CN1555155A

CN1555155A - 区分流的前馈主动拥塞控制方法

Info

Publication number: CN1555155A
Application number: CNA2003101227457A
Authority: CN
Inventors: 质薛; 薛质; 潘巍; 程福标; 冯幼民; 李建华
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-12-15

Abstract

一种区分流的前馈主动拥塞控制方法。属于信息技术领域。本发明采用固定长度队列法鉴别高速流，这个队列通过统计一段时间内通过本地的流得到高速流，当主动节点检测到拥塞时，对拥塞进行立即处理，向上游节点发出一个控制信息包，上游节点收到这个信息包以后，即进入主动过滤高速流状态，进入主动过滤高速流状态的路由器，对流经的高速流增加处理概率，实现对拥塞的控制。本发明对拥塞的处理是即时的，有响应时间短的优点；区分了不同速度的流，提高了高速流的处理概率；省去了为记录那些低速流和短期流所需要的空间，充分的提高了缓存的利用率；对流设定了数据包门限，防止了突发性的数据流被误认为是高速流；用hash查找提高了缓存的查找效率。

Description

区分流的前馈主动拥塞控制方法

技术领域

本发明涉及一种主动网络拥塞控制方法，尤其是一种区分流的前馈主动拥塞控制方法。属于信息技术领域。

背景技术

目前在Internet(IPv4)上实际使用的拥塞控制基本上是建立在TCP的窗口控制基础之上的。TCP的拥塞控制采用的是基于窗口的端到端闭环控制方式。具体而言，TCP使用的是一种和式增加积式减基于窗口的端到端拥塞控制机制。TCP源端“发送速率”由拥塞窗口控制如果有一个数据包丢失，发送窗口则要减半；否则就简单地增加一个数据包的发送量。大量的实践证明这种拥塞控制机制对Internet上大批量文件传输等尽量做好型服务具有较好的适应性。TCP拥塞控制机制暗含了IP层在指示拥塞和控制拥塞方面不提供任何支持。为了进行拥塞控制，必须使用诸如确认、超时等信息来推断网络拥塞情况。所以它本质上必须是端到端的控制机制。所以当前的拥塞控制对于高时延带宽积的网络是不理想的。

当前网络中很多应用如：文件传输，声音，视频以及广播服务等都有一个较高的传送速率，但是目前大多数的应用却不需要那么高的速率。而网络中很多拥塞的发生是由极少数高速流造成的，大部分的流(如HTTP)对网络中的字节流量没有太大的影响。当前的拥塞控制算法并没有对高速流进行优先处理。

经文献检索发现，庞斌等人在《计算机研究与发展》38卷，第12期，2001年12月上撰文《一种新型的基于RED的逐节拥塞控制算法》，该文介绍的RED的前馈拥塞控制算法采用前馈的方法从拥塞发生点发送报文到上游节点进行控制，并没有在路由器中对高速流进行鉴别，当高速流和低速流同时造成拥塞时，没有对高速流进行优先控制，对拥塞的处理仍然不理想。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足和缺陷，提供一种区分流的前馈主动拥塞控制方法，使其在拥塞时刻区分流，采用主动网络技术限制高速流来控制网络流量，用于缓解由于少数高速流所造成的网络拥塞，提高网络对拥塞的处理能力。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用固定长度队列法鉴别高速流，这个队列通过统计一段时间内通过本地的流得到高速流。当主动节点检测到拥塞时，对拥塞进行立即处理，向上游节点发出一个控制信息包，上游节点收到这个信息包以后，即进入主动过滤高速流状态。进入主动过滤高速流状态的路由器，对流经的高速流增加处理概率，从而提高拥塞控制的效率。

以下对本发明方法的进一步限定，具体包含以下两个步骤：

(1)高速流检测

使用一个具有有限长度的队列，这个队列通过统计在一段时间内流经本地的数据流和属于这个流的数据包得到高速流。队列的固定的长度S取决于路由器所处的网络环境。每当路由器接收到一个数据包，它就会在缓存中检查这个数据包的流信息是否已经存在。如果存在(不存在)，则认为对应流的一个命中(疏漏)发生了。在疏漏发生的情况下，如果缓存中还有空间，那么就会把这个流的信息加入到缓存中。如果缓存中没有空间了，它就会以一定的概率替换在缓存中之前一段时间内有最少数据包计数的流的空间(一般是在队列的最后面)。同时，将新的流的信息写进缓存中的最前面位置。替换概率由以下方法决定：将数据包的大小与流经本地的前一个数据包的大小进行比较，大于等于1则替换，小于则不替换。这种工作机制确保了最近到达的流信息依然保存在缓存区中。其目标就是为了在队列中只尽可能用来保存那些高速流的状态信息。

为了允许数据流的突发性，制定一个数据包数量门限。在一段时间以内，对于拥有门限以下的数据包计数的数据流而言，即使流的状态信息存在于缓存中，也不会被认为是高速流的。本发明方法中，每个数据包到达路由器时，相应的流的计数值便会增加。只有当这个计数值超过了门限以后，才会考虑这个流是一个高速流。这个门限的重要作用在于剔除非高速流。因为短期存在的流以及低使用带宽的数据流，在它们发送的数据包数量达到门限之前，就已经被删除了在缓存中的状态信息。实现高速流的鉴别，需要存储数据流的两个信息。这两个信息分别是流的id号，以及每个流所发送的数据包的计数值。为了快速寻找，按照hash表的方式进行索引。

(2)确定丢弃概率：当下游节点的请求控制次数不超过五次时，拥塞控制节点根据不同流的流量确定不同的丢弃概率。将每个高速流流量占所有高速流流量总和的比率乘以一常数作为高速流丢弃增量，加到通过RED算法得到的高速流数据包丢弃概率上。当下游节点的请求控制次数超过五次以后，认为发生严重拥塞，所有丢弃概率增量选取为最大高速流丢弃增量。

本发明的优点：(1)本方法运行在主动网络环境下，因此对拥塞的处理是即时的。拥塞发生后，拥塞发生的本地节点立即对拥塞进行处理。相对与传统的拥塞控制方法而言，有响应时间短的优点。(2)本方法区分了不同速度的流，提高了高速流的处理概率，从而提高的拥塞控制的效率。(3)在拥塞控制过程中，当在队列中没有空间的时候，队列最底部的流会以一定的概率替换。这种方法的好处是省去了为记录那些低速流和短期流所需要的空间，将真正的高速流保持在缓存中，充分的提高了缓存的利用率。(4)本方法对流设定了数据包门限，防止了突发性的数据流被误认为是高速流。(5)查找缓存使用的hash查找，提高了缓存的查找效率。

附图说明

图1为下游节点的数据包处理流程图

图2为上游节点的处理流程图

图3主动拥塞控制系统中节点的内部结构图

具体实施方式

现结合附图说明具体的实施方式。上游节点采用RED队列管理可以有多种高速流过滤实现方法。采用对高速流丢弃概率增加一个常量的方法简单处理。在网络负载不是很大，高速流不多时，简单增加丢弃概率系统资源消耗较少。

图1为下游节点的数据包处理流程。节点判断是否需要上游节点进行主动拥塞控制模块。当一个新的数据包到达节点，根据RED算法可以得到此时的平均队列长度avg，将avg带入拥塞控制条件。如果满足拥塞控制条件，节点将向上游节点发送拥塞控制请求。如果不满足拥塞控制条件，则不发送拥塞控制请求。图2为上游节点的处理流程。当一个新的数据包到达节点，将其放入高速流鉴别队列，得到最新的高速流信息。然后此数据包根据RED算法得到一个丢弃概率。接着，如果没有接到下游节点的控制请求，下游节点的控制请求次数值清零，再根据RED算法得到的丢弃概率做丢包判断。如果接到下游节点的控制请求，先要对下游节点的控制请求次数值加一，再进行控制。控制时先判断下游节点的控制请求值是否大于5。如果大于5，则启动对不区分流的过滤；如果小于等于5，则只是对高速流进行增加丢弃概率计算。计算结果作为最后的丢弃概率。

最后根据上面得到的丢弃概率进行丢包判断。判断完成后等待新的数据包到来。

图3为主动拥塞控制系统中节点的内部结构。主动网络与传统网络的区别的关键是主动网络中的路由器可以处理下游节点的反馈信息，并直接进行拥塞控制。

以下为本发明方法的一个具体实施例：

A，B，C为发送节点，D，E，F为中间节点，G为接收节点。所有的节点均含有主动网络拥塞控制系统。A以明显高于B、C的发送速率发送数据到F，B、C以较低的速率发送到G。当拥塞在F节点发生，由于F鉴别出A到G的流是高速流，因此以较大的大概率处理这个流，向D发送拥塞控制包。D节点也鉴别出A到G是高速流，因此对这个流以较大的大概率处理。

采用此方法的拥塞控制系统在拥塞发生后，A到G的高速流得到明显地快速抑制。拥塞很快缓解。拥塞发生后相对于其他几种RED拥塞控制有较大的吞吐率和较小的缓存长度。

Claims

1、一种区分流的前馈主动拥塞控制方法，其特征在于，采用固定长度队列法鉴别高速流，这个队列通过统计一段时间内通过本地的流得到高速流，当主动节点检测到拥塞时，对拥塞进行立即处理，向上游节点发出一个控制信息包，上游节点收到这个信息包以后，即进入主动过滤高速流状态，进入主动过滤高速流状态的路由器，对流经的高速流增加处理概率，实现对拥塞的控制。

2、根据权利要求1所述的区分流的前馈主动拥塞控制方法，其特征是，以下对本发明方法的进一步限定，具体包含以下两个步骤：

1)高速流检测：使用一个具有有限长度的队列，这个队列根据统计在一段时间内最少访问的数据流记录，得到高速流，队列的固定的长度S取决于路由器所处的网络环境，每一个新的数据流被安排在队列最前端，最近最少被使用的流则放置在最后端，当一个新的流信息要被记录到缓存中，当缓存中还有空间时，就会把这个流的信息加入到缓存中，否则，最后端的流信息将被有选择性的替换掉；

2)确定丢弃概率：当下游节点的请求控制次数小于或者等于五次时，拥塞控制节点根据各个流的流量确定丢弃概率，将每个高速流流量占所有高速流流量总和的分数作为高速流丢弃增量，加到通过RED算法得到的高速流数据包丢弃概率上，当下游节点的请求控制次数超过五次以后，所有丢弃概率增量选取为最大高速流丢弃增量。

3、根据权利要求2所述的区分流的前馈主动拥塞控制方法，其特征是，替换方式是将数据包的大小与前一个数据包的大小进行比较，大于等于1则替换。

4、根据权利要求2所述的区分流的前馈主动拥塞控制方法，其特征是，缓存中高速流使用hash查找方式进行查找。