CN113938433B - 一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法和装置，本发明基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法包括：检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G；基于端口缓冲队列长度的梯度G表示的队列的变化趋势来动态调整基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth以调整报文发送速率。本发明将传统基于ECN的拥塞控制方法中单一固定的打标阈值，转变为根据缓冲队列长度的变化趋势动态调整，可根据缓冲队列的变化提前预判大量报文的到来和排出，从而尽早通过调整拥塞打标阈值来将该趋势反馈到源端调整报文发送速率，从而防止队列缓冲上溢或下溢，降低延时并提高利用率，减小队列振荡，提高收敛性。
Description
技术领域
本发明涉及网络数据传输的高速网络拥塞控制技术，具体涉及一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法和装置。
背景技术
现有的高速网络拥塞控制主要是基于拥塞打标(ECN)的方法。如图1所示，拥塞打标方法检测交换机端口的缓冲队列长度，如果超过一定的阈值则认为该端口发生拥塞，对该端口流出报文的ECN域进行打标(ECN＝1，如图1中阴影部分所示)，后续通过ECN标记通知源节点降低报文发送速度，从源端解决网络的拥塞问题。但是拥塞打标方法只能针对缓冲队列的瞬时长度进行检测和打标，如果在短时间内出现大量报文同时发往该端口，或者发往该端口的大量报文突然消失，现有的拥塞控制方法无法及时反应，则可能造成队列长度剧烈增大或减小，很容易造成缓冲区上溢、下溢或队列振荡。如果发生上溢，可能造成拥塞传播，增加报文延时；如果发生下溢，可能造成链路利用率低，浪费网络带宽；如果发生队列振荡，可能造成带宽和延迟的振荡和不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法和装置，本发明可根据缓冲队列的变化提前预判大量报文的到来和排出，从而尽早通过调整拥塞打标阈值来将该趋势反馈到源端调整报文发送速率，从而防止队列缓冲上溢或下溢，降低延时并提高利用率，减小队列振荡，提高收敛性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法，包括：
1)检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G；
2)基于端口缓冲队列长度的梯度G表示的队列的变化趋势来动态调整基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth以调整报文发送速率。
可选地，在T时刻获取端口缓冲队列的长度Q1，在T+τ时刻获取端口缓冲队列的长度Q2，将长度Q2减去长度Q1，得到当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G，其中τ为预设的时间段。
可选地，步骤2)包括：在G>Gth1和Qth-ΔQ≤0同时成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为0，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度。
可选地，步骤2)包括：在G>Gth1成立、Qth–ΔQ≤0不成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth-ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度。
可选地，步骤2)包括：在G＜Gth2和Qth+ΔQ≥Qc同时成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qc，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qc为端口缓冲区容量。
可选地，步骤2)包括：在G＜Gth2成立、Qth+ΔQ≥Qc不成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth+ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qc为端口缓冲区容量。
可选地，步骤2)包括：在Gth1≤G≤Gth2成立、Qth＜Qthi成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth+ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qthi为端口缓冲区容量。
可选地，步骤2)包括：在Gth1≤G≤Gth2成立、Qth＞Qthi成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth–ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qthi为预设的初始打标阈值。
此外，本发明还提供一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制装置，包括处理器和与处理器相连的网络端口，该处理器被编程或配置以执行所述基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法的步骤。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有用于被网络设备执行以实施所述基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法的步骤的计算机程序。
和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：
1、在现有的基于ECN的拥塞控制方法中，打标阈值一般是单一的固定阈值，仅能对当前缓冲队列的瞬时长度进行判断，而不能判断队列长度的变化趋势和速率，使得打标的准确性受到限制，影响了拥塞控制的精度。本发明引入了队列长度变化梯度，并将其应用到动态调节打标阈值的机制中，使得打标更加准确，提高拥塞控制的效果；
2、现有的拥塞打标方法只判断队列长度，仅根据队列长度是否超过固定的打标阈值来决定是否进行ECN标记，，本发明的方法引入了队列长度变化的梯度，并根据队列长度变化梯度对打标阈值进行动态调整，也即在打标判断时综合考虑了队列长度和队列长度变化梯度，使得打标判断更加精细和精准；
3、采用本发明的方法，当队列长度变化梯度大于上阈值时，队列长度快速增大，在这种情况时降低打标阈值，整体上增加了打标报文的数量，有助于源端更快更早地降低报文的发送速率，并且梯度大于上阈值的时间越长，打标阈值降低越多，最多可降低到0；当队列长度变化梯度小于下阈值时，队列长度快速减小，在这种情况时增高打标阈值，整体上减少了打标报文的数量，有助于源端更快更早地提高报文的发送速率，并且梯度小于下阈值的时间越长，打标阈值增高越多，最多可增高到缓冲区最大容量；通过动态调整ECN打标阈值，使得源端可以尽早进行速率调节，防止缓冲区上溢或下溢，同时也可减轻队列长度震荡，从而降低报文延时，提高网络带宽。
4、本发明方法只需在现有的ECN打标方法上进行很小的改动，仅增加队列长度变化梯度计算逻辑和动态阈值调整逻辑，不会改变现有网络交换芯片的其它软硬件，不会对性能、实现方法和实现成本造成影响。
附图说明
图1为现有的单一固定阈值拥塞控制方法的原理示意图。
图2为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图3为本发明实施例中的动态阈值原理示意图。
具体实施方式
参见图2，本实施例基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法包括：
1)检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G；
2)基于端口缓冲队列长度的梯度G表示的队列的变化趋势来动态调整基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth以调整报文发送速率。
参见图2，本实施例步骤1)包括：在T时刻获取端口缓冲队列的长度Q1，在T+τ时刻获取端口缓冲队列的长度Q2，将长度Q2减去长度Q1，得到当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G，其中τ为预设的时间段。在时刻T检测端口缓冲队列的长度，记为Q1；在时刻T+τ检测端口缓冲队列的长度，记为Q2；则计算梯度G＝Q2–Q1。
参见图2，本实施例步骤2)包括：在G>Gth1和Qth–ΔQ≤0同时成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为0，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度。
参见图2，本实施例步骤2)包括：在G>Gth1成立、Qth–ΔQ≤0不成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth-ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度。
参见图2，本实施例步骤2)包括：在G＜Gth2和Qth+ΔQ≥Qc同时成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qc，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qc为端口缓冲区容量。
参见图2，本实施例步骤2)包括：在G＜Gth2成立、Qth+ΔQ≥Qc不成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth+ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qc为端口缓冲区容量。
参见图2，本实施例步骤2)包括：在Gth1≤G≤Gth2成立、Qth＜Qthi成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth+ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qthi为预设的初始打标阈值。
参见图2，本实施例步骤2)包括：在Gth1≤G≤Gth2成立、Qth＞Qthi成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth–ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qthi为端口缓冲区容量。
参见图3，预设的梯度上阈值Gth1、梯度下阈值Gth2将缓冲队列长度梯度G划分为3个区域，根据梯度G所在的区域，以及打标阈值Qth与预设的初始打标阈值Qthi之间的关系，打标阈值Qth可动态地进行自动调整。可根据缓冲队列的变化提前预判大量报文的到来和排出，从而尽早通过调整拥塞打标阈值来将该趋势反馈到源端调整报文发送速率，防止队列缓冲上溢或下溢，降低延时并提高利用率，减小队列振荡，提高收敛性。
参见图2和图3可知，本实施例基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法的完整步骤包括：
(1)开始，将打标阈值Qth设定为预设的初始打标阈值Qthi；
(2)在时刻T检测端口缓冲队列长度，记为Q1；
(3)在时刻T+τ检测端口缓冲队列长度，记为Q2；
(4)计算梯度G＝Q2–Q1；
(5)如果G>Gth1(梯度上阈值)，继续以下步骤，否则跳到步骤(9)；
(6)如果Qth-ΔQ≤0，Qth为0；
(7)如果Qth-ΔQ>0，Qth为Qth-ΔQ；
(8)从步骤(2)重复流程；
(9)如果G<Gth2(梯度下阈值)，继续以下步骤，否则跳到步骤(13)；
(10)如果Qth+ΔQ≥Qc，Qth为Qc；
(11)如果Qth+ΔQ<Qc，Qth为Qth+ΔQ；
(12)从步骤(2)重复流程；
(13)如果Qth<Qthi，Qth为Qth+ΔQ；
(14)如果Qth>Qthi，Qth为Qth-ΔQ；
(15)如果Qth＝Qthi，Qth不变；
(16)从步骤(2)重复流程。
综上所述，为了解决传统拥塞打标方法的前述问题，需识别和检测队列长度的变化趋势。如果检测出队列长度快速增加或降低，及时做出相应的反应，并尽快反馈到源端进行速率调整，从而防止或减轻缓冲区上溢、下溢和队列振荡。基于上述原理，本实施例将传统基于ECN的拥塞控制方法中单一固定的打标阈值，转变为根据缓冲队列长度的变化趋势动态调整。通过检测端口缓冲队列长度的梯度来判断队列的变化趋势，并根据梯度变化趋势动态调整拥塞打标阈值。该方法可根据缓冲队列的变化提前预判大量报文的到来和排出，从而尽早通过调整拥塞打标阈值来将该趋势反馈到源端调整报文发送速率，从而防止队列缓冲上溢或下溢，降低延时并提高利用率，减小队列振荡，提高收敛性。
此外，本实施例还提供一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制装置，包括处理器和与处理器相连的网络端口，该处理器被编程或配置以执行前述基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有用于被网络设备执行以实施前述基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法的步骤的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法，其特征在于，包括：
1）检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G；
2）基于端口缓冲队列长度的梯度G表示的队列的变化趋势来动态调整基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth以调整报文发送速率，包括：
在G > Gth1和Qth – ΔQ ≤0同时成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为0，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度；
在G > Gth1成立、Qth – ΔQ ≤0不成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth − ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度；
在G ＜ Gth2和Qth + ΔQ ≥Qc同时成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qc，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qc为端口缓冲区容量；
在G ＜ Gth2成立、Qth + ΔQ ≥ Qc不成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth + ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qc为端口缓冲区容量；
在Gth1 ≤ G ≤ Gth2成立、Qth ＜ Qthi成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth + ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qthi为预设的初始打标阈值；
在Gth1 ≤ G ≤ Gth2成立、Qth ＞ Qthi成立时，将基于拥塞打标ECN的拥塞控制方法中的打标阈值Qth设置为Qth – ΔQ，其中G为当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度，Gth1为预设的梯度上阈值，Gth2为预设的梯度下阈值，ΔQ为动态阈值调整时Qth每次增大或减小的幅度，Qthi为预设的初始打标阈值。
2. 根据权利要求1所述的基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法，其特征在于，步骤1）包括：在T时刻获取端口缓冲队列的长度Q1，在T + τ时刻获取端口缓冲队列的长度Q2，将长度Q2减去长度Q1，得到当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G，其中τ为预设的时间段。
3.一种基于动态阈值的高速网络拥塞控制装置，包括处理器和与处理器相连的网络端口，其特征在于，该处理器被编程或配置以执行权利要求1或2所述基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有用于被网络设备执行以实施权利要求1或2所述基于动态阈值的高速网络拥塞控制方法的步骤的计算机程序。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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