專(zhuān)利名稱(chēng)：用于業(yè)務(wù)混合的公平加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)的緩沖器中的擁塞管理，并且特別涉及當(dāng)在緩沖器所接收的業(yè)務(wù)包括響應(yīng)(例如TCP)和無(wú)響應(yīng)(例如UDP)業(yè)務(wù)的混合時(shí)管理?yè)砣南到y(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在通信系統(tǒng)的緩沖器中的分組業(yè)務(wù)的擁塞管理在較差的控制可能顯著影響系統(tǒng)性能方面而言是很重要的。當(dāng)分組業(yè)務(wù)包括來(lái)自響應(yīng)業(yè)務(wù)和無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)的分組的混合時(shí)，管理問(wèn)題變得關(guān)系重大。
響應(yīng)業(yè)務(wù)典型地由通過(guò)響應(yīng)協(xié)議所控制的源來(lái)產(chǎn)生。當(dāng)分組例如由于擁塞而被丟失或過(guò)度延遲時(shí)，響應(yīng)協(xié)議在嘗試匹配可用容量期間減小了負(fù)載。傳輸控制協(xié)議(TCP)是提供響應(yīng)業(yè)務(wù)的響應(yīng)協(xié)議的例子。
無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)典型地由通過(guò)無(wú)響應(yīng)協(xié)議所控制的源來(lái)產(chǎn)生。當(dāng)分組被丟失或過(guò)度延遲時(shí)，無(wú)響應(yīng)協(xié)議可以進(jìn)行檢測(cè)或選擇以忽略該情況，并且因而不調(diào)整所述負(fù)載。用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)是提供無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)的無(wú)響應(yīng)協(xié)議的例子。
隨機(jī)早期檢測(cè)(RED)算法是一種用于避免擁塞的現(xiàn)用管理機(jī)制。與“尾部丟棄(tail drop)”隊(duì)列管理方案相反，該算法只有當(dāng)隊(duì)列溢出時(shí)才會(huì)丟掉分組，但是其在將該初始擁塞通知給源之前隨機(jī)地丟棄分組。一種加權(quán)RED(WRED)算法提供與RED相同的特性，但其選擇性地根據(jù)分組的優(yōu)先級(jí)來(lái)丟棄分組。
RED算法的性能被確信優(yōu)于傳統(tǒng)的尾部丟棄技術(shù)的性能。這是由于對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)和全局同步的更好處理。RED使平均隊(duì)列大小保持較小，這可以更好地調(diào)節(jié)臨時(shí)的分組突發(fā)。RED還通過(guò)避免(由于隨機(jī)丟棄所引起的)幾個(gè)連接同時(shí)縮小其窗口的情況，來(lái)避免多個(gè)TCP源的同步。
RED被廣泛實(shí)現(xiàn)于路由器中。然而，針對(duì)RED而言仍然存在近年來(lái)廣泛研究的突出問(wèn)題。已說(shuō)明了響應(yīng)TCP和無(wú)響應(yīng)UDP業(yè)務(wù)之間的交互作用可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。通常，如果兩種類(lèi)型的業(yè)務(wù)都由RED來(lái)處理，則在一個(gè)存儲(chǔ)分區(qū)中TCP業(yè)務(wù)的性能會(huì)受到UDP的嚴(yán)重影響。發(fā)生了這樣的情況UDP業(yè)務(wù)獲得其希望的共享帶寬而TCP得到剩余部分，這在兩種類(lèi)型的業(yè)務(wù)之間是不公平的。
對(duì)所述問(wèn)題的一個(gè)解決方案是對(duì)存儲(chǔ)器硬分區(qū)，物理地分開(kāi)兩種類(lèi)型的業(yè)務(wù)。TCP分區(qū)可以使用RED，而UDP分區(qū)可以使用固定閾值以控制所述UDP業(yè)務(wù)。然而，如果一種類(lèi)型的業(yè)務(wù)遠(yuǎn)比另一種更常用時(shí)，該方法會(huì)浪費(fèi)存儲(chǔ)器資源。
本申請(qǐng)中所說(shuō)明的加權(quán)RED算法提供了解決方案，其中，TCP和UDP業(yè)務(wù)可以在單個(gè)分區(qū)中被混合在一起而最小化對(duì)TCP業(yè)務(wù)的影響。在某種意義上，即使所述兩種類(lèi)型的業(yè)務(wù)被存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)分區(qū)中，其也是被隔離的。同時(shí)，所提出算法的復(fù)雜性使其能夠容易在硬件中被實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，WRED(加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè))算法能在TCP和UDP分組共享同一緩沖器時(shí)公平地調(diào)節(jié)TCP業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的WRED實(shí)現(xiàn)沒(méi)有說(shuō)明TCP和UDP在響應(yīng)分細(xì)丟棄時(shí)的行為的不同。也就是說(shuō)，TCP將通過(guò)減慢其傳輸速率來(lái)對(duì)分組丟棄作出反應(yīng)，而UDP將不作反應(yīng)。這導(dǎo)致UDP獨(dú)占緩沖器帶寬而對(duì)TCP業(yè)務(wù)不利。本發(fā)明通過(guò)將擁塞控制算法分別應(yīng)用于TCP和UDP而解決了所述問(wèn)題，其中用于UDP業(yè)務(wù)的丟棄閾值以這樣的方式被動(dòng)態(tài)地修改將UDP業(yè)務(wù)限制于緩沖器的可用帶寬的被供給的百分比。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，一種加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)(WRED)算法通過(guò)一種公平的調(diào)度器(scheduler)(例如round-robin調(diào)度器)來(lái)裁決，公平地調(diào)節(jié)兩個(gè)隊(duì)列中的響應(yīng)(TCP)和無(wú)響應(yīng)(UDP)業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的WRED實(shí)現(xiàn)不進(jìn)行這兩種類(lèi)型的業(yè)務(wù)之間的區(qū)分。由于TCP源通過(guò)減慢其傳輸速率來(lái)對(duì)隨機(jī)丟棄作出反應(yīng)，而UDP源不作反應(yīng)，因此這兩個(gè)源之間的區(qū)分的缺乏導(dǎo)致了對(duì)TCP的嚴(yán)重偏見(jiàn)。特別地，UDP流占用其希望的帶寬，而TCP流得到的是UDP剩余的部分。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)以下方式解決了所述問(wèn)題將被保存在共享存儲(chǔ)器中的兩個(gè)隊(duì)列中的兩種類(lèi)型的業(yè)務(wù)分開(kāi)、在它們之間公平地裁決(例如通過(guò)利用round-robin方案)并通過(guò)保持分別對(duì)待TCP和UDP分組來(lái)減小UDP業(yè)務(wù)對(duì)TCP業(yè)務(wù)的影響。特別地，即使所到達(dá)的業(yè)務(wù)是不對(duì)稱(chēng)的(即如果一種類(lèi)型的分組比另一種分組更頻繁)，緩沖器空間也不會(huì)被浪費(fèi)。
通常，如果調(diào)度器根據(jù)典型地由用戶(hù)指定的預(yù)定分配或參數(shù)來(lái)服務(wù)于被管理的緩沖器，則該調(diào)度器的特征在于其公平性。例如，公平的調(diào)度器能夠以相同的頻率(例如，50％對(duì)50％)服務(wù)于兩個(gè)隊(duì)列，或者其能夠相對(duì)于另一個(gè)隊(duì)列而更頻繁地服務(wù)于一個(gè)隊(duì)列(例如，70％對(duì)30％)。在這兩種情況下，達(dá)到分配給兩個(gè)隊(duì)列的希望的百分比導(dǎo)致了公平。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種通過(guò)將擁塞控制算法分別應(yīng)用于TCP和UDP業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的TCP和UDP業(yè)務(wù)擁塞的方法，該方法包括響應(yīng)于到達(dá)緩沖器的UDP分組，將UDP分組在緩沖器中所占用的空間量與UDP丟棄閾值進(jìn)行比較，并且響應(yīng)于超出了UDP丟棄閾值，丟棄到達(dá)的UDP分組；并且響應(yīng)于到達(dá)緩沖器的TCP分組，按照丟棄概率來(lái)丟棄TCP分組，該丟棄概率根據(jù)緩沖器中的僅TCP分組的平均占用率(根據(jù)加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè))而被確定。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種系統(tǒng)，其用于通過(guò)將擁塞控制算法分別應(yīng)用于TCP和UDP業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的UDP和TCP業(yè)務(wù)，該系統(tǒng)包括這樣兩種裝置第一種裝置用于在接收了到達(dá)的UDP分組時(shí)將UDP分組在緩沖器中所占用的空間量與UDP丟棄閾值進(jìn)行比較，并且如果超出了所述丟棄閾值則丟棄所述到達(dá)的UDP分組；第二種裝置用于如果超出了丟棄概率則在緩沖器丟棄到達(dá)的TCP分組，該丟棄概率是根據(jù)緩沖器中的僅TCP分組的平均占用率(根據(jù)加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè))而被確定的。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種在能夠承載UDP和TCP業(yè)務(wù)的通信資源上管理業(yè)務(wù)擁塞的方法，該方法包括將到來(lái)的分別的隊(duì)列中的UDP和TCP業(yè)務(wù)進(jìn)行緩沖；在所述隊(duì)列之間公平地裁決(例如使用工作保養(yǎng)型(work-conserving)、round-robin方案)，由此將資源帶寬的預(yù)定分配提供給分別的隊(duì)列；以及按照加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)(WRED)算法的丟棄概率從所述隊(duì)列丟棄分組，所述計(jì)算取決于僅TCP隊(duì)列中的TCP分組。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種在能夠承載UDP和TCP業(yè)務(wù)的通信資源上管理業(yè)務(wù)擁塞的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括將到來(lái)的分別的隊(duì)列中的UDP和TCP業(yè)務(wù)的分組進(jìn)行緩沖的共享存儲(chǔ)器；在分別的隊(duì)列之間起作用由此將資源帶寬的預(yù)定分配提供給該分別的隊(duì)列的公平的、工作保養(yǎng)型調(diào)度器(例如工作保養(yǎng)型、round-robin調(diào)度器)；以及按照WRED丟棄概率從所述隊(duì)列丟棄分組的裝置，該WRED丟棄概率的計(jì)算取決于僅TCP隊(duì)列中的TCP分組。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種通過(guò)將擁塞控制分別應(yīng)用于響應(yīng)業(yè)務(wù)和無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的業(yè)務(wù)擁塞的方法，該方法包括如果到達(dá)緩沖器的分組關(guān)聯(lián)于無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)，則將無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)在緩沖器中所占用的空間量與無(wú)響應(yīng)丟棄閾值進(jìn)行比較，并且如果超出該無(wú)響應(yīng)丟棄閾值則拋棄所述到達(dá)的分組；并且如果到達(dá)緩沖器的分組關(guān)聯(lián)于響應(yīng)業(yè)務(wù)，則按照基于緩沖器中的僅響應(yīng)業(yè)務(wù)的占用率的丟棄概率來(lái)丟棄到達(dá)的分組。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于通過(guò)將擁塞控制分別應(yīng)用于業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的響應(yīng)業(yè)務(wù)和無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括這樣兩種裝置第一種裝置用于將無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)在緩沖器中所占用的空間量與無(wú)響應(yīng)丟棄閾值進(jìn)行比較，并且如果超出所述無(wú)響應(yīng)丟棄閾值則丟棄到達(dá)的無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)分組；以及第二種裝置用于如果超出丟棄概率則丟棄到達(dá)的響應(yīng)業(yè)務(wù)分組，該丟棄概率是根據(jù)緩沖器中的僅響應(yīng)業(yè)務(wù)的平均占用率而被確定的。


現(xiàn)在將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖2示出了基本W(wǎng)RED算法的吞吐量；圖3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的吞吐量；和圖4示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例的吞吐量。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)，其中，TCP和UDP源通過(guò)由本發(fā)明的WRED算法所控制的緩沖器將分組發(fā)送到分別的TCP和UDP目的地。
不是優(yōu)選解決方案的針對(duì)管理過(guò)程的一種解決方案，是將TCP和UDP業(yè)務(wù)分到各自的緩沖器中，并將WRED應(yīng)用到每個(gè)緩沖器。這能夠?qū)崿F(xiàn)，但是由于UDP/TCP業(yè)務(wù)混合通常隨時(shí)間變化，所以其浪費(fèi)資源或者導(dǎo)致不必要的丟棄，由此很難預(yù)先確定制造適當(dāng)?shù)木彌_器大小分配。例如，緩沖器可以被制成大小相等，但如果一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有UDP業(yè)務(wù)而TCP業(yè)務(wù)卻超出了其丟棄閾值，則由于UDP緩沖器中有可用空間，因此TCP分組的丟棄將是不必要的。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例之一通過(guò)將WRED分別應(yīng)用到TCP和UDP，解決了在響應(yīng)TCP和無(wú)響應(yīng)UDP業(yè)務(wù)之間的不公平問(wèn)題。特別地，WRED對(duì)TCP業(yè)務(wù)的處理方式與現(xiàn)有技術(shù)的方式相似，而UDP業(yè)務(wù)以一種新的方式被處理—其受限于被動(dòng)態(tài)修改的閾值。所述閾值依據(jù)UDP業(yè)務(wù)想要占用多大帶寬、其當(dāng)前使用多大帶寬以及其被確保了多大帶寬而改變。按這種方法所設(shè)置的閾值可確保UDP業(yè)務(wù)不會(huì)超出施加于其帶寬上的所保證的限制，并且因而維護(hù)了TCP和UDP業(yè)務(wù)之間的公平。同時(shí)，這兩種業(yè)務(wù)有效地共享可用緩沖器空間。
包括廣泛的模擬結(jié)果的本發(fā)明的所述和第二實(shí)施例的完整細(xì)節(jié)在由本申請(qǐng)的發(fā)明人所撰寫(xiě)的技術(shù)論文中被描述，該論文的題目為“Fair treatment of mixedTCP and UDP traffic under WRED”。在此引入該論文的內(nèi)容作為參考。
本發(fā)明包括兩個(gè)過(guò)程每個(gè)T周期性所調(diào)用的背景過(guò)程，以及每次分組到達(dá)系統(tǒng)時(shí)所調(diào)用的到達(dá)過(guò)程。所述到達(dá)過(guò)程利用來(lái)自背景過(guò)程的結(jié)果來(lái)確定是接收還是丟棄每個(gè)到達(dá)的分組。
所述到達(dá)過(guò)程如下-如果所述到達(dá)分組是UDP，則該過(guò)程將UDP分組所占用的空間量與UDP閾值進(jìn)行比較，該閾值由所述背景過(guò)程來(lái)計(jì)算。如果超出了所述UDP閾值則丟棄所述UDP分組。否則，接受該UDP分組。
-如果所接收的分組是TCP，則該過(guò)程基于由所述背景過(guò)程所計(jì)算的概率來(lái)丟棄分組。
存在所述背景過(guò)程的兩種實(shí)現(xiàn)。它們是相似的，不同之處僅在于如何決定調(diào)整UDP閾值。這兩種實(shí)現(xiàn)保持對(duì)閾值的分別設(shè)置，一個(gè)針對(duì)TCP業(yè)務(wù)而另一個(gè)針對(duì)UDP業(yè)務(wù)。TCP閾值是固定的，并且對(duì)于TCP業(yè)務(wù)，算法類(lèi)似于基本RED。而UDP閾值依據(jù)下列內(nèi)容被動(dòng)態(tài)地修改UDP業(yè)務(wù)的負(fù)載、TCP業(yè)務(wù)的負(fù)載、UDP能占用的允許的帶寬部分以及緩沖器的占用率。
所述第一實(shí)現(xiàn)稱(chēng)為基于一隊(duì)列響應(yīng)安全丟棄的WRED(1QRD-WRED，1-Queue，Responsive-save，Discard-based WRED)，其首先計(jì)算UDP容量-如果有TCP業(yè)務(wù)傳輸?shù)较到y(tǒng)時(shí)UDP業(yè)務(wù)能占用的帶寬。所述值是總可用帶寬的某個(gè)部分，udp_limit，其被表達(dá)為在長(zhǎng)度T的上一個(gè)周期中從系統(tǒng)發(fā)送的字節(jié)數(shù)。該部分說(shuō)明了UDP被保證的可用帶寬的百分比。
然后，該算法針對(duì)長(zhǎng)度T的上一個(gè)周期計(jì)算下面的值1.到達(dá)系統(tǒng)的UDP字節(jié)的最大數(shù)，udp_in_trunc，也就是可以截短至當(dāng)前可用帶寬的udp_limit部分的字節(jié)數(shù)；2.到達(dá)系統(tǒng)的實(shí)際字節(jié)數(shù)，udp_in；以及3.由于超出UDP閾值而被丟棄的UDP字節(jié)數(shù)，udp_drop。
注意2和3之間的稱(chēng)為udp_eff的差值，反映了UDP實(shí)際獲得了多大帶寬。
如果udp_eff不同于udp_in_trunc，UDP閾值應(yīng)當(dāng)改變的值被如下計(jì)算delta＝udp_in_trunc-udp_eff＝udpin_trunc-(udp_in-udp_drop)例如，考慮當(dāng)udp_eff小于udp_in_trunc時(shí)將出現(xiàn)的情況。在這種情況下，UDP獲得的帶寬(udp_eff)小于其被允許占用的帶寬(udp_in_trunc)，因此delta應(yīng)是正的，以允許UDP業(yè)務(wù)的較大部分。
如果udp_eff＝udp_in_trunc，該算法比較兩個(gè)UDP占用率當(dāng)前UDP占用率cur_udp_occ和來(lái)自先前周期的占用率prev_udp_occ。如果所述當(dāng)前UDP占用率小于先前周期的占用率，這意味著現(xiàn)用的UDP資源比以前少。在這種情況下，所述閾值改變(delta)被如下計(jì)算delta＝cur_udp_occ-prev_udp_occ負(fù)的delta將通過(guò)所述兩個(gè)占用率之間的差值來(lái)降低所述閾值。
如果當(dāng)前占用率不小于先前周期的占用率，則delta設(shè)置為0，并且UDP閾值保持不變。
最后，如果在長(zhǎng)度T的上一個(gè)測(cè)量周期中沒(méi)有觀察到UDP業(yè)務(wù)，則將UDP閾值與小于1的正因子相乘。(例如UDP閾值可以被減半)。如果所述UDP閾值沒(méi)有以這種方式被減少，則將其保持在可能的較高值能夠允許大量突發(fā)的UDP業(yè)務(wù)在下一個(gè)現(xiàn)用UDP周期進(jìn)入系統(tǒng)，這將不利地影響TCP性能。
所述背景過(guò)程的剩余部分與現(xiàn)有技術(shù)的基本RED中所采用的過(guò)程很相似而只有一處例外。該不同在于現(xiàn)在只有TCP業(yè)務(wù)在平均占用率和丟棄概率的計(jì)算中被考慮，該計(jì)算被用于確定TCP分組應(yīng)當(dāng)被接受還是被丟棄。這樣，UDP業(yè)務(wù)對(duì)TCP業(yè)務(wù)只有間接的影響。這個(gè)影響涉及到等待時(shí)間，該等待時(shí)間由TCP源來(lái)察覺(jué)，并且由于緩沖器中UDP分組的存在而被增加。
稱(chēng)為基于一隊(duì)列響應(yīng)安全速率的WRED(1QRR-WRED，1-Queue，Responsive-safe，Rate-based WRED)的所述背景過(guò)程的第二實(shí)現(xiàn)，與上面介紹的1QRD-WRED很相似。
所述第一和第二實(shí)現(xiàn)之間的區(qū)別在于，所述第二實(shí)現(xiàn)，1QRR-WRED，不依賴(lài)分細(xì)丟棄來(lái)確定UDP業(yè)務(wù)所占用的帶寬是否滿(mǎn)足UDP的需要。所述決定現(xiàn)在基于離開(kāi)WRED系統(tǒng)的UDP字節(jié)數(shù)udp_dep和進(jìn)入該系統(tǒng)的UDP字節(jié)數(shù)之間的差值。所述方法后面的推理為，當(dāng)離開(kāi)緩沖器的UDP分組多于到達(dá)緩沖器的UDP分組時(shí)，則UDP盡可能地得到比所需更大的帶寬，并且因此應(yīng)減少UDP閾值。反過(guò)來(lái)，當(dāng)?shù)竭_(dá)緩沖器的UDP分組多于離開(kāi)緩沖器的UDP分組時(shí)，則UDP盡可能地得到很小的帶寬，并且因此應(yīng)增加UDP閾值。
上面介紹的所述UDP閾值的改變，delta，現(xiàn)在被如下計(jì)算delta＝udp_in_trunc-udp_dep換句話(huà)說(shuō)，delta被計(jì)算為到達(dá)該系統(tǒng)的被截短的字節(jié)數(shù)與離開(kāi)該系統(tǒng)的字節(jié)數(shù)udp_dep之間的差值。推理與第一實(shí)現(xiàn)1QRD-WRED中的相同-目的是確定UDP流想要多大帶寬、其實(shí)際得到多大帶寬，并且因而通過(guò)調(diào)整所述閾值來(lái)行動(dòng)。
1QRR-WRED中的到達(dá)過(guò)程與1QRD-WRED中的相同。
第一實(shí)施例的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)的模擬，及其與不在響應(yīng)和無(wú)響應(yīng)流之間進(jìn)行區(qū)分的基本W(wǎng)RED的比較，說(shuō)明了本發(fā)明如何很好地解決了UDP和TCP之間的不公平問(wèn)題。例如，圖2示出了下面的情景中針對(duì)基本W(wǎng)RED的UDP和TCP業(yè)務(wù)的吞吐量。在開(kāi)始模擬之后的起始5秒，TCP源連續(xù)地在100％的帶寬上發(fā)送業(yè)務(wù)。UDP源在100％的帶寬上發(fā)送業(yè)務(wù)15秒，在25％的帶寬上發(fā)送業(yè)務(wù)10秒，并保持空閑5秒。然后，整個(gè)循環(huán)再次開(kāi)始。
明顯地，UDP業(yè)務(wù)得到了其希望的帶寬共享，而TCP得到的是剩余部分(或者當(dāng)UDP的負(fù)載是100％時(shí)，幾乎什么也得不到)。如上所述，在簡(jiǎn)單的WRED中，UDP可以使用其能得到的任何數(shù)量的帶寬。這是由于UDP和TCP協(xié)議的固有特性-UDP是攻擊性的，而TCP不是，其對(duì)UDP業(yè)務(wù)讓步。當(dāng)TCP與大量UDP業(yè)務(wù)混合時(shí)導(dǎo)致了TCP的性能極差。
圖3示出了在與上面相同的環(huán)境中的、但現(xiàn)在不由1QRD-WRED算法控制的UDP和TCP流的吞吐量。盡管由1QRR-WRED控制的UDP和TCP流的吞吐量未被說(shuō)明，但是結(jié)果已經(jīng)表明該吞吐量大約與1QRD-WRED中的吞吐量相同。
根據(jù)擁塞管理過(guò)程的第二實(shí)施例，在分別的隊(duì)列中的TCP和UDP分組在共享存儲(chǔ)器中被緩沖，在該共享存儲(chǔ)器中所述TCP和UDP分細(xì)通過(guò)公平的、工作保養(yǎng)型調(diào)度器(例如round-robin、工作保養(yǎng)型調(diào)度器)被裁決。所述方案僅保證對(duì)每種類(lèi)型的業(yè)務(wù)確保50％的帶寬，這已經(jīng)是對(duì)基本RED算法的一種改進(jìn)。
所述算法可以被容易地修改以保證對(duì)每種業(yè)務(wù)類(lèi)型的不同數(shù)量的帶寬(不同于每種50％)。可以通過(guò)一種加權(quán)公平的、工作保養(yǎng)型調(diào)度器(例如round-robin。工作保養(yǎng)型調(diào)度器)來(lái)實(shí)現(xiàn)所述目的。在所述方法中，所述調(diào)度器相對(duì)于來(lái)自另一個(gè)隊(duì)列類(lèi)型的分組，更經(jīng)常地服務(wù)于來(lái)自一個(gè)隊(duì)列類(lèi)型(TCP或UDP)的分組。
在所述實(shí)施例中，由WRED執(zhí)行的丟棄概率的計(jì)算僅包括TCP分組-UDP分組被排除在外。這樣，在共享存儲(chǔ)器中(被分成兩個(gè)隊(duì)列的)UDP分組的存在不會(huì)增加TCP分組被丟棄的概率。
靜態(tài)UDP閾值給UDP源提供某個(gè)突發(fā)容限-UDP業(yè)務(wù)可突發(fā)直至UDP閾值。需要的容限越高，則閾值應(yīng)被設(shè)置的越高。
除了提供突發(fā)容限給UDP業(yè)務(wù)之外，所述UDP閾值還確保在不存在TCP業(yè)務(wù)的情況下，UDP分組將不占用全部存儲(chǔ)器空間。而且，即使流入系統(tǒng)的業(yè)務(wù)是不對(duì)稱(chēng)的，存儲(chǔ)器的利用也可以通過(guò)適當(dāng)選擇WRED閾值和UDP閾值而被最佳化。
圖4示出了在與上面相同的環(huán)境中的、但現(xiàn)在由2QR-WRED算法控制的UDP和TCP流的吞吐量。
在兩個(gè)過(guò)程中，即一個(gè)或兩個(gè)隊(duì)列，TCP和UDP公平地共享可用帶寬。
盡管已經(jīng)說(shuō)明和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對(duì)基本概念進(jìn)行多種改變對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。應(yīng)當(dāng)理解，這種改變將在由所附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的整個(gè)范圍之內(nèi)。例如，應(yīng)當(dāng)指出，可以使用任何響應(yīng)協(xié)議的業(yè)務(wù)來(lái)代替上述基于TCP的業(yè)務(wù)，而可以使用任何無(wú)響應(yīng)協(xié)議的業(yè)務(wù)來(lái)代替上述基于UDP的業(yè)務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)將擁塞控制算法分別應(yīng)用于UDP和TCP業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的UDP和TCP業(yè)務(wù)擁塞的方法，該方法包括下列步驟a)響應(yīng)于到達(dá)所述緩沖器的UDP分組，將UDP分組在緩沖器中所占用的空間量與UDP丟棄閾值進(jìn)行比較，并且響應(yīng)于超出了UDP丟棄閾值，丟棄所述到達(dá)的UDP分組；并且b)響應(yīng)于到達(dá)所述緩沖器的TCP分組，按照丟棄概率來(lái)丟棄所述TCP分組，該丟棄概率是根據(jù)緩沖器中的僅TCP分組的平均占用率而被確定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述UDP丟棄閾值以這樣的方式被動(dòng)態(tài)地修改將UDP業(yè)務(wù)限制于所述緩沖器的可用帶寬的被供給的百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，利用基于響應(yīng)丟棄的WRED算法來(lái)確定所述UDP丟棄閾值，其中，該閾值是基于UDP業(yè)務(wù)的可用帶寬和所接收的UDP業(yè)務(wù)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述算法使所述UDP丟棄閾值基于由于超出所述UDP丟棄閾值而被丟棄的業(yè)務(wù)量的附加因子。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述算法使所述UDP丟棄閾值基于從緩沖器系統(tǒng)發(fā)射的UDP業(yè)務(wù)量與被接收到該緩沖器系統(tǒng)的UDP業(yè)務(wù)量之間的差值的附加因子。
6.一種通過(guò)將加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)(WRED)算法分別應(yīng)用于UDP和TCP業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的UDP和TCP業(yè)務(wù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括下列兩種裝置第一種裝置，用于在接收了到達(dá)的UDP分組時(shí)，將UDP分組在所述緩沖器中所占用的空間量與該UDP丟棄閾值進(jìn)行比較，并且如果超出了該丟棄閾值，則丟棄所述到達(dá)的UDP分組；和第二種裝置，用于如果超出了丟棄概率則丟棄到達(dá)所述緩沖器的TCP分組，該丟棄概率是根據(jù)緩沖器中的僅TCP分組的平均占用率而被確定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，所述UDP丟棄閾值以這樣的方式被動(dòng)態(tài)地修改將UDP業(yè)務(wù)限制于所述緩沖器的可用帶寬的被供給的百分比。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，利用基于響應(yīng)丟棄的WRED算法來(lái)確定所述UDP丟棄閾值，其中，該閾值是基于UDP業(yè)務(wù)的可用帶寬和所接收的UDP業(yè)務(wù)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中，所述算法使所述UDP丟棄閾值基于由于超出該UDP丟棄閾值而被丟棄的業(yè)務(wù)量的附加因子。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，利用基于響應(yīng)速率的WRED算法來(lái)確定所述UDP丟棄閾值，其中，該閾值是基于UDP業(yè)務(wù)的可用帶寬和所接收的UDP業(yè)務(wù)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，所述算法使所述UDP丟棄閾值基于從緩沖器系統(tǒng)發(fā)射的UDP業(yè)務(wù)量與被接收到該緩沖器系統(tǒng)的UDP業(yè)務(wù)量之間的差值的附加因子。
12.一種在能夠承載UDP和TCP業(yè)務(wù)的通信源上管理業(yè)務(wù)擁塞的方法，該方法包括下列步驟將到來(lái)的分別的隊(duì)列中的UDP和TCP業(yè)務(wù)分組進(jìn)行緩沖；由公平的、工作保養(yǎng)型調(diào)度器(例如round-robin、工作保養(yǎng)型調(diào)度器)在隊(duì)列之間進(jìn)行裁決，由此將資源帶寬的預(yù)定分配提供給分別的隊(duì)列；以及按照加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)(WRED)算法的丟棄概率從所述隊(duì)列丟棄分組，所述計(jì)算取決于僅所述TCP隊(duì)列中的TCP分組。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，分配給分別的UDP和TCP隊(duì)列的帶寬的百分比是可編程的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，對(duì)每個(gè)隊(duì)列所分配的百分比是50％。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，靜態(tài)UDP閾值為UDP源提供突發(fā)限制，并確保在不存在TCP業(yè)務(wù)的情況下UDP分組將不占用分別的隊(duì)列中的所有帶寬。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，即使流入所述系統(tǒng)的業(yè)務(wù)是不對(duì)稱(chēng)的，所述分別的隊(duì)列的共享存儲(chǔ)器的利用也可以通過(guò)適當(dāng)選擇WRED閾值而被最佳化。
17.一種在承載UDP和TCP業(yè)務(wù)的通信源上管理業(yè)務(wù)擁塞的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括共享存儲(chǔ)器，用于將到來(lái)的、分別的隊(duì)列中的UDP和TCP業(yè)務(wù)分組進(jìn)行緩沖；公平的、工作保養(yǎng)型調(diào)度器(例如round-robin、工作保養(yǎng)型調(diào)度器)，其在分別的隊(duì)列之間起作用，由此為所述分別的隊(duì)列提供資源帶寬的預(yù)定分配；以及按照WRED丟棄概率從所述隊(duì)列丟棄分組的裝置，該WRED丟棄概率的計(jì)算取決于僅所述TCP隊(duì)列中的TCP分組。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，分配給分別的UDP和TCP隊(duì)列的帶寬的百分比是可編程的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中，對(duì)每個(gè)隊(duì)列所分配的百分比是50％。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，靜態(tài)UDP閾值為UDP源提供突發(fā)限制，并確保在不存在TCP業(yè)務(wù)的情況下UDP分組將不占用分別的隊(duì)列中的所有帶寬。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，即使流入所述系統(tǒng)的業(yè)務(wù)是不對(duì)稱(chēng)的，所述分別的隊(duì)列的共享存儲(chǔ)器的利用也可以通過(guò)適當(dāng)選擇WRED閾值而被最佳化。
22.一種通過(guò)將擁塞控制分別應(yīng)用于響應(yīng)業(yè)務(wù)和無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的業(yè)務(wù)擁塞的方法，該方法包括下列步驟如果到達(dá)所述緩沖器的分組關(guān)聯(lián)于無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)，則將無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)在所述緩沖器中所占用的空間量與無(wú)響應(yīng)丟棄閾值進(jìn)行比較，并且如果超出了該無(wú)響應(yīng)丟棄閾值，則丟棄所述到達(dá)的分組；以及如果到達(dá)所述緩沖器的分組關(guān)聯(lián)于響應(yīng)業(yè)務(wù)，則按照基于緩沖器中的僅響應(yīng)業(yè)務(wù)的占用率的丟棄概率來(lái)丟棄所述到達(dá)的分組。
23.一種通過(guò)將擁塞控制分別應(yīng)用于業(yè)務(wù)來(lái)管理通信系統(tǒng)的緩沖器中的響應(yīng)業(yè)務(wù)和無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括下列兩種裝置第一種裝置，用于將無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)在所述緩沖器中所占用的空間量與無(wú)響應(yīng)丟棄閾值進(jìn)行比較，并且如果超出該無(wú)響應(yīng)丟棄閾值，則丟棄到達(dá)的無(wú)響應(yīng)業(yè)務(wù)分組；以及第二種裝置，用于如果超出了丟棄概率，則丟棄到達(dá)的響應(yīng)業(yè)務(wù)分組，該丟棄概率是根據(jù)緩沖器中的僅響應(yīng)業(yè)務(wù)的平均占用率而被確定的。
全文摘要
描述了一種加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)(WRED)算法。該WRED算法對(duì)通信系統(tǒng)的緩沖器中的響應(yīng)TCP和無(wú)響應(yīng)UDP業(yè)務(wù)提供了公平。由于TCP業(yè)務(wù)針對(duì)擁塞的發(fā)生作出響應(yīng)而UDP業(yè)務(wù)不對(duì)其作出響應(yīng)，因此如果不進(jìn)行控制，UDP將獨(dú)占緩沖器帶寬。本發(fā)明通過(guò)將擁塞控制算法分別應(yīng)用于TCP和UDP業(yè)務(wù)而解決了所述問(wèn)題。針對(duì)UDP業(yè)務(wù)的丟棄閾值以這樣的方式被動(dòng)態(tài)地修改將UDP業(yè)務(wù)限制于所述緩沖器的可用帶寬的被供給的百分比，而傳統(tǒng)的WRED算法被應(yīng)用于TCP業(yè)務(wù)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1716914SQ20051008170
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者W·奧列辛斯基, S·德里埃狄格爾 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司