用于實現(xiàn)可變瓶頸速率的主動隊列管理增強的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明原則對現(xiàn)有技術的貢獻在于提供一種用于緩沖區(qū)管理方案的系統(tǒng)和方案的新方案。本發(fā)明的特定實施方式改善具有可控參數(shù)的AQM方案對瓶頸緩沖區(qū)的輸出速率變化的響應。在瓶頸速率未被擔保或固定的大部分情況下，對TCP性能的影響是實質性的。無論瓶頸速率的連續(xù)變化，新方案允許AQM方案實現(xiàn)隊列穩(wěn)定。
【專利說明】用于實現(xiàn)可變瓶頸速率的主動隊列管理増強的系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001] 概括地，本發(fā)明設及通信系統(tǒng)，并且更具體地設及為IP網絡中的網絡單元的分組 緩沖區(qū)進行存儲器分配。

【背景技術】
[0002] 自從S. Floyd和V. ^cobson在"用于避免擁塞的隨機早期檢測網關（Random early detection gateways for congestion avoidment)"(lEEE/ACM 網絡會干。， 1(4):397-413，1993)中首次提出隨機早期檢測（R?。?，在近20年中已經提出了許多主動隊 列管理（AQM)方案。相對于僅在分組發(fā)現(xiàn)隊列滿載時才丟棄到達分組的傳統(tǒng)尾部丟棄策 略，AQM方案在隊列還遠未裝滿時開始丟棄分組。通過適當?shù)亻g隔早期分組丟棄決策，AQM 使由于經歷分組丟失的TCP源減小的主動性從數(shù)據(jù)路徑去除的分組量，和持續(xù)加入數(shù)據(jù)路 徑的全部其它源的分組量相同。
[000引 AQM的性能已經被深入研究，但幾乎都集中于固定的瓶頸速率。由于服務質 量的標準框架，例如參見S.Blake等的"用于不同服務的架構（An architec化re化r differentiated services)，，，IETF RFC 2475,1998 年 12 月，和 IE邸 802. IQ http://w麗. ieee802. org/l/pages/802. lQ-2011. html，具體地相對于其他類型的業(yè)務，將低調度優(yōu)先 級分配給TCP,實際上TCP緩沖區(qū)的輸出率由高優(yōu)先級業(yè)務的到達速率持續(xù)調制。緩沖區(qū)管 理方案的鏈路利用性能上的瓶頸速率變化的相當負面的影響在Y.化eng、M. Lu和Z. ^ng的 "可變帶寬網絡中自適應AQM算法的性能估計（Performance evaluation of adaptive AQM algorithms in vari油le bandwi化h network) "(lEICE 通信會刊 E86-EU6) ;2060-2067， 2003年6月）和J.化ou、F. Ren和C. Liu的"可變帶寬對TCP吞吐量影響的建模（Modeling the effects of vari油le bandwi化h on TCP t虹OU曲put)"(ICCCN 2009,舊金山，CA， 2009年8月）中記載。此外，在A.Baiocchi和F.Vacirca的"具有可變容量瓶頸速率的 TCP 流建模（TCP fluid modeling with a variable capacity bottleneck link) "（IEEE INFOCOM 2007,安克雷奇，AK，2007年5月）中給出的結果，指示該些結果主要由TCP連接 的往返時間（RTT)和瓶頸速率函數(shù)炬R巧的基本時間常量之間的關系控制，其中該關系表 示瓶頸速率隨時間的演進。當瓶頸速率變化的幅度大于緩沖區(qū)大小時，AQM幾乎不能防止 TCP緩沖區(qū)溢出。然而，有效的AQM方案可幫助為TCP連接準備快速的吞吐量恢復，從而緩 沖區(qū)溢出的長期影響是非常輕微的。
[0004] 所希望的是改善AQM方案對瓶頸速率變化的響應的方法，從而將該些變化對TCP 吞吐量的負面影響最小化。


【發(fā)明內容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明原理對現(xiàn)有技術的貢獻在于給出用于緩沖區(qū)管理方案的系統(tǒng)和方法 的新途徑。本發(fā)明的特定實施方式改善了具有可控參數(shù)的AQM方案對瓶頸緩沖區(qū)的輸出速 率變化的響應。在瓶頸速率未被擔保為固定值的大部分情況下，對TCP性能的影響是實質 性的。盡管瓶頸速率的連續(xù)變化，新方案允許AQM方案實現(xiàn)隊列穩(wěn)定。
[0006] 在本發(fā)明的一個實施方式中，提供一種用于在通信網絡中操作分組緩沖區(qū)的方 法，其中分組緩沖區(qū)可用于接受多個分組流。包括操作分組緩沖區(qū)的方法，分組緩沖區(qū)可用 于接受多個分組流，其中計算所述分組緩沖區(qū)的平均隊列長度（AQL)值，所述方法包括：
[0007] 將A化與第一口限進行比較，其中只要A化小于第一口限，分組丟棄率保持不變； [000引跟蹤表示自最近的緩沖區(qū)溢出事件W來的時間的第一定時器，表示自緩沖區(qū)上一 次為空W來的時間的第二定時器，W及表示自分組丟失上一次被主動隊列管理（AQM)決策 所觸發(fā)W來的時間的第=定時器；和
[0009] 如果所述A化大于所述第一口限且與所述第一定時器的比較指示在指定時間內 未發(fā)生緩沖區(qū)溢出W及與所述第二定時器的比較指示在指定時間內緩沖區(qū)未空，或者與所 述第S定時器的比較指示在指定時間內已由所述AQM決策觸發(fā)至少一個分組丟棄，則更新 分組丟棄率。
[0010] 在一些實施方式中，其中計算所述緩沖區(qū)的瞬時隊列長度（IQL Instantaneous Queue Length)值，所述操作分組緩沖區(qū)的方法進一步包括；
[0011] 將IQL與第二口限進行比較訊
[0012] 當IQL大于所述第二口限時，在持續(xù)時間基于所述IQL和所述第二口限之間距離 的時間間隔，觸發(fā)分組丟失。
[0013] 在一些實施方式中，所述I化和所述第二口限之間的距離越大，時間間隔越小。
[0014] 在一些實施方式中，當A化大于所述第二口限時，AQM方案在基于A化和所述第二 口限之間的距離的時間間隔更新控制分組丟棄決策的參數(shù)。
[0015] 在一些實施方式中，A化和所述第二口限之間的距離越大，更新的頻率越高。
[0016] 在一些實施方式中，當A化位于第S口限和所述第二口限之間時，更新的頻率小 于由I化控制的額外分組丟失的頻率，但是高于由AQM方案觸發(fā)的丟棄決策參數(shù)的更新頻 率，其中所述第S 口限是不大于所述第二口限的AQL 口限，其中在高于AQL 口限時AQM方案 能夠普通地更新控制分組丟棄決策的參數(shù)。
[0017] 在一些實施方式中，當緩沖區(qū)溢出時將丟棄時間段減小指定量。
[0018] 在一些實施方式中，當所述緩沖區(qū)溢出時檢測所述丟棄時間段定時器，其中如果 所述丟棄時間段定時器已到期，則將丟棄時間段減小所述指定量，其中所述丟棄時間段定 時器控制分組丟棄時間段的周期性更新。
[0019] 在一些實施方式中，所述指定量為一半。
[0020] 另一實施方式包括一種用于操作分組緩沖區(qū)的方法，分組緩沖區(qū)可用于接受多個 分組流，其中計算所述分組緩沖區(qū)的平均隊列長度（AQL)值，所述分組緩沖區(qū)包括具有丟 棄時間段的主動隊列管理（AQM)方案，其中丟棄時間段的到期觸發(fā)所述A化的采樣，所述方 法包括：
[0021] 提供第一定時器，Tu，其中當更新分組丟棄時間段時將第一定時器復位；第二定 時器，T。，其中當緩沖區(qū)溢出時復位，第S定時器，T。，其中當緩沖區(qū)為空時失效和在緩沖 區(qū)離開空狀態(tài)時復位，化及第四定時器，Td，其中當AQM方案丟棄分組時復位；
[002引當?shù)谖宥〞r器T。到期時，計算新AQL，并且將所述新A化值與第一口限比較，其中 如果A化超過所述第一口限，進行檢測W確定是否所述定時器Tu和所述定時器T。到期， 所述定時器T。未失效，W及定時器T d已到期；和
[0023] 如果所述新A化值大于所述第一口限，并且所述第二定時器和第S定時器到期或 所述第二定時器和第四定時器到期，則更新分組丟棄時間段。
[0024] 另一實施方式包括一種用于操作分組緩沖區(qū)的方法，分組緩沖區(qū)可用于接受多個 分組流，其中計算所述分組緩沖區(qū)的平均隊列長度（AQL)值，并且其中計算所述緩沖區(qū)的 瞬時隊列長度（I化，Instantaneous Queue Length)值，所述方法包括；
[0025] 當I化到達緩沖區(qū)飽和水平時，增加分組丟棄決策的頻率而不降低丟棄時間段。
[0026] 在一些實施方式中，當I化超過安全口限時，如果在指定的I化暫停時間內未發(fā)生 分組丟棄，則丟棄下一分組。
[0027] 在一些實施方式中，進一步包括如果自最近的丟棄時間段更新W來經過了指定的 暫停時間，當A化超過安全口限時降低丟棄時間段。
[002引在一些實施方式中，在分組丟棄決策時復位定時器rf%并且定時器時間

【權利要求】
1. 一種用于操作分組緩沖區(qū)的方法，分組緩沖區(qū)用于接受多個分組流，其中計算所述 分組緩沖區(qū)的平均隊列長度（AQL)值，所述方法包括： 將AQL與第一門限進行比較，其中只要AQL小于第一門限，則分組丟棄率保持不變； 跟蹤表示自最近的緩沖區(qū)溢出事件以來的時間的第一定時器，表示自緩沖區(qū)上一次為 空以來的時間的第二定時器，以及表示自主動隊列管理（AQM)決策上一次觸發(fā)分組丟失以 來的時間的第三定時器；以及 如果所述AQL大于所述第一門限且與所述第一定時器的比較指示在指定時間內未發(fā) 生緩沖區(qū)溢出，以及與所述第二定時器的比較比指示在指定時間內緩沖區(qū)未空，或者與所 述第三定時器的比較指示在指定時間內存在由所述AQM決策觸發(fā)至少一個分組丟棄，則更 新分組丟棄率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中計算所述緩沖區(qū)的瞬時隊列長度（IQL)值，進一步 包括： 將IQL與第二門限進行比較；和 當IQL大于所述第二門限時，在持續(xù)時間基于所述IQL和所述第二門限之間距離的時 間間隔內，觸發(fā)分組丟失。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述IQL和所述第二門限之間的距離越大，時間間 隔越短。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中當AQL大于所述第二門限時，AQM方案以基于AQL 和所述第二門限之間距離的時間間隔更新控制分組丟棄決策的參數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中AQL和所述第二門限之間的距離越大，更新的頻率 越尚。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中當AQL位于第三門限和所述第二門限之間時，更新 的頻率小于由IQL控制的額外分組丟失的頻率，但是高于由AQM方案觸發(fā)的丟棄決策參數(shù) 的更新頻率，其中所述第三門限是AQL門限，其中在高于AQL門限時，AQM方案能夠普通地 更新控制分組丟棄決策的參數(shù)。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中當緩沖區(qū)溢出時，將丟棄時間段減小指定量。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，進一步包括控制分組丟棄時間段的周期性更新的丟棄 時間段定時器，當所述緩沖區(qū)溢出時檢測所述丟棄時間段定時器，其中如果所述丟棄時間 段定時器已到期，則將分組丟棄時間段減小指定量。
9. 一種用于操作分組緩沖區(qū)的方法，分組緩沖區(qū)用于接受多個分組流，其中計算所述 分組緩沖區(qū)的平均隊列長度（AQL)值，所述緩沖區(qū)包括具有丟棄時間段的主動隊列管理 AQM方案，其中丟棄時間段的到期觸發(fā)所述AQL的采樣，所述方法包括： 提供第一定時器，tu，其中當更新分組丟棄時間段時將第一定時器復位；第二定時器，t。，其中當緩沖區(qū)溢出時復位；第三定時器，其中當緩沖區(qū)為空時失效和在緩沖區(qū)離開 空狀態(tài)時復位，以及第四定時器，td，其中當AQM方案丟棄分組時復位； 當?shù)谖宥〞r器tq到期時，計算新AQL值，并且將所述新AQL值與第一門限比較，其中 如果AQL超過所述第一門限，進行檢測以確定是否所述定時器tu和所述定時器t。到期， 所述定時器未失效，以及定時器td已到期；以及 如果所述新AQL值大于所述第一門限，所述第二定時器到期，所述第三定時器到期或 所述第四定時器未到期，更新分組丟棄時間段。
10. -種用于操作分組緩沖區(qū)的方法，該方法包括： 提供用于接受多個分組流的分組緩沖區(qū)，其中計算所述緩沖區(qū)的平均隊列長度（AQL) 和瞬時隊列長度（IQL);以及 當IQL到達飽和水平時，增加分組丟棄決策的頻率而不降低丟棄時間段。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中當IQL超過安全門限時，如果在指定的IQL暫停 時間內未發(fā)生分組丟棄，則丟棄下一分組。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中當AQM方案丟棄分組，并在IQL暫停時間
且所述定時器<%到期則丟棄下一分組。
13. 根據(jù)權利要求10所述的方法，進一步包括如果自最近的丟棄時間段更新以來經過 指定的AQL暫停時間，當AQL超過安全門限時降低丟棄時間段。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，其中在控制分組丟棄時間段的周期性更新的定時器 tp到期的時間，或者在分組丟棄時間段更新時，定時器復位，并定時器在AQL暫
定時器到期，則更新分組丟棄時間段。
15. -種具有存儲器的通信設備，所述存儲器具有在其中存儲的多個指令，所述設備進 一步包括分組緩沖區(qū)，分組緩沖區(qū)用于接受多個分組流，其中計算所述分組緩沖區(qū)的平均 隊列長度（AQL)值，其中多個指令在被處理器執(zhí)行時，促使處理器執(zhí)行以下步驟： 將AQL與第一門限進行比較，其中只要AQL小于第一門限，則分組丟棄率保持不變； 跟蹤表示自最近的緩沖區(qū)溢出事件以來的時間的第一定時器，表示自緩沖區(qū)上一次為 空以來的時間的第二定時器，以及表示自分組丟失上一次被主動隊列管理（AQM)決策所觸 發(fā)以來的時間的第三定時器；以及 如果所述AQL大于所述第一門限且與所述第一定時器的比較指示在指定時間內未發(fā) 生緩沖區(qū)溢出，以及與所述第二定時器的比較指示在指定時間內緩沖區(qū)未空，或者與所述 第三定時器的比較指示在指定時間內存在所述AQM決策觸發(fā)至少一個分組丟棄，則更新分 組丟棄率。
【文檔編號】H04L12/801GK104488239SQ201380025940
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年5月17日 優(yōu)先權日:2012年5月18日
【發(fā)明者】A·弗朗希尼 申請人:阿爾卡特朗訊公司