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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung eines Parameters, der mit einem Neuübertragungs-Merkmal
bzw. Retransmission-Merkmal bei einer Zeitüberschreitung bzw. einem Time-Out
in einem Dateneinheiten-Sender in Beziehung steht.
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Auf
dem Gebiet der Kommunikation unterscheidet man allgemein zwischen
Verbindungen, welche leitungsvermittelt sind, und solchen, welche
dateneinheitenvermittelt sind. In einer dateneinheitenvermittelten Verbindung
wird eine zu sendende Datenmenge in Dateneinheiten aufgeteilt, und
diese Dateneinheiten werden in Übereinstimmung
mit einem die Kommunikation beherrschenden Protokoll gesendet. Man
beachte, dass Dateneinheiten im Zusammenhang mit unterschiedlichen
Protokollen unterschiedliche Namen erhalten, wie Pakete, Rahmen
usw., wobei der Begriff "Dateneinheit" für den Zweck
der folgenden Beschreibung generisch verwendet wird.
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Um
die zuverlässige Übertragung
von Daten sicherzustellen, stellen viele Protokolle das Merkmal
der Dateneinheit-Neuübertragung
bzw. Dateneinheit-Retransmission bereit. Genauer gesagt bedeutet
Dateneinheit-Retransmission, dass der korrekte Empfang einer Dateneinheit
durch den Empfänger
in einer Kommunikation mit einer geeigneten Quittungs-Mitteilung
bzw. Acknowledgment-Mitteilung quittiert wird, welche der Empfänger zum
Sender zurückschickt.
Sobald ein Acknowledgment vom Sender empfangen worden ist, kann er
mit dem Senden weiterer Dateneinheiten geeignet fortfahren, oder
wenn keine Acknowledgment-Mitteilung oder eine Nicht-Acknowledgment- Mitteilung empfangen
wird, kann die vom Empfänger
nicht korrekt empfangene Dateneinheit erneut übertragen werden.
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Ein
Merkmal, das typischerweise mit der Dateneinheit-Retransmission einhergeht, ist das des
Retransmission-Time-Out
bzw. der Neuübertragungs-Zeitüberschreitung.
Dieses Merkmal bedeutet, dass der Sender in einer Kommunikation
nur während
einer vorbestimmten Zeitperiode auf eine Acknowledgment-Mitteilung
wartet, nämlich
während
der Retransmission-Time-Out-Periode bzw. Neuübertragungs-Zeitüberschreitungsperiode.
Wenn diese Zeit abgelaufen ist, ohne dass ein Acknowledgment empfangen
worden ist, wird die entsprechende Dateneinheit automatisch erneut übertragen.
Dieses Merkmal stellt sicher, dass wenn eine Dateneinheit verloren
geht, die verlorene Dateneinheit nach der oben erwähnten Time-Out-Periode
automatisch erneut übertragen
wird.
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Ein
Beispiel eines Protokolls, welches eine Retransmission und ein Retransmission-Time-Out-Merkmal
bereitstellt, ist das sogenannte Transmission Control Protocol (TCP),
welches ein Teil der bekannten TCP/IP-Protokollfamilie ist. Allgemein
ist klar, dass die Time-Out-Periode abhängig von der sogenannten Paketumlaufzeit
bzw. Round-Trip-Time RTT bestimmt werden sollte, d.h. die Zeit,
welche zwischen dem Senden einer Dateneinheit und dem Empfang eines
Acknowledgment für
die Dateneinheit vergeht. Time-Out = f (RTT) (1)
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Wenn
nämlich
eine Verbindung "entfernt" (d.h. lange RTT)
ist, dann muss die Time-Out-Periode länger eingestellt sein als für eine "nahe" Verbindung (d.h.
kurze RTT). In diesem Zusammenhang ist auch klar, dass die Time-Out-Periode
so lang wie möglich
und so kurz wie möglich
eingestellt sein sollte, da eine zu lang eingestellte Time-Out-Periode
zu unnötigen
Verzögerungen
in der Übertragung
führt.
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Die
gemessenen Werte von RTT können über kurze
Zeitperioden sehr stark variieren, was auf eine Vielzahl von Faktoren
zurückzuführen ist,
wie Verkehrsbedingungen in dem Netz, das Dateneinheiten transportiert,
verzögerten
Acknowledgment-Mechanismen,
usw. Um dieses Problem zu überwinden,
wurde vorgeschlagen, eine geglättete
Schätzfunktion
bzw. Estimator für
die Paketumlaufzeit einzuführen.
Dies wird zum Beispiel in "TCP/IP
Illustrated, Volume 1, The Protocols" von W. Richard Stevens, Abschnitt 21.3,
Addison Wesley 1994 erklärt.
Ein erstes Verfahren zur Bestimmung einer RTT-Schätzfunktion
verwendet die folgende Gleichung. SRTT ← α · SRTT
+ (1 – α) · RTT (2)wobei SRTT
die geglättete
Schätzfunktion
darstellt, RTT den augenblicklich gemessenen Paketumlaufzeit-Wert
und α ein
Gewicht bzw. ein Glättungsfaktor
ist, der einen empfohlenen Wert von 0.9 hat. Die geglättete Schätzfunktion
SRTT wird jedes Mal aktualisiert, dass eine neue Messung von RTT
vorgenommen wird. Der Wert 0.9 bedeutet, dass 90% der neuen Schätzung aus
der vorangehenden Schätzung
stammt, und 10% aus der neuen Messung. RFC 793 (RFC = Request For
Comments, d.h. Kommentaraufforderung) empfahl die Einstellung des
sogenannten Retransmission-Time-Out-Werts RTO als RTO = SRTT · β (3)wobei RTO
der spezifische Begriff ist, welcher in Zusammenhang mit TCP für die oben
beschriebene Time-Out-Periode
verwendet wird, und β ein
weiterer Gewichtungsfaktor ist, welcher auch als Verzögerungsvarianzfaktor
bezeichnet wird, mit einem empfohlenen Wert von 2.
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Der
oben beschriebene Ansatz zur Berechnung von RTO hat in sofern ein
Problem, dass er mit den breiten Fluktuationen von RTT nicht Schritt
halten kann. Dies führt
zu unnötigen Retransmissions,
welche die Zustände
in einem Netz verschlechtern. Es wurde daher eine Verbesserung vorgeschlagen,
welche nicht nur den Mittelwert berücksichtigt, sondern auch versucht
die Standardabweichung zu verfolgen. Es wird im oben genannten Buch
von Stevens erwähnt,
dass die Berechnung der Standardabweichung bevorzugt wäre, dies aber
die Berechnung von Quadraten und einer Quadratwurzel erforderlich
machen würde,
was vorzugsweise vermieden wird. Dies führt zu folgendem Ansatz. Δ = RTT – SRTT (4) SRTT - SRTT + g · Δ (5) RTTVAR ← RTTVAR + h · (|Δ| – RTTVAR) (6) RTO = SRTT + 4 · RTTVAR (7)wobei RTT
erneut den gemessenen Paketumlaufzeit-Wert darstellt, SRTT die geglättete Paketumlaufzeit-Schätzfunktion,
RTTVAR die Schätzfunktion
für die
mittlere Abweichung, RTO den Retransmission-Time-Out-Wert, g ein
erster Gewichtungsfaktor und h ein zweiter Gewichtungsfaktor ist.
Diese Gewichtungsfaktoren g und h werden auch als Verstärkungen
bzw. Gains bezeichnet, und der Wert von g ist auf 0.125 eingestellt,
wohingegen der Wert von h auf 0.25 eingestellt ist.
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Der
oben beschriebene Ansatz der Gleichungen (4) bis (7) ist seit über 10 Jahren
in Gebrauch.
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Das
Papier "Durchsatz-Performance
von Transportschichtprotokollen über
drahtlose LANs" bzw. "Throughput Performance
of Transport-Layer Protocols over Wireless LANs" von Antonio DeSimone et al., XP000428113
analysiert die Wirkung von Vermittlungsschichtneusendungen auf der
Berechnung von Ende-zu-Ende-Paketumlaufzeit und den darauf folgenden
Einfluss auf adaptive Berechnungen des Neusendeauszeitwertes des
TCP.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten
Systems der Datenübertragung
aus einem Dateneinheiten-Sender, der ein Protokoll implementiert,
welches ein Retransmission-Time-Out-Merkmal bereitstellt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst,
indem die Bestimmung eines mit dem Retransmission-Time-Out-Merkmal in
Beziehung stehenden Parameters (zum Beispiel RTO) flexibler und
adaptiver gemacht wird, in Übereinstimmung
mit Ansprüchen
1 und 33. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird die
Berechnung eines mittleren Abweichungswerts (z.B. oben RTTVAR) so durchgeführt, dass
der Beitrag des gemessenen Paketumlaufzeit-Werts (z.B. oben RTT)
zum mittleren Abweichungswert anders ist, wenn der gemessene Paketumlaufzeit-Wert
kleiner als eine Schwelle ist, welche auf der Grundlage des gespeicherten,
geglätteten
Paketumlaufszeit-Werts (SRTT oben) bestimmt wird, als wenn der gemessene
Umlaufzeit-Wert größer als
die Schwelle ist.
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Nach
einem weiteren Aspekt ist diese Schwelle gleich dem Wert des geglätteten Paketumlaufzeit-Werts.
In anderen Worten, für
das obige Beispiel der Gleichungen (4) bis (7) bedeutet diese bevorzugte Ausführung, dass
RTTVAR anders berechnet wird für
negative als für
positive Werte von Δ.
Auf diese Weise kann vermieden werden, dass ein abnehmender Wert
der gemessenen Paketumlaufzeit zu einer Vergrößerung des Retransmission-Time-Out-Parameters
führt.
Genauer gesagt, wie ausführlich bei
der Beschreibung von bevorzugten Ausführungen erklärt wird,
bedeutet die Tatsache, dass die obige Gleichung (6) den Absolutwert
von Δ beinhaltet,
dass ein abnehmender Wert von RTT (RTT < SRTT) die gleiche Auswirkung auf den Wert
von RTTVAR hat, wie ein zunehmender Wert von RTT (RTT > SRTT). Als Folge hat
ein abnehmender Wert von RTT die Wirkung, dass RTO vergrößert wird,
wenn der Faktor 4 · RTTVAR
ein Übergewicht
gegenüber
dem Faktor SRTT in der obigen Gleichung (7) hat. Dieser vollkommen
unerwünschte
Effekt, welcher vom Erfinder erkannt wurde, kann durch das oben
beschriebene allgemeine Verfahren des Anspruchs 1 vermieden werden.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt sind die Gewichtungsfaktoren (zum Beispiel
g, h und der spezifische Faktor 4 vor RTTVAR in Gleichung (7)) zeitlich
variabel. Dieses Merkmal macht die Bestimmung des Time-Out-Parameters
(zum Beispiel RTO) viel flexibler bezüglich der sich verändernden
Situation in dem die Kommunikation tragenden Netz. In Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführung
dieses zweiten Aspekts werden die Gewichtungswerte abhängig gemacht
von der Zahl der "im
Flug" befindlichen
Dateneinheiten, d.h. die Zahl der Dateneinheiten, welche zu einem
Zeitpunkt gesendet aber noch nicht quittiert wurden (was auch als
die Zahl der ausstehenden Dateneinheiten bezeichnet wird).
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt wird die Bestimmung des Time-Out-Parameters
(z.B. RTO) so durchgeführt,
dass dieser Parameter auch auf der Grundlage eines Werts berechnet
wird, der die Zahl der unnötigen
Time-Outs anzeigt,
welche in der Kommunikation zwischen einem gegebenen Sender und
Empfänger
auftreten. Unnötige
Time-Outs sind solche Time-Outs, die durch eine übermäßige Verzögerung auf der Verbindungsstrecke
bewirkt werden, und nicht durch einen tatsächlichen Verlust von Dateneinheiten.
Der Vorteil hiervon ist, dass die durch unnötige Time-Outs gegebene Implikation,
nämlich
dass die Time-Out-Periode zu kurz ist, als Grundlage verwendet werden
kann, um eine konservativere (d.h. längere) Time-Out-Periode zu berechnen.
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Das
Konzept der Erfindung kann mit den oben beschriebenen weiteren Aspekten
auf jede geeignete Art und Weise kombiniert werden. Eine solche
Kombination wird auch als Eifel-Retransmission-Timer
bezeichnet.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung erhält
man aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung von bevorzugten Ausführungen, welche auf die Figuren
Bezug nehmen, in welchen
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1 ein
Schaubild ist, das den zeitlichem Verlauf von verschiedenen Parametern,
welche mit dem Retransmission-Time-Out-Merkmal in Beziehung stehen,
für einen
TCP-Gleichgewichtszustand zeigt;
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
des Schaubilds der 1 zeigt, und
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3 ein
weiteres Schaubild des zeitlichen Verlaufs von Retransmission-Time-Out-Parametern
zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung von bevorzugten Ausführungen
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Die
folgende Beschreibung wird im Zusammenhang mit einer Anwendung auf
TCP beschrieben. Man beachte jedoch, dass dies nur ein bevorzugtes
Beispiel ist, und dass die vorliegende Erfindung auf jedes Übertragungsprotokoll
angewendet werden kann, welches Retransmission und Retransmission-Time-Out
vorsieht.
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Nach
der Erfindung, wenn der Wert des mittleren Abweichungswerts RTTVAR
aktualisiert wird, ist der Beitrag des gemessenen Paketumlaufzeit-Werts
RTT zum aktualisierten mittleren Abweichungswert RTTVAR anders,
wenn der gemessene Paketumlaufzeit-Wert RTT kleiner als eine vorbestimmte
Schwelle TH ist, die auf der Grundlage des gespeicherten, geglätteten Paketumlaufzeit-Werts
SRTT(old) bestimmt wird, als wenn der gemessene Paketumlaufzeit-Wert
größer als
die vorbestimmte Schwelle TH ist.
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Nach
einer ersten Ausführung
der Erfindung ist die Schwelle TH gleich dem gespeicherten Wert
von SRTT, und die Berechnung oder Aktualisierung des oben in Gleichung
(6) gezeigten Parameters RTTVAR wird so modifiziert, dass
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Der
Wert Δ =
0 kann entweder der oberen oder unteren Alternative in Gleichung
(8.1) zugewiesen werden, wird jedoch vorzugsweise der oberen Alternative
zugewiesen, um sicher zu stellen, dass RTTVAR im Lauf der Zeit verschwindet,
wenn RTT konstant wird.
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Wie
man erkennt, werden die negativen Variationen von RTT, d.h. wenn
RTT kleiner als SRTT ist, herausgefiltert. Auf diese Weise wird
die nachteilige Auswirkung der Tatsache, dass in Gleichung (6) der
Absolutwert von Δ genommen
wird, beseitigt. Dies wird klarer im Zusammenhang mit der folgenden
ausführlichen Beschreibung
der 1.
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1 zeigt
den zeitlichen Verlauf von Parametern, die mit dem Retransmission-Time-Out
in Beziehung stehen. Die Parameter wurden im TCP-Gleichgewichtszustand
gemessen, d.h. die Verbindung zwischen dem gegebenen Sender und
Empfänger
hatte eine Verbindungsstrecke bzw. ein Link für sich allein. Die Kurve unten
in der Figur, welche sich in Stufen ändert, beschreibt die gemessenen
Werte der Paketumlaufzeit RTT. Die Symbole für RTO(pa) stellen den Retransmission-Time-Out-Parameter dar, wie
er nach den Gleichungen (4) bis (7) des Standes der Technik berechnet
wird. Die Werte Rexmt(pa) beziehen sich auf den Retransmission-Timer
bzw. die Retransmission-Zeitfunktion wie sie typischerweise implementiert
wird. Dies wird kurz erläutert.
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Theoretisch
sollten der Retransmission-Time-Out-Wert RTO und der Retransmission-Timer
Rexmt identisch sein. Wie jedoch der Erfinder erkannt hat, enthalten
die TCP-Implementierungen des Standes der Technik jedoch einen Fehler,
welcher immer zu einer Differenz zwischen RTO and Rexmt führt. Dieser
Fehler beruht auf der Tatsache, dass der tatsächliche Retransmission-Timer
immer für
die älteste
ausstehende (d.h. nicht quittierte) Dateneinheit gestartet wird.
Aufgrund der Verwendung von kumulierten oder verzögerten Acknowledgments
ist es jedoch typischerweise zum Zeitpunkt des Sendens einer spezifischen
Dateneinheit nicht bekannt, dass diese spezifische Dateneinheit
bald die älteste
ausstehende Dateneinheit werden wird. Nur nachdem ein Acknowledgment
für alle
Dateneinheiten bis hinauf zu dieser spezifischen Dateneinheit empfangen
worden ist, ist bekannt, dass diese spezifische Dateneinheit die älteste ausstehende
ist. Alle tatsächlichen Implementierungen
von TCP starten den Retransmission-Timer immer nur dann, wenn dieses
Acknowledgment für
alle Dateneinheiten bis hinauf zu der genannten Dateneinheit empfangen
worden sind. Folglich gibt es immer eine Verzögerung 6 zwischen dem Senden
der Dateneinheit und dem Empfangen der Acknowledgment-Mitteilung
für alle
Dateneinheiten bis hinauf zu der Dateneinheit, was dazu führt, dass
der Retransmission-Timer Rexmt größer als der Retransmission-Time-Out-Wert
RTO ist, nämlich
Rexmt = RTO + δ.
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Die
Konsequenz dieses Defekts ist, dass der Retransmission-Time-Out immer zu
konservativ, d.h. zu lang ist.
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In 1 ist
diese Differenz zwischen RTO(pa) und Rexmt(pa) erkennbar. Ferner
zeigt diese Figur auch Werte von RTO, welche in Übereinstimmung mit der oben
in Gleichung (8.1) angegebenen Erfindung berechnet wurden.
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Wie
man anhand der dicken Pfeile A und B erkennen kann, wenn die gemessenen
Paketumlaufzeit-Werte RTT steil abnehmen, dann führt dies zu einer steilen Zunahme
von RTO(pa). Dies ist in höchstem Maße unerwünscht, da
der Retransmission-Time-Out-Wert
die Tendenz haben sollte, der Paketumlaufzeit zu folgen. Wie man
erkennt, wird dies durch die in Übereinstimmung
mit der Erfindung berechneten Werte von RTO klar erreicht, welche
auf der Grundlage eines mittleren Abweichungswerts RTTVAR berechnet
werden, der in Übereineinstimmung
mit der obigen Gleichung (8.1) berechnet wurde. Wie man erkennt,
folgen die in Übereinstimmung
mit der Erfindung bestimmten Werte von RTO der Tendenz von RTT,
und liegen immer in der Nähe
und oberhalb von RTT, genau wie es erwünscht ist.
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2 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt
von 1, wobei nur RTT, RTO(pa) und RTO gezeigt sind. Wie
man sieht, hat der in Übereinstimmung
mit der Erfindung berechnete Wert von RTO einen viel stabileren Kurvenverlauf
als der Wert RTO(pa), der in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik berechnet wurde.
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In
der obigen Gleichung (8.1) war die Schwelle TH, welche dazu verwendet
wurde zu bestimmen, welchen Beitrag RTT zur mittleren Abweichung
RTTVAR leisten sollte, der gespeicherte, geglättete Paketumlaufzeit-Wert
SRTT. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, da
die Schwelle TH im allgemeinen jeden auf der Grundlage von SRTT
bestimmten, geeigneten Wert haben kann, wie zum Beispiel TH(SRTT)=SRTT+const
oder TH(SRTT)=SRTT-const, wobei const jeden geeigneten, konstanten
Wert darstellt, zum Beispiel eine Schwelle, die etwas über oder
unter dem gespeicherten Wert von SRTT liegt. Im allgemeinen kann
TH jede geeignete Funktion von SRTT sein.
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Dies
führt daher
zu einer allgemeineren Gleichung (8.2):
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Wiederum
wird RTT=TH(SRTT) vorzugsweise der oberen Alternative zugewiesen.
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In
den obigen Gleichungen (8.1) und (8.2) werden zwei jeweilige Alternativen
zur Berechnung von RTTVAR gegeben. Es ist jedoch genauso gut möglich, dass
eine größere Zahl
von Alternativen gegeben ist, nicht nur abhängig von den Werten der gemessenen
RTT und dem gespeicherten Wert von SRTT, sondern auch von dem gespeicherten
Wert von RTTVAR. Eine bevorzugte Variation von Gleichung (8.1) wird
in der folgenden Gleichung (8.3) gegeben, welche der Einfachheit
und Klarheit halber in Pseudocode geschrieben ist.
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In
anderen Worten, für
den Fall, dass RTT oberhalb der Schwelle ist (in diesem Fall TH=SRTT,
d.h. Δ=0)
werden zwei Unterfälle
betrachtet. Wenn h einen Wert zwischen 0 und 1 hat, oder eine auf
diesen Bereich beschränkte
Funktion ist (was im allgemeinen der Fall sein wird), dann ist die
Wirkung der obigen Gleichung (8.3) die einer Art von "Stoßdämpfer"- Charakteristik, nämlich die Vergrößerung von
RTO (wobei RTO auf jede geeignete Weise berechnet wird, wie weiter
unten erklärt
wird) ansprechend auf eine Zunahme von RTT ist schneller als die
Abnahme von RTO ansprechend auf eine Abnahme von RTT.
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Schließlich, wie
im Fall der Gleichung (8.1), kann auch die Gleichung (8.3) auf andere
Schwellwerte als TH=SRTT (⎕ = 0) verallgemeinert werden:
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In
den obigen Gleichungen (8.1) bis (8.4) kann der Gewichtungsparameter
h als Konstante (h = const.) oder als variabler Wert gewählt werden.
Vorzugsweise wird er zeitabhängig
gewählt
(h = h(t)). Noch bevorzugter ist, dass er in Beziehung gesetzt wird
mit der Zahl N von ausstehenden Dateneinheiten zum gegebenen Zeitpunkt.
Der Momentanwert h(t) kann zum Beispiel als 1/N(t) gewählt werden,
wobei N(t) die Zahl von Dateneinheiten darstellt, die bis zum Zeitpunkt
t gesendet aber nicht quittiert sind.
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Obwohl
es möglich
ist h direkt mit N in Beziehung zu setzen, wird vorzugsweise ein
beweglicher Mittelwert bzw. geglätteter
Wert von N verwendet (ähnlich
wie SRTT ein geglätteter
Mittelwert der "verrauschten" RTT-Werte ist).
In anderen Worten, ein beweglicher Mittelwert SN der Zahl N von ausstehenden
Dateneinheiten kann verwendet werden, welcher zum Beispiel bestimmt
sein kann als SN ← SN + m · Nwobei m ein geeigneter
Gewichtungsfaktor ist.
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Als
weitere Möglichkeit
zur Auffindung eines Werts, der eine Angabe macht über die
Zahl der ausstehenden Dateneinheiten, kann das Gewicht h in Beziehung
gesetzt werden mit der sogenannten Slow-Start-Threshold bzw. Slow-Start-Schwelle
(Schwelle für
langsamen Start) ssthresh, welche zum Beispiel aus TCP bekannt ist,
siehe das oben erwähnte
Buch von Stevens, Kapitel 21.6, weil ssthresh tatsächlich als geglätteter Mittelwert
der Zahl der ausstehenden Dateneinheiten angesehen werden kann.
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Die
Slow-Start-Schwelle ssthresh wird herkömmlicherweise in Zusammenhang
mit Congestion-Avoidance (Überlast-Vermeidung)
verwendet. Congestion-Avoidance wird mit einer Fenster verwendenden
Flusssteuerung (Window Based Flow Control) verwendet, und hat zwei
Primärparameter,
nämlich
die Slow-Start-Schwelle
und das sogenannte Congestion-Window (Überlast-Fenster) cwnd. Die
Congestion-Avoidance-Routine arbeitet grundsätzlich auf die folgende Weise:
- – das
Send-Window (Sendefenster) ist nie größer als das Minimum des Congestion-Window
und des Advertised-Window (angekündigten
Fensters) des Empfängers;
- – wenn
eine Überlast
bzw. Congestion auftritt (zum Beispiel angezeigt durch ein Time-Out
oder den Empfang von vielfachen Acknowledgments), wird ein halb
(oder ein anderer geeigneter Bruchteil) der gegenwärtigen Größe des Send-Window
als ssthresh gespeichert, und im Falle eines Time-Out wird das Congestion-Window
auf ein Segment zurückgesetzt;
- – wenn
neue Daten quittiert werden, wird cwnd vergrößert, abhängig vom Verhältnis zwischen
cwnd und ssthresh, nämlich
wenn cwnd kleiner oder gleich klein ssthresh ist, dann wird cwnd
jedes Mal, dass ein Acknowledgment empfangen wird um ein Segment
inkrementiert (diese Routine wird als Slow-Start bezeichnet), und
wenn cwnd größer als
ssthresh ist, dann wird jedes Mal, dass ein Acknowledgment empfangen wird
cwnd um 1/cwnd inkrementiert (dies ist die eigentliche Congestion-Avoidance).
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Slow-Start
führt zu
einer exponentiellen Vergrößerung der
Größe des Window,
wohingegen Congestion-Avoidance nur zu einer linearen Vergrößerung führt.
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Wenn
man nun auf die Bestimmung von h zurückkommt, wird das Gewicht h
im allgemeinen als Funktion des Werts gewählt, der eine Angabe über die
Zahl der ausstehenden Dateneinheiten gibt, d.h. als eine Funktion
von N, SM oder ssthresh. Man beachte, dass dies nur Beispiele sind,
und jeder Wert, der (direkt oder indirekt) eine Angabe über die
Zahl der ausstehenden Dateneinheiten macht, geeignet ist. Es wird
jedoch vorgezogen den Wert von ssthresh zu verwenden, welcher typischerweise
in einer normalen TCP-Implementierung bereits vorhanden ist, so
dass keine separate Bestimmungsroutine notwendig ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
wird das Gewicht h dann als die Inverse einer Funktion von ssthresh
gewählt,
nämlich
als h = 1/(ssthresh + 1). Obwohl ssthresh in Byte definiert ist,
wird in der vorliegenden Anmeldung der Wert von ssthresh anhand
von Segmenten bestimmt, d.h. ssthresh = 1 bedeutet, dass die Größe von ssthresh
gleich einem Segment ist, ssthresh = 2 bedeutet, dass die Größe von ssthresh
gleich zwei Segmenten ist, usw. Vorzugsweise wird die Größe von ssthresh
anhand der maximalen Segmentgröße MSS gemessen, welches
ein Parameter ist, der während
der anfänglichen
Verbindungsphase ausgehandelt wird. Alternativ kann ein beliebiger
Festwert als Segmentreferenz verwendet werden, zum Beispiel 1024
Byte.
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Die
obigen Gleichungen (8.1) bis (8.4), zusammen mit den verschiedenen
Möglichkeiten
für h,
können für die Bestimmung
von RTO mit den obigen Gleichungen (4), (5) und (7) kombiniert werden.
Vorzugsweise werden jedoch die Gleichungen (8.1) bis (8.4) mit den
folgenden Gleichungen (9) und (10) kombiniert: SRTT ← SRTT + g(t) · Δ (9) RTO = SRTT + w (t) · RTTVAR (10)wobei g(t)
und w(t) zeitlich variable Gewichte darstellen. Nach einer bevorzugten
Ausführung
stehen die drei Gewichte g (t) , h (t) und w (t) miteinander auf
solche weise in Beziehung, dass h = g und w = 1/g.
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Allgemein
können
g und/oder w als mit der Zahl N von ausstehenden Dateneinheiten
in Beziehung gesetzt gewählt
werden, wie oben in Zusammenhang mit dem Gewicht h erklärt, d.h.
g und/oder w können
auch als Funktionen eines Werts gewählt werden, der eine Angabe
macht über
die Zahl N der ausstehenden Dateneinheiten, wie N, SM oder ssthresh.
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Noch
bevorzugter werden die obigen zwei Merkmale kombiniert, nämlich alle
drei Gewichte g, h und w werden so gewählt, dass sie auf spezifische
Weise mit N in Beziehung stehen, nämlich mit einer geeignet wählbaren
Funktion von F (wobei F eine Funktion von N, SM, ssthresh oder jedem
anderen geeigneten wert ist, der eine Angabe über die Zahl der ausstehenden
Dateneinheiten macht): g = 1/F ; h = 1/F ; w
= F.
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Als
Beispiel kann F (N) als F (N) = N+1 gewählt werden, sodass g = 1/(N+1) ; h = 1/(N+1) ; w = N+1.
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Es
ist genauso gut möglich
die Gewichte auf der Grundlage des geglätteten Mittels SN oder der Slow-Start-Schwelle
ssthresh zu wählen,
so dass g = 1/F(ssthresh) ; h = 1/F(ssthresh)
; w = F(ssthresh),zum Beispiel: g = 1/(ssthresh+1)
; h = 1/(ssthresh+1) ; w = ssthresh+1.
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Natürlich können die
Kombinationen auch so bestimmt werden, dass nur eines der Gewichte
g, h und w zeitlich variabel ist, oder dass zwei dieser drei Gewichte
zeitlich variabel sind, während
die jeweils anderen immer konstant sind.
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Die
positive Auswirkungen des Wählens
der Gewichte auf die obige Weise sind in 3 ersichtlich, welche
erneut die gemessenen Paketumlaufzeit-Werte RTT, den berechneten
Retransmission-Time-Out-Wert des Standes der Technik RTO(pa) den
Retransmission-Timer des Standes der Technik Rexmt(pa) und den Retransmission-Time-Out-Wert
RTO, der in Übereinstimmung
mit den obigen Gleichungen (8), (9) und (10) unter Verwendung von
g = 1/(ssthresh+1), h = 1/(ssthresh+1) und w = ssthresh+1 berechnet
wurde, zeigt. Wie man sieht, kann das Problem der Verwendung von
konstanten Gewichtungsparametern dazu führen, dass der Retransmission-Time-Out-Wert RTO(pa)
dem Paketumlaufzeit-Wert RTT zu nahe folgt, so dass es praktisch
keinen Glättungs-
bzw. Mittelungseffekt gibt. Dies führt zu einer destabilisierten
Flusssteuerungs-Prozedur. Andererseits, wie man aus der Kurve erkennt,
welche den RTO der Erfindung darstellt, folgt der Retransmission-Time-Out-Wert
der Erfindung der Tendenz von RTT, bleibt aber oberhalb von RTT.
In anderen Worten, indem man die zeitlich variablen Gewichtungsfaktoren
g, h und w verwendet, ist es möglich
zu vermeiden, dass der Wert RTO in den Wert von RTT "hineinfällt", was zu unnötigen Time-Outs
führen
könnte
und im allgemeinen vermieden werden sollte.
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Obwohl
die obige Ausführung
in Zusammenhang mit den Gleichungen (8.1) bis (8.4) beschrieben
wurde, ist es auch möglich
einen zeitlich variablen Gewichtungsfaktor h(t) in die Gleichung
(6) des Standes der Technik einzuführen, wie zum Beispiel h =
1/(N(t)+1) oder h = 1/(ssthresh+l). Natürlich ist es auch möglich, die Gleichung
(10) unter Verwendung eines zeitlich variablen Gewichts w(t) mit
den feste Gewichte g, h verwendenden Gleichungen (5) und (7) zu
kombinieren, oder die ein zeitlich variables Gewicht g(t) verwendende
Gleichung (9) mit den feste Gewichte verwendenden Gleichungen (5)
und (7) zu kombinieren. Auf allgemeine Weise ist es möglich, mindestens
eines der drei Gewichte als zeitabhängigen Parameter zu wählen, vorzugsweise in
Beziehung gesetzt mit der Zahl der ausstehenden bzw. nicht quittierten
Dateneinheiten.
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Gemäß einem
Verfahren, das selbst nicht unter die vorliegende Erfindung fällt, wird
das Bestimmen des Retransmission-Time-Out-Werts RTO so modifiziert, dass RTO ← (SRTT + w · RTTVAR) · Φ(SPTO) (11)wobei Φ(SPTO) eine
Funktion darstellt, welche mit der Zahl SPTO von unnötigen Time-Outs
in Beziehung stellt. Unnötige
Time-Outs sind solche Time-Outs, welche durch eine übermäßige Verzögerung entlang
der Verbindungsstrecke bzw. dem Link zwischen Sender und Empfänger verursacht
werden, und nicht durch den Verlust einer Dateneinheit. In anderen
Worten, wäre
der RTO länger
gewesen, wäre
kein Time-Out aufgetreten, da das Acknowledgment empfangen worden
wäre, wenn
der Sender nur lange genug gewartet hätte.
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Als
Beispiel kann die Funktion Φ(SPTO)
in Gleichung (11) gewählt
werden als Φ (SPTO)
= 1 + f·(n(SPTO)/n) (12)wobei n(SPTO)
die Zahl von unnötigen
Dateneinheit-Retransmissions
darstellt, die durch unnötige
Time-Outs während
eines vorbestimmten Intervalls verursacht wurden, n die Gesamtzahl
von Dateneinheits-Übertragungen
während
des vorbestimmten Intervalls darstellt, und f ein Multiplikationsparameter
ist. f kann jeden geeigneten Wert haben, aber es wurde gefunden,
dass ein Wert 50 oder größer besonders
wirksam ist.
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Dieses
vorbestimmte Zeitintervall kann auf jede gewünschte Weise eingestellt sein,
d.h. auf einen festen Wert, wie die maximale Segmentlebensdauer
(Maximum Segment Life Time, MSL), welche zum Beispiel als zwei Minuten
definiert ist, oder auf einen Wert, der von der momentanen Kommunikation
abhängt,
wie der Gesamtkommunikationszeit für die momentane Kommunikation
vom Beginn der Kommunikation bis zur Gegenwart.
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Man
beachte, dass ein unnötiges
Time-Out zu mehr als einer unnötigen
Retransmission führen
kann. Zum Beispiel wenn 100 Dateneinheiten gesendet wurden, und
es zwei unnötige
Time-Outs gab, wobei
das erste zu einer Retransmission und das zweite zu zwei Neuübertragungen
führte,
dann hat SR einen Wert von 3/100.
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Gemäß einem
weitergebildeten Verfahren wird Φ(SPTO)
als geglätteter
Wert SR gewählt,
der auf die folgende Weise definiert ist (erneut wird der Einfachheit
halber Pseudocode gewählt):
wobei
MIN{x, y} gleich dem Minimum aus x und y ist, NC eine ganze Zahl
größer 0 ist,
d.h. N = 1, 2, 3,...., K ein Ratenwert mit 0 ≤ K < 1 ist, und M eine Variable ist, welche
eine Angabe macht über
die Zahl der in einem Zyklus gesendeten Dateneinheiten. Ein Zyklus
ist eine Zeitperiode, die einem Satz von ansteigenden Stufen RTT
entspricht, wie in den Figuren gezeigt, siehe zum Beispiel die ansteigenden
Stufen zwischen 69 s und 92 s in
1, oder
zwischen 3.9 s und 7.15 oder zwischen 7.15 und 10.6 in
3.
Vorzugsweise verwendet man erneut einen geglätteten Mittelwert dieser Zahl
oder man bestimmt M auf der Grundlage der Slow-Start-Schwelle ssthresh
als
M = φ(ssthresh), (14) -
Wobei φ eine beliebige
Funktion darstellt und vorzugsweise als M = 1.5 · ssthresh2 (15)
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NC
wird vorzugsweise als 1 oder 2 gewählt, und K liegt vorzugsweise
zwischen 0.01 und 0.1, noch bevorzugter bei ungefähr 0.05.
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In
anderen Worten, jedes Mal dass ein Acknowledgment empfangen wird,
wird bestimmt ob dieses Acknowledgment ein unnötiges Time-Out anzeigt, in
welchem Fall der geglättete
Mittelwert SR wie in der ersten Alternative gezeigt aktualisiert
wird, und wenn nicht, wird SR wie in der zweiten Alternative aktualisiert.
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Wie
man aus Gleichung (11) ersehen kann, macht die Multiplikation mit
dem Faktor Φ(SPTO)
den RTO (die Vorhersagefunktion bzw. den Predictor) optimistischer,
wenn unnötige
Time-Outs einige zeitlang nicht aufgetreten sind, und macht den
RTO umgekehrt konservativer, wenn ein unnötiges Time-Out stattgefunden
hat.
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Die
Bestimmung von unnötigen
Time-Outs kann auf jede gewünschte
Weise durchgeführt
werden, zum Beispiel wie in der mitanhängigen Europäischen Patentanmeldung
99 100 274.2 beschrieben, welche hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen
wird.
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Genauer
gesagt wird ein unnötiges
Time-Out identifiziert, indem bestimmt wird, dass nachdem eine gegebene
Dateneinheit aufgrund eines Time-Out erneut übertragen wurde, das empfangene
Acknowledgment nicht die Antwort auf die erneut gesendete Dateneinheit
ist, sondern die Antwort auf die Dateneinheit, welche das Time-Out
verursachte.
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Ein
Verfahren zur Bestimmung von unnötigen
Time-Outs kann darin bestehen, dass der Sender eine Aufzeichnung
führt über die
Paketumlaufzeit RTT, die mit der Verbindung zwischen dem sendenden
und empfangenden Peer in Beziehung steht (dies geschieht ohnehin
typischerweise), und insbesondere dass der Sender eine Aufzeichnung über die
kürzeste
RTT führt,
die während
der Kommunikation (auch als Sitzung bezeichnet) bis zum betrachteten
Zeitpunkt gefunden wird. Dann, wenn eine Acknowledgment-Dateneinheit
innerhalb einer Zeitperiode empfangen wird, welche kürzer als
ein vorbestimmter Bruchteil der RTT ist, dann bestimmt der Sender,
dass dieses Acknowledgment zur ursprünglich übertragenen Dateneinheit gehört, und nicht
zur erneut übertragenen.
Dieser Bruchteil kann auf einen festen Wert eingestellt sein, oder
kann selbst ein adaptiver Parameter sein. Natürlich ist es nicht notwendig,
dass der mit dem Bruchteil multiplizierte Vergleichswert die kürzeste gemessene
RTT ist, sondern es ist vielmehr auch möglich, dass der Sender einen mittleren
RTT-Wert aufzeichnet,
wie den oben erwähnten
SRTT, und dass dieser mittlere Wert als Grundlage für die Bestimmung
von unnötigen
Time-Outs verwendet wird. In diesem Sinne ist der mit dem Bruchteil
zu multiplizierende Vergleichswert im allgemeinen eine Funktion
von einem oder mehr RTT-Werten, die im Verlaufe der Verbindung (d.h,
während
der Sitzung) gemessen werden.
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Eine
andere Möglichkeit
zur Bestimmung von unnötigen
Time-Outs ist, dass
der Sender den von ihm gesendeten Dateneinheiten eine Markierung
hinzufügt,
wobei die Markierung auf solche Weise definiert ist, dass sie eine
Unterscheidung zwischen einer ursprünglichen Übertragung und einer Retransmission
gestattet. Dann kann der Empfänger
Acknowledgment-Dateneinheiten entsprechend markieren, so dass der
Sender in der Lage ist zu identifizieren, ob sich ein Acknowledgment
auf die ursprüngliche Übertragung
oder die erneute Übertragung
bezieht. Diese Markierung von Dateneinheiten kann auf jede gewünschte Art
und Weise durchgeführt
werden. Zum Beispiel wäre
es theoretisch möglich,
einfach ein einziges Bit in den Dateneinheiten zu designieren, wobei
ein Wert von 0 eine ursprüngliche Übertragung
anzeigen würde,
und ein Wert von 1 eine erneute Übertragung,
oder umgekehrt. Im allgemeinen Sinne kann ein Bit-String gewählt werden,
der auch etwas mehr Information übermitteln
kann. In Zusammenhang mit Protokollen, welche eine entsprechende
Option haben, wird es jedoch bevorzugt die Option des Zeitstempels
bzw. Time-Stamp zu verwenden. Diese Option ist zum Beispiel für TCP geläufig, siehe
das oben erwähnte
Buch von W. R. Stevens. In anderen Worten, es wird bevorzugt in
gesendeten Dateneinheiten einen Zeitstempel einzusetzen, welcher
anzeigt, wann die Dateneinheit gesendet wurde. Der Empfänger kann
dann einfach den gleichen Zeitstempel in die Acknowledgment-Mitteilungen
einfügen,
so dass der Sender eine eindeutige Möglichkeit zur Identifizierung
der Dateneinheiten hat, auf welche sich das Acknowledgment bezieht.
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Betrachtet
man erneut die Gleichung (11), sei darauf hingewiesen, dass der
Faktor Φ(SPTO)
ein Mittel ist, um adaptiv. zu steuern, wie konservativ RTO (die
Vorhersagefunktion) ist. In anderen Worten, je mehr unnötige Time-Outs
auftreten, desto konservativer wird RTO, und umgekehrt.
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Auch
kann der in Gleichung (11) gezeigte Parameter w ein fester Wert
oder ein zeitlich veränderlicher Wert
sein, genauso wie bei den vorangehenden Ausführungen, und er ist vorzugsweise
gleich der oben erwähnten
Funktion F (zum Beispiel F = ssthresh + 1), die von einem geeigneten
Parameter abhängt,
der eine Angabe über
die Zahl der ausstehenden Dateneinheit macht. Natürlich kann
die in Zusammenhang mit Gleichung (11) beschriebene obige Ausführung mit
einer oder mehr der Gleichungen (5), (6), (8.1) bis (8.4) oder (9)
auf jede gewünschte
Weise kombiniert werden.
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Vorzugsweise
wird die Bestimmung von RTO gemäß Gleichung
(11) ergänzt
durch die Einstellung eines maximalen Grenzwerts und eines minimalen
Grenzwerts, wie in der folgenden Gleichung (16) gezeigt: RTO ← (SRTT
+ w · RTTVAR) · Φ (SPTO) RTO = MAX{RTO , RTT + n · TICK} RTO = MIN{RTO , Tconst} (16)wobei
MAX{x,y} das Maximum aus x und y ergibt, und MIN{x,y} das Minimum
aus x und y ergibt. TICK stellt die Granularität der Zeitfunktion bzw. des
Timer dar, d.h. den kleinsten Zeitbetrag, den das System auflösen kann,
n ist eine positive ganze Zahl, und Tconst ist
ein oberer Grenzwert, damit RTO nicht übermäßig groß wird. Zum Beispiel kann Tconst als 64 Sekunden gewählt werden. Die ganze Zahl
n ist vorzugsweise 1, so dass die zweite Gleichung (16) bedeutet,
dass RTO immer um mindestens ein Tick größer als RTT bestimmt wird.
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Die
Einstellung einer oberen und unteren Grenze für RTO kann auch in Zusammenhang
mit jeder der übrigen
Ausführungen
oben verwendet werden.
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Im
folgenden wird eine Ausführung
beschrieben, die der Erfinder gegenwärtig als besten Modus ansieht,
welcher eine bevorzugte Kombination der obigen Aspekte ist. Er wird
auch als Eifel-Retransmission-Timer bezeichnet. Genauer gesagt besteht
dieser beste Modus darin, RTO wie folgt zu bestimmen:
RTO = (SRTT + w · RTTVAR) · Φ (SPTO) RTO
= MAX{RTO , RTT + n · TICK} RTO = MIN{ RTO , Tconst} (22) -
Die
obigen Parameter und Werte wurden alle in der vorangehenden Beschreibung
definiert, so dass eine Wiederholung von Definitionen und bevorzugten
Werten nicht notwendig ist.
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Diese
Serie von Berechnungen (17) bis (22) wird jedes Mal durchgeführt, dass
ein Wert von RTT gemessen wird. In anderen Worten, der Wert von
RTO wird für
jede Messung von RTT aktualisiert.
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In
jedem der obigen Beispiele beruhten die unterschiedlichen Berechnungen
auf der Messung von Paketumlaufzeit-Werten RTT. Vorzugsweise werden
diese Messungen für
jede gesendete Dateneinheit durchgeführt, abweichend von bekannten
Implementierungen von TCP, welche nur für eine Dateneinheit auf einmal eine
zeitliche Bestimmung vornehmen, so dass es im Mittel nur eine RTT-Messung
pro RTT gibt. Die zeitliche Bestimmung für jede gesendete Dateneinheit
wird vorzugsweise durchgeführt
unter Verwendung der Option des Zeitstempels bzw. Time-Stamps, wie
zum Beispiel für
TCP in RFC 1323 definiert.
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Wie
bereits einleitend angemerkt, ist die vorliegende Erfindung auf
jedes Dateneinheiten-Kommunikationssystem anwendbar, das Retransmission
und Time-Out vorsieht, zum Beispiel TCP oder ähnliche Protokolle. Eine bevorzugte
Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in drahtlosen dateneinheitenvermittelten Kommunikationssystemen,
in welchen Änderungen
in der verfügbaren
Bandbreite bedeutend sein können, was
seinerseits zu starken Veränderungen
in RTT führt.
Beispiele solcher Systeme sind GPRS (General Packet switched Radio
System) und UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit konkreten Ausführungen
beschrieben wurde, dienen diese nur dem Zweck, die vorliegende Erfindung
einem Fachmann zu erklären,
und sollen nicht beschränkend
sein. Vielmehr wird der Umfang der vorliegenden Erfindung durch
die angehängten
Ansprüche
definiert.
