CN114339829A - 一种基于丢包类型识别的吞吐补偿方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于丢包类型识别的吞吐补偿方法和装置，其中，该方法包括：利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块，其中，测量模块是基于Count‑Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数，通告模块是使用未被丢弃的报文，将未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给发送端；发送端根据流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数，计算预设时间内发生的错误丢包事件数，并评估无线链路的错误丢包率，基于错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输吞吐量。本发明能准确估计无线链路的错误丢包率，然后发送端线性增加发送窗口，以提高发送速率，提升在无线网络下的端到端传输性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线网络技术领域，尤其涉及一种基于丢包类型识别的吞吐补偿方法和装置。
背景技术
网络传输优化工作中，时常会出现由于对网络状态的理解不够深刻或算法识别不够准确而导致的盲动，这种盲动甚至会出现负面作用。所以网络优化的重点之一就是理解、识别链路情况，即如何能更精细地分类链路问题并更准确地识别链路问题，目前对这一内容的研究还不足。本发明以链路问题中非常关键的丢包问题作为切入点，核心内容是对丢包场景进行识别和分类，最终目标是对传输算法提供判断依据，提升网络传输质量。
TCP是Internet上使用最广泛的协议，它的成功来源于它的可靠性和避免拥塞的能力。并且，TCP的拥塞控制算法也被QUIC等协议沿用。然而，TCP的拥塞控制是在80年代发展起来的。这些拥塞控制算法都基于这样一个前提，即丢包主要是由于缓冲区溢出。因此，它不适用于链路错误丢包很常见的无线网络。事实上，TCP和QUIC协议都没有机制来区分由链路错误引起的丢包和由拥塞引起的丢包，这些协议在遇到丢包时都统一的认为发生了拥塞，然后降低发送速率。在实际没有发生拥塞的情况下，这种降速是不合理的，会导致链路利用率很低。其结果是TCP和QUIC协议在无线链路上的吞吐量低于它们本可以达到的水平。
因此，在无线链路上增加传输吞吐量的解决方案是，当面临由于链路错误而造成的丢包时，传输协议不应该像面临拥塞丢包一样降速，反而应该增加发送速率，来弥补由错误丢包导致的吞吐量下降，尽可能提升链路利用率。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于解决无线链路中因链路错误造成丢包，而使链路利用率降低的问题，提出了一种基于丢包类型识别的吞吐补偿方法。
本发明的第二个目的在于提出一种基于丢包类型识别的吞吐补偿装置。
本发明的第三个目的在于提出一种服务器。
本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达上述目的，本发明一方面提出了一种基于丢包类型识别的吞吐补偿方法，包括以下步骤：
S1，利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，所述测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；所述通告模块是使用未被丢弃的报文，将所述未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给所述发送端；
S2，所述发送端根据所述流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于所述错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
本发明实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法，利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；通告模块是使用未被丢弃的报文，将未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给发送端；发送端根据流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
另外，根据本发明上述实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，所述基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数，包括：所述Count-Min Sketch是一个r行w列的二维数组，其中每个元素是一个计数器，r行分别对应r个哈希算法，哈希算法的key是报文所属流的标识符，为五元组，若有拥塞丢包发生，对于被丢弃的报文，预设第i个哈希算法结果命中B(i,j)计数器，则所述B(i,j)计数器加1，表示发生了一次拥塞丢包。
进一步地，所述使用未被丢弃的报文，将所述未被丢弃的报文的流拥塞丢包信息通告给所述发送端，包括：在所述Count-Min Sketch中查询正常转发的报文所属的流是否发生了拥塞丢包，判断条件是r个哈希算法分别命中r个B(i,j)，如果数字都大于0的话，则将IP头部中的两位ECN信息(ECT，CE)全部置为1，00表示不支持ECN，10表示支持且没有经历拥塞和拥塞丢包，01表示经历了拥塞，11表示经历了拥塞丢包以及同时了经历了拥塞和拥塞丢包，则命中的r个B(i,j)都减去1。
进一步地，步骤S2，包括：所述发送端根据三次重复ACK或者超时统计出总的丢包次数，根据ECN为11的报文信息统计出拥塞丢包次数，所述发送端统计过去一段时间内的错误丢包率E，将目标发送速率设置为1/(1-E)*C，则使得端到端传输速率接近100％*C；其中，C为瓶颈链路速率。
为达到上述目的，本发明另一方面提出了一种基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，包括：
测量通告模块,用于利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，所述测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；所述通告模块是使用未被丢弃的报文，将所述未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给所述发送端；
吞吐补偿模块,用于所述发送端根据所述流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于所述错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
本发明实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；通告模块是使用未被丢弃的报文，将未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给发送端；发送端根据流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
本发明的有益效果：
本发明能够弥补由错误丢包导致的吞吐量下降，提升链路利用率，提升随机丢包时端到端传输性能。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有的无线链路错误丢包示意图；
图2为根据本发明实施例的基站数据平面的示意图；
图3为根据本发明实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的Count-Min-Sketch的示意图；
图5为根据本发明实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿装置的结构示意图；
图6为根据本发明实施例的服务器的结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法。
图1是现有的无线链路错误丢包示意图。
如图1所示，在无线网络中，基站与终端之间往往会发生由链路错误导致的非拥塞丢包，该类型的丢包不是因为拥塞引起，所以服务器端不需要进行降速。然而问题在于，无线网络中当然也会发生拥塞丢包，其与非拥塞丢包混合在一起，都具有随机性，导致服务器端传输层协议无法区分类型，对于所有丢包都当作拥塞丢包，然后拥塞控制会进行降速反应。
图3是本发明一个实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法的流程图。
如图3所示，该基于丢包类型识别的吞吐补偿方法包括以下步骤：
步骤S1，利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；通告模块是使用未被丢弃的报文，将未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给所述发送端。
可以理解的是，本发明利用无线网络中的可编程设备，比如基站、Wi-Fi，可以将更明确的网络实时信息反馈给发送端。基于此本发明设计了两个模块：测量模块和通告模块，如图2所示。
具体地，测量模块基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数。如图4所示，Count-Min Sketch是一个r行w列的二维数组，其中每个元素是一个计数器。r行分别对应r个哈希算法，以减少哈希冲突带来的负面影响。哈希算法的key是报文所属流的标识符，即五元组。一旦有拥塞丢包发生，对于被丢弃的报文，假设第i个哈希算法结果命中B(i,j)计数器，则该计数器加1，表示该流发生了一次拥塞丢包。
具体地，通告模块使用没有被丢弃的报文，将所属的流拥塞丢包信息通告给发送端。对于一个正常转发的报文，在Count-Min-Sketch中查询该报文所属的流是否发生了拥塞丢包，判断条件是r个哈希算法分别会命中r个B(i,j)，这些数字都大于0的话，说明发生了拥塞丢包，则将IP头部中的两位ECN信息(ECT，CE)全部置为1(这里把原本ECN的含义做了修改，00表示不支持ECN，10表示支持且没有经历拥塞和拥塞丢包，01表示经历了拥塞，11表示经历了拥塞丢包，对于同时了经历了拥塞和拥塞丢包也是用11表示)。此时，命中的r个B(i,j)都要减去1；如果这些数字中的最小值为0的话，说明没有经历拥塞丢包，不用把ECN置为11。
步骤S2，发送端根据所述流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于所述错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
具体地，可知总丢包次数为拥塞丢包次数和错误丢包次数之和，发送端传输层解析报文中的ECN信息，如果是11，就说明该流经历了拥塞丢包，就进行降速。而对于三次重复ACK或者超时，只把它看作是丢包需要重传的信号，因为拥塞丢包和非拥塞丢包都会引起三次重复ACK，都应该重传来保障TCP可靠性。而把ECN中的01和11看作是拥塞信号。
发送端能够统计拥塞丢包(靠ECN的11)发生的次数，以及丢包的总次数(靠三次重复ACK或超时)，那么，发送端就能够计算出非拥塞丢包发生的频率，即错误丢包率。本发明需要研究如何基于错误丢包率进行吞吐补偿，其中挑战在于如何估计无线链路的错误丢包率，并在估计阶段如何避免链路利用率的下降。发送端通过计算一段时间内发生的错误丢包事件数，进而评估无线链路的错误丢包率。估计阶段的时间如果太短，会导致错误丢包率评估的不准；如果太长，会导致这段时间内的利用率欠载。并且，在弥补链路利用率的同时，不能造成链路利用率的过载，否则会引起网络的拥塞和丢包。
如图1所示，如果Base Station与用户之间的无线链路是瓶颈链路，并且发生了一定概率的链路错误丢包(丢包率为E)，Server与Base Station之间的速率为U，则用户接收到的速率最多为U*(1-E)。如果想要在发生错误丢包的同时使得端到端吞吐量接近100％，那么U需要增加到1/(1-E)。很显然，这是一个理想模型，在实际运行过程中，无线链路的错误丢包率并不容易得到。
发送端根据三次重复ACK或者超时可以统计出总的丢包次数，根据ECN为11的报文信息可以统计出拥塞丢包次数，因此发送端能够准确计算出错误丢包率。发送端统计过去一段时间(比如一个RTT)内的错误丢包率E，将目标发送速率设置为1/(1-E)*C(C为瓶颈链路速率)。以此使得端到端传输速率接近100％*C。
通过上述步骤，利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；通告模块是使用未被丢弃的报文，将未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给发送端；发送端根据流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
需要说明的是，解决无线链路中由于错误丢包而导致的吞吐量下降的方法实现方式有多种，但无论具体的实现方法如何，只要方法解决了由于错误丢包而导致的吞吐量下降的问题，都是针对现有技术问题的解决，并具有相应的效果。
为了实现上述实施例，如图5所示，本实施例中还提供了一种基于丢包类型识别的吞吐补偿装置10，该装置10包括：测量通告模块100，吞吐补偿模块200。
测量通告模块100，用于利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，测量模块用于基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；通告模块用于使用未被丢弃的报文，将未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给发送端；
吞吐补偿模块200，用于发送端根据所述流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于所述错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
进一步地，上述测量模块，还用于：
Count-Min Sketch是一个r行w列的二维数组，其中每个元素是一个计数器，r行分别对应r个哈希算法，哈希算法的key是报文所属流的标识符，为五元组，若有拥塞丢包发生，对于被丢弃的报文，预设第i个哈希算法结果命中B(i,j)计数器，则B(i,j)计数器加1，表示发生了一次拥塞丢包。
进一步地，上述通告模块，还用于：
在Count-Min Sketch中查询正常转发的报文所属的流是否发生了拥塞丢包，判断条件为r个哈希算法分别命中r个B(i,j)，如果数字都大于0，则将IP头部中的两位ECN信息(ECT，CE)全部置为1，其中，00表示不支持ECN，10表示支持且没有经历拥塞和拥塞丢包，01表示经历了拥塞，11表示经历了拥塞丢包以及同时了经历了拥塞和拥塞丢包，则命中的r个B(i,j)都减去1。
进一步地，上述吞吐补偿模块200，还用于：
所述发送端根据三次重复ACK或者超时统计出总的丢包次数，根据ECN为11的报文信息统计出拥塞丢包次数，所述发送端统计过去一段时间内的错误丢包率E，将目标发送速率设置为1/(1-E)*C，则使得端到端传输速率接近100％*C；其中，C为瓶颈链路速率。
根据本发明实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；通告模块是使用未被丢弃的报文，将未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给发送端；发送端根据流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
需要说明的是，前述对基于丢包类型识别的吞吐补偿方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，此处不再赘述。
为了实现上述实施例的方法，本发明还提供了一种服务器，如图6所示，该服务器600包括存储器601、处理器602；其中，所述处理器602通过读取所述存储器601中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现上文所述方法的各个步骤。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如前述实施例所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于丢包类型识别的吞吐补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1,利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，所述测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；所述通告模块是使用未被丢弃的报文，将所述未被丢弃的报文所属的流的拥塞丢包信息通告给所述发送端；
S2,所述发送端根据所述流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于所述错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
2.根据权利要求1所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法，其特征在于，所述基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数，包括：
所述Count-Min Sketch是一个r行w列的二维数组，其中每个元素是一个计数器，r行分别对应r个哈希算法，哈希算法的key是报文所属流的标识符，为五元组，若有拥塞丢包发生，对于被丢弃的报文，预设第i个哈希算法结果命中B(i,j)计数器，则所述B(i,j)计数器加1，表示发生了一次拥塞丢包。
3.根据权利要求1所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法，其特征在于，所述使用未被丢弃的报文，将所述未被丢弃的报文的流拥塞丢包信息通告给所述发送端，包括：
在所述Count-Min Sketch中查询正常转发的报文所属的流是否发生了拥塞丢包，判断条件是r个哈希算法分别命中r个B(i,j)，如果数字都大于0的话，则将IP头部中的两位ECN信息(ECT，CE)全部置为1，00表示不支持ECN，10表示支持且没有经历拥塞和拥塞丢包，01表示经历了拥塞，11表示经历了拥塞丢包以及同时了经历了拥塞和拥塞丢包，则命中的r个B(i,j)都减去1。
4.根据权利要求1所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法，其特征在于，所述S2，包括：
所述发送端根据三次重复ACK或者超时统计出总的丢包次数，根据ECN为11的报文信息统计出拥塞丢包次数，所述发送端统计过去一段时间内的错误丢包率E，将目标发送速率设置为1/(1-E)*C，则使得端到端传输速率接近100％*C；其中，C为瓶颈链路速率。
5.一种基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，其特征在于，包括：
测量通告模块,用于利用无线网络中的可编程设备，将网络实时拥塞丢包信息反馈给发送端，以设计测量模块和通告模块；其中，所述测量模块是基于Count-Min Sketch记录流发生拥塞丢包的次数；所述通告模块是使用未被丢弃的报文，将所述未被丢弃的报文所属的流拥塞丢包信息通告给所述发送端；
吞吐补偿模块,用于所述发送端根据所述流发生拥塞丢包的次数和总丢包次数信息计算出错误丢包率，并基于所述错误丢包率进行吞吐补偿，以提升网络传输质量。
6.根据权利要求5所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，其特征在于，所述测量模块，还用于：
所述Count-Min Sketch是一个r行w列的二维数组，其中每个元素是一个计数器，r行分别对应r个哈希算法，哈希算法的key是报文所属流的标识符，为五元组，若有拥塞丢包发生，对于被丢弃的报文，预设第i个哈希算法结果命中B(i,j)计数器，则所述B(i,j)计数器加1，表示发生了一次拥塞丢包。
7.根据权利要求5所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，其特征在于，所述通告模块，还用于：
在所述Count-Min Sketch中查询正常转发的报文所属的流是否发生了拥塞丢包，判断条件为r个哈希算法分别命中r个B(i,j)，如果数字都大于0，则将IP头部中的两位ECN信息(ECT，CE)全部置为1，其中，00表示不支持ECN，10表示支持且没有经历拥塞和拥塞丢包，01表示经历了拥塞，11表示经历了拥塞丢包以及同时了经历了拥塞和拥塞丢包，则命中的r个B(i,j)都减去1。
8.根据权利要求5所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿装置，其特征在于，所述吞吐补偿模块，还用于：
所述发送端根据三次重复ACK或者超时统计出总的丢包次数，根据ECN为11的报文信息统计出拥塞丢包次数，所述发送端统计过去一段时间内的错误丢包率E，将目标发送速率设置为1/(1-E)*C，则使得端到端传输速率接近100％*C；其中，C为瓶颈链路速率。
9.一种服务器，其特征在于，包括存储器、处理器；
其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如权利要求1至4中任一所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一所述的基于丢包类型识别的吞吐补偿方法。
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2021
- 2021-12-10 CN CN202111506798.3A patent/CN114339829B/zh active Active
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