專利名稱：基于隨機回退的tcp擁塞窗口的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數據通信領域，尤其涉及TCP (Transmission Control Protocol，傳輸 控制協(xié)議)擁塞窗口隨機回退的控制方法。
背景技術：
TCP通過“慢啟動”、“擁塞避免”、“快速重傳”、“快速恢復”4個算法設置不同 的參數來實現不同TCP擁塞控制，就是和式增加積式減少(AIMD，additive increase multiplicative decrease)，TCP根據擁塞窗口來調整發(fā)送速度。瓶頸節(jié)點中最常用的隊列 管理策略是“棄尾”(Drop Tail)，即隨著緩沖區(qū)的溢出而丟包，是一種被動隊列管理機制。 “棄尾”的缺陷包括數據流的全局同步，緩沖區(qū)隊列長度振蕩以及持續(xù)隊滿造成的延遲較大 等。當一個基于TCP協(xié)議的發(fā)送端檢測到連續(xù)三個重復應答(ACK)或包的重傳計時器超時， 都進行重傳，然后發(fā)送端減小發(fā)送窗口，進入慢啟動或擁塞避免等擁塞控制階段。這會立刻 降低發(fā)送端的發(fā)送速率，以便減輕路由器擁塞。此后，發(fā)送端會逐漸將發(fā)送窗口恢復至擁塞 發(fā)生前的大小。當多個相同控制方法的TCP都產生丟包時，它們都要減少自身發(fā)送速率，由 于相同算法的TCP都按相同的系數減少發(fā)送速率，會造成路由器從擁塞狀態(tài)進入低利用率 狀態(tài)，當探測到路由器空閑時，各發(fā)送端又增大發(fā)送速率，路由器又進入擁塞狀態(tài)，如此往 復，產生了“全局同步”問題?！叭滞健睂е骆溌穾挼睦寐氏陆?，造成網絡資源浪費。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的所要解決的問題就是為在網絡發(fā)生擁塞時，TCP能按隨機數調整擁 塞窗口，緩和全局同步，提高網絡資源的利用率，提出一種基于隨機回退的TCP擁塞窗口的 控制方法。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是本發(fā)明只改變TCP擁塞控制過程中“快速重傳”階段的擁塞窗口減小機制和“擁塞 避免”時的擁塞窗口增加機制，其余部分不涉及。當瓶頸節(jié)點擁塞時，每個TCP各自計算一個W，l]范圍內的隨機數，然后每個TCP 按照各自計算的隨機數減少自己的擁塞窗口，這樣有的TCP擁塞窗口減少的多，而有的TCP 擁塞窗口減少的少，每個TCP的發(fā)送速度減少不一致，避免瓶頸節(jié)點的發(fā)送速度減少過多 而導致效率下降；在擁塞避免階段，每個TCP各自計算一個W，1]范圍內的隨機數，然后每 個TCP按照各自計算的隨機數增加自己的擁塞窗口，有的TCP擁塞窗口增加的多，而有的 TCP擁塞窗口增加的少，這樣每個TCP的發(fā)送速度增加不一致，這樣防止發(fā)送速度過快地增 長，有效延遲下次擁塞發(fā)生的時間和平緩擁塞窗口的波動。對于每一個運行的TCP來說，具體包括如下步驟(1)按照當前擁塞窗口發(fā)送數據；(2)收到應答信號，判斷是否新數據包應答，如果是則到第(3)步，如果否則到第 (6)步；
(3)判斷數據是否發(fā)送完，如果是到第(9)步，如果否到第⑷步；(4)判斷TCP當前擁塞窗口是否大于等于慢啟動閾值，也就是判斷是否在擁塞避 免階段，如果是則到第(5)步，如果否則到第(8)；(5)則將其擁塞窗口的增加量設置為R(e, f)*l/Cwnd, R(e, f)表示為e到f之間 的隨機數，其中0彡e彡f彡1，Cwnd為當前的擁塞窗口，然后到第(1)步；(6)則判斷是否第3個非新數據包應答，也就是判斷是否第3個重復應答，如果是 則到第(7)步，如果否則到第⑶步；(7)則其將其擁塞窗口的減少量設置為R(c，d)*Cwnd，Cwnd表示當前擁塞窗口， R(c，d)表示為c到d之間的隨機數，其中0彡c彡d彡1，然后到第(1)步；(8) TCP其它過程處理，不在本發(fā)明范圍內，然后到第(1)步；(9)該次發(fā)送結束。TCP如果都按同樣的量減少或增加擁塞窗口，必然會導致“全局同步”，在TCP都按 照同樣的量減少擁塞窗口時，經常會使瓶頸節(jié)點的發(fā)送速度下降到0，導致瓶頸節(jié)點空閑， 利用率下降。因此，如果每個TCP隨機減少擁塞窗口，會使瓶頸節(jié)點的發(fā)送速度下降到0的 次數減少，從而提高網絡的傳輸效率。本發(fā)明通過隨機調整TCP擁塞窗口，不需要TCP發(fā)送端的進行復雜的計算和帶寬 預測，減緩了 TCP全局同步，提高了網絡帶寬的利用率，適合在現有的Internet上使用。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是本發(fā)明方法進行測試的網絡拓撲。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。在本發(fā)明的實例中，c，d，e，f取值為c = 0. 2，d = 0. 55，e = 0. 38, f = 1.0。本發(fā)明中TCP按隨機數調整擁塞窗口，Cwnd表示TCP擁塞窗口，每個TCP其處理 方法如圖1所示，(I)TCP按照當前擁塞窗口發(fā)送數據；(2)收到應答信號，判斷是否新數據包應答，如果是則到第(3)步，如果否則到第 (6)步；(3)判斷數據是否發(fā)送完，如果是到第(11)步，如果否到第(4)步；(4)判斷TCP當前擁塞窗口是否大于等于慢啟動閾值，也就是判斷是否在擁塞避 免階段，如果是則到第(5)步，如果否則到第(8)；(5)Cwnd = Cwnd+R(0. 38，1. 0)*1/Cwnd，R(0· 38，1. 0)表示為 0. 38 到 1. 0 之間的
平均分布隨機數，然后到第(1)步；(6)則判斷是否第3個非新數據包應答，也就是判斷是否第3個重復應答，如果是 則到第(7)步，如果否則到第(9)步；(7)Cwnd = Cwnd-R(0. 2,0. 55)*Cwnd，Cwnd 表示當前擁塞窗口，R(0. 2,0. 55)表示 為0. 2到0. 55之間的平均分布隨機數，然后到第(1)步；
(8)當前是慢啟動階段，Cwnd = Cwnd+Ι，然后到第(1)步；(9)判斷重復應答是否超過3個，如果是則到第(10)步，如果否則到第⑴步；(IO)Cwnd = Cwnd+Ι，然后到第(1)步；(11)本次發(fā)送結束。圖2是本發(fā)明方法的測試網絡環(huán)境，RO為瓶頸節(jié)點，瓶頸鏈路位于節(jié)點RO和節(jié) 點Rl之間，鏈路容量12Mbps，延時15ms，采用棄尾隊列管理，緩存大小為30packetS ；節(jié)點 Si均為持久性FTP業(yè)務源，他們與節(jié)點RO之間的鏈路容量均為20Mbps，延時15ms，向目標 節(jié)點Di發(fā)送數據；節(jié)點Di與節(jié)點Rl之間的鏈路容量均為20Mbps，延時15ms ；數據包均為 1040Byte (包括40Byte包頭)。接收端Di的窗口設置足夠大，使得TCP發(fā)送僅受擁塞窗口 Cwnd控制。表1是本發(fā)明方法圖1實施例與目前Internet使用最廣泛的TCP Rewnero在圖 2網絡環(huán)境下進行比對，設置圖2中的TCP發(fā)送節(jié)點S個數分別為2、4、6、8、10時，接收節(jié) 點D個數同時也為2、4、6、8、10時，分別采用TCP Rewnero和本發(fā)明方法，統(tǒng)計100秒內瓶 頸節(jié)點RO發(fā)送的有效數據包個數。由表1可見本發(fā)明方法的網絡傳輸效率明顯高于TCP Rewnero ο表1本發(fā)明方法與TCP Newreno比對結果
權利要求
一種基于隨機回退的TCP擁塞窗口的控制方法，其特征在于在瓶頸節(jié)點擁塞時，每個TCP各自計算一個
范圍內的隨機數，然后每個TCP按照各自計算的隨機數減少自己的擁塞窗口；在擁塞避免階段，每個TCP各自計算一個
范圍內的隨機數，然后每個TCP按照各自計算的隨機數增加自己的擁塞窗口。
2.根據權利要求1所述的基于隨機回退的TCP擁塞窗口的控制方法，其特征在于每一 個運行的TCP的運行方式如下(1)按照當前擁塞窗口發(fā)送數據；(2)收到應答信號，判斷是否新數據包應答，如果是則到第(3)步，否則到第(6)步；(3)判斷數據是否發(fā)送完，如果是到第(9)步，否則到第(4)步；(4)判斷TCP當前擁塞窗口是否大于等于慢啟動閾值，也就是判斷是否在擁塞避免階 段，如果是則到第(5)步，否則到第(8)；(5)將TCP擁塞窗口的增加量設置為R(e,f)*l/Cwnd，R(e, f)表示為e到f之間的隨 機數，其中0彡e < f 彡1，Cwnd為當前的擁塞窗口，然后到第(1)步；(6)判斷是否為第3個非新數據包應答，也就是判斷是否第3個重復應答，如果是則到 第(7)步，否則到第⑶步；(7)將TCP擁塞窗口的減少量設置為R(c，d)*Cwnd，Cwnd表示當前擁塞窗口，R(c,d) 表示為(到(1之間的隨機數，其中0彡c<d彡1，然后到第(1)步；(8)該次發(fā)送結束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于隨機回退的TCP擁塞窗口的控制方法，其特征是在瓶頸節(jié)點擁塞時，每個TCP各自計算一個
范圍內的隨機數，然后每個TCP按照各自計算的隨機數減少自己的擁塞窗口；在擁塞避免階段，每個TCP各自計算一個
范圍內的隨機數，然后每個TCP按照各自計算的隨機數增加自己的擁塞窗口。本發(fā)明通過隨機調整TCP擁塞窗口，不需要TCP發(fā)送端的進行復雜的計算和帶寬預測，減緩了TCP全局同步，提高了網絡帶寬的傳輸效率，適合在現有的Internet上使用。
文檔編號H04L29/06GK101969432SQ201010297460
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權日2010年9月27日
發(fā)明者姜文剛, 孫金生, 尚婕, 王執(zhí)銓 申請人:江蘇科技大學