专利名称：以太网中滑模变结构拥塞控制方法
技术领域：
本发明涉及拥塞控制技术领域，特别涉及一种以太网中滑模变结构拥塞控制方法。
背景技术：
近年来，云计算蓬勃发展，预计将成为未来主要的计算模式。云计算的核心设施是数据中心。数据中心通过成千上万台商用计算机互连，为用户提供弹性的虚拟计算资源。网络是影响数据中心的性能、资源利用率等的关键因素。目前，数据中心中有三种网络并存， 它们分别是高性能计算网络、存储网络和局域网。这种情况下，数据中心网络需要使用许多冗余设备，如一台机器需要同时有网卡、光纤接口卡等多个接口，构建数据中心的代价增加。同时三种网络共存使得数据中心网络设计复杂，管理代价高。为局域网交互、存储、高性能计算等构建统一的交换结构是当前的发展趋势。IEEE802. I DCB(Data Center Bridging) 工作组正在进行把以太网增强为数据中心网络中统一的交换结构的标准化工作。增强的以太网要成为数据中心网络中统一的交换结构，需要具有低延时、无丢失等特性，来满足存储、高性能计算的需求。在以太网上增加拥塞控制机制，是令以太网达到低延时、无丢包等目标不可缺少的机制之一。以太网中拥塞控制的目标是将瓶颈链路的缓存队列长度控制在目标点，消除长期拥塞，从而既不丧失链路利用率，又可控制排队延时。这也使得丢包只能是由数据突发性造成的瞬时拥塞导致，有助于增强的以太网达到无丢包的目的。然而，由于链路层数据传输没有ACK(确认信号)，并且交换机缓存小，传统的传输层拥塞控制方式难以应用于链路层。IEEE802. I Qau工作组开发了 QCN(Quantized Congestion Notif ication,量化的拥塞通告)作为链路层拥塞控制的标准。但是QCN的稳定性没有理论保障，它的性能依赖于拥塞控制系统的状态和参数配置。理论分析发现，某些情况下，QCN系统会进入滑模状态，瓶颈链路的缓存队列只有细微抖动；但某些情况下，QCN 系统不能进入滑模状态，缓存队列抖动的幅度可能会加大，进而导致缓存队列溢出。同时， 实验表明，QCN具有不适应网络环境和参数配置变化的缺陷。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提供一种以太网中滑模变结构拥塞控制方法， 以保证在任何情况下拥塞控制系统均能够进入滑模状态，从而将瓶颈链路的缓存队列长度有效控制在目标长度，消除长期拥塞，提高链路利用率，控制排队延时。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种以太网中滑模变结构拥塞控制方法，所述方法由拥塞点和响应端协同完成；所述拥塞点的工作步骤包括Al :以预定频率采样通过的数据帧；
A2:采样到数据帧后，读取当前缓存队列长度，根据当前缓存队列长度构造反馈帧，并将所述反馈帧发送给所述响应端，然后执行所述步骤Al ；所述响应端的工作步骤包括BI :接收数据帧，并且判断接收到的数据帧是否是所述反馈帧，如果是，执行步骤 B2;否则，重复执行本步骤；B2 :根据所述反馈帧和当前发送速率计算新的发送速率，并且判断新的发送速率是否大于当前发送速率，如果是，执行步骤B3 ;否则，执行步骤B4 ；B3:根据所述反馈帧判断当前拥塞点和历史拥塞点是否相同，如果相同，执行步骤 B5;否则，执行所述步骤BI;B4:根据所述反馈帧判断当前拥塞点和历史拥塞点是否相同，如果相同，执行步骤 B5 ;否则，将历史拥塞点更新为当前拥塞点，然后执行步骤B5 ；B5 :将当前发送速率更新为新的发送速率，执行所述步骤BI。优选地，所述拥塞点为以太网中产生拥塞的交换机。优选地，所述响应端为以太网中能够调节发送速率的边缘交换机或者网卡。优选地，所述反馈帧中包含如下信息当前缓存队列长度相对于目标长度的偏移量Qtxff，缓存队列长度在一个采样周期内的变化量qval·，以及当前拥塞点的标识cp_id。优选地，所述步骤B2中，新的发送速率的计算公式如下
hoff qoffq驚之οr =.
mw [rcur - bqYar qoffq^ < 0 5其中，rnOT表示新的发送速率；r·表示当前发送速率；a表示第一控制参数，为正数；b表示第二控制参数,为正数。优选地，所述反馈帧的目的地址为所述拥塞点采样到的数据帧的源地址。优选地，所述反馈帧的类型域设置为0x9010。优选地，所述步骤Al中，所述拥塞点采用计数器或者时钟，实现以预定频率采样通过缓存队列的数据帧。(三)有益效果本发明的以太网中滑模变结构拥塞控制方法，保证在任何情况下拥塞控制系统均能够进入滑模状态，从而将瓶颈链路的缓存队列长度有效控制在目标长度，消除长期拥塞， 控制排队延时，提高链路利用率。同时，所述方法对网络环境和系统参数的变化不敏感，具有很高的鲁棒性。
图I是QCN方法的拥塞控制系统进入滑模运动状态前的运动轨迹示意图
图2是QCN系统处于滑模运动状态时的运动轨迹示意图3是所述拥塞点的工作流程示意图4是所述响应端的工作流程示意图5是SMCC系统的运动轨迹示意图6是哑铃型拓扑示意图7是哑铃拓扑实验中QCN系统的瓶颈链路缓存队列长度变化示意图；图8a是哑铃拓扑实验中SMCC系统采用第一组参数时的瓶颈链路缓存队列长度变化示意图；图8b是哑铃拓扑实验中SMCC系统采用第二组参数时的瓶颈链路缓存队列长度变化示意图；图9是Parking lot拓扑示意图；图IOa是Parking lot拓扑实验中SMCC系统的瓶颈链路C1-C2缓存队列长度变化示意图；图IOb是Parking lot拓扑实验中SMCC系统的瓶颈链路C2-C3缓存队列长度变化示意图；图Ila是Parking lot拓扑实验中QCN系统的瓶颈链路C1-C2缓存队列长度变化示意图；图Ilb是Parking lot拓扑实验中QCN系统的瓶颈链路C2-C3缓存队列长度变化
示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明实施例所述以太网中滑模变结构拥塞控制方法，是对IEEE802. I Qau工作组开发的QCN方法的改进。图I是QCN方法的拥塞控制系统(以下简称QCN系统)进入滑模运动状态前的运动轨迹示意图。如图I所示，QCN系统分为加速区和减速区两个部分，QCN 系统在加速区和减速区的运动轨迹可以组合成一种名为滑模运动的运动模式。在滑模运动模式下，QCN系统的运动方式为不断地在加速区和减速区之间切换，最后到达平衡点。图2 是QCN系统处于滑模运动状态时的运动轨迹示意图。如图2所示，在滑模运动过程中，QCN 系统对于网络环境的变化和系统参数的变化不敏感。但是，QCN系统并不能保证一定会进入滑模运动状态，而是依赖于网络状态和系统参数配置；同时，QCN系统还具有不适应网络环境和系统参数配置的缺陷。本发明实施例所述以太网中滑模变结构拥塞控制方法(以下简称SMCC方法)，能够保证拥塞控制系统从任何初始状态都能够进入滑模运动状态，从而将缓存队列长度紧紧地控制在目标长度，并且对网络环境的变化和系统参数的变化不敏感。所述SMCC方法，由拥塞点和响应端两个部分协同完成。其中，所述拥塞点为以太网中产生拥塞的交换机；所述响应端为以太网中能够调节发送速率的发送端，所述发送端是以太网中的边缘交换机或者网卡。图3是所述拥塞点的工作流程示意图,如图3所示,所述拥塞点的工作步骤包括Al :监测缓存队列长度，并且采用计数器或者时钟实现以预定频率采样通过所述拥塞点的数据帧。A2:采样到数据帧后，读取当前缓存队列长度，根据当前缓存队列长度构造反馈帧，并将所述反馈帧发送给所述响应端，然后执行所述步骤Al。所述反馈帧的目的地址为所述拥塞点采样到的数据帧的源地址，并且所述反馈帧
5的类型域不同于传统以太帧的0x0800，而是设置为0x9010。假设用q(t)表示当前缓存队列长度，q0表示缓存队列的目标长度，Qold表示上一次采样时记录的历史缓存队列长度。则所述反馈帧中包含如下信息当前缓存队列长度相对于目标长度的偏移量q。^，即Qtjff = q (t) -q0 ;缓存队列长度在一个采样周期内的变化量qval·，即qval· = q(t)-qold ;以及当前拥塞点的标识cp_id。所述SMCC方法与QCN方法的不同之处在于，SMCC方法的反馈帧中同时存在qoff和qvm，而QCN方法的反馈帧中是U和qvm的加权平均值。鉴于数据中心网络同构情形常见，我们假设响应端同构，响应端数目为N，发送速率为r (t)，链路带宽为C，所述拥塞点的缓存队列长度变化可以用下面的微分方程描述
权利要求
1.一种以太网中滑模变结构拥塞控制方法，其特征在于，所述方法由拥塞点和响应端协同完成；所述拥塞点的工作步骤包括Al :以预定频率采样通过的数据帧；A2 :采样到数据帧后，读取当前缓存队列长度，根据当前缓存队列长度构造反馈帧，并将所述反馈帧发送给所述响应端，然后执行所述步骤Al ；所述响应端的工作步骤包括BI :接收数据帧，并且判断接收到的数据帧是否是所述反馈帧，如果是，执行步骤B2 ； 否则，重复执行本步骤；B2 :根据所述反馈帧和当前发送速率计算新的发送速率，并且判断新的发送速率是否大于当前发送速率，如果是，执行步骤B3 ;否则，执行步骤B4 ；B3 :根据所述反馈帧判断当前拥塞点和历史拥塞点是否相同，如果相同，执行步骤B5 ； 否则，执行所述步骤BI ；B4 :根据所述反馈帧判断当前拥塞点和历史拥塞点是否相同，如果相同，执行步骤B5 ； 否则，将历史拥塞点更新为当前拥塞点，然后执行步骤B5 ；B5 :将当前发送速率更新为新的发送速率，执行所述步骤BI。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述拥塞点为以太网中产生拥塞的交换机。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述响应端为以太网中能够调节发送速率的边缘交换机或者网卡。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述反馈帧中包含如下信息当前缓存队列长度相对于目标长度的偏移量q。#缓存队列长度在一个采样周期内的变化量qra，以及当前拥塞点的标识cp_id。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤B2中，新的发送速率的计算公式如下
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述反馈帧的目的地址为所述拥塞点采样到的数据帧的源地址。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述反馈帧的类型域设置为0x9010。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤Al中，所述拥塞点采用计数器或者时钟，实现以预定频率采样通过缓存队列的数据帧。
全文摘要
本发明公开了一种以太网中滑模变结构拥塞控制方法，涉及拥塞控制领域。该方法由拥塞点和响应端协同完成；响应端的工作包括B1判断接收到的数据帧是否是反馈帧，如果是，执行B2；否则，重复本步骤；B2计算新的发送速率，判断新的发送速率是否大于当前发送速率，如果是，执行B3；否则，执行B4；B3判断当前拥塞点和历史拥塞点是否相同，如果是，执行B5；否则，执行B1；B4判断当前拥塞点和历史拥塞点是否相同，如果是，执行B5；否则，将历史拥塞点更新为当前拥塞点，然后执行B5；B5将当前发送速率更新为新的发送速率，执行B1。所述方法保证任何情况下拥塞控制系统均能进入滑模状态，提高了链路利用率。
文档编号H04L12/56GK102594681SQ20121003493
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者任丰原, 刘永强, 夏勇, 胡艳, 蒋万春 申请人:日电(中国)有限公司, 清华大学