的虚线处)，且此时设定的拥塞上限值为拥塞门限值的1.5倍，也就是36的虚线处，所以在拥塞窗口到达36时，通过静态发送策略实现拥塞窗口不再增加。
三、前述的两种情况是值拥塞窗口未发送变化的情况，如图4，如果接收端反馈的拥塞值的增量较小，那么拥塞门限值会相应提高，如果拥塞门限值提高为26，那么此时无论是出现拥堵或者到达拥塞上限的位置都会发生变化，如图所示，那么拥塞上限值就是39，也就是拥塞窗口到达39时，会不变，对应的如果拥塞值较高，则拥塞门限值就会响应减小，如果拥塞门限值减小为20，则拥塞上限值就为30，就会维持在30的位置。需要说明的是，接收端的拥堵情况是和发送端发送的数据量相关的，发送端到达静态点时，接收端如果仍然拥堵情况没有好转或变化，那么接收端的拥塞门限值还会减小，反之，接收端的拥塞门限值还可以增加，由于最后的静态调节时趋近调节的方式，多次发送后可能会调节一次拥塞门限值，所以可以实现拥塞避免的效果。
相对于现有技术，本方法能够提前预判不同数据发送阶段的拥塞情况，并根据不同的情况采取采取不同的发送策略，能够保证数据通过不同的阶段尽可能的避免拥塞现象导致丢包现象；并且，传输速率不会出现明显的降低，而是全程保持稳定传输，不同于现有技术中提到的要在丢包发生后才进行调整，或者调整后的速率越来越低的情形。
此外，根据本发明进行数据传输，每一个传输阶段均基于各自的拥塞窗口值以及拥塞门限值，并且前后阶段实现反馈协同，也不同于现有技术的简单阈值调整策略，能够自适应的调整传输策略。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，用于实现传输层之间的信号传输，所述方法包括发送启动、发送趋近、拥塞反馈以及拥塞响应四个步骤，所述四个步骤的每一个均基于各自的拥塞窗口值以及拥塞门限值，
其特征在于：
发送启动步骤：发送端通过发送启动策略向接收端发送数据，所述发送启动策略的所述拥塞窗口值在每次发送数据时递增，当所述发送启动策略的拥塞窗口值达到所述发送启动策略的拥塞门限值时，执行发送趋近步骤；
发送趋近步骤：所述发送端通过发送趋近策略向所述接收端发送数据，所述发送趋近策略的所述拥塞窗口值在每次发送数据时递增且该拥塞窗口值的增量小于所述发送启动策略中所述拥塞窗口值的增量，
拥塞反馈步骤：当所述接收端接收发送报文时，通过预置的拥塞判断策略生成拥塞值，并将拥塞值写入待发送的反馈报文中发送至所对应的发送端，所述拥塞值反映当前接收端的网络拥塞情况；
当所述接收端反馈网络拥塞时，将所述发送趋近策略中所述拥塞窗口值重置为此时的拥塞门限值，重新执行发送趋近步骤，直至数据发送完毕；
拥塞响应步骤，当所述发送端接收到反馈报文中的拥塞值时根据预设的门限响应策略生成新的拥塞门限值，所述门限响应策略根据每次发送数据反馈的拥塞值的变化量生成新的拥塞门限值；
所述发送趋近步骤中还包括实时根据此时的拥塞门限值生成一拥塞上限值，当所述拥塞窗口值大于或等于拥塞上限值时，所述发送端通过静态发送策略向所述接收端发送数据，直至产生新的拥塞门限值，所述静态发送策略为保持在每次发送数据时所述拥塞窗口值不变；
所述接收端通过在所述反馈报文中加入重发请求反馈丢包情况，所述拥塞判断策略根据每一重发请求生成拥塞子值，求和所述拥塞子值以获得拥塞值；
所述拥塞子值通过第一公式获得，所述第一公式为Cn＝Sn＊a/(T-Tn)；其中Cn为第n个发送请求对应的拥塞子值，Sn为第n个发送请求重复发送的次数，a为预设的换算常数，T为当前时刻，Tn为第n个发送请求最后一次发送的时刻。
2.如权利要求1所述的一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，其特征在于：所述发送启动策略中，每次发送数据时所述拥塞窗口值的增量等于前一次发送数据时拥塞窗口值。
3.如权利要求1所述的一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，其特征在于：所述发送趋近策略中，配置有第一增量阈值，每次发送数据时，所述拥塞窗口值的增量等于所述第一增量阈值。
4.如权利要求1所述的一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，其特征在于：所述门限响应策略包括当连续的第一预设数量的反馈报文中的拥塞值增量小于第一预设增量时，使所述拥塞门限值增加一个单位。
5.如权利要求4所述的一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，其特征在于：所述第一预设数量设置为3。
6.如权利要求1所述的一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，其特征在于：所述门限响应策略包括当连续的第二预设数量反馈报文中的拥塞值的增量大于第二预设增量时，使所述拥塞门限值减小一个单位。
7.如权利要求6所述的一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，其特征在于：所述第二预设数量设置为2。
8.如权利要求1所述的一种基于拥塞因子预判的数据传输方法，其特征在于：所述拥塞上限值设置为拥塞门限值的1.5-2倍。
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