用于带宽变化移动数据网络的链路缓冲器大小和队列长度估算的方法
【专利摘要】数字移动通信带宽变化的网络中的延迟之和算法被采用以估算底层网络连接中的链路缓冲器大小和队列长度。具体地，与过程相关联的机制补偿链路带宽变化。在具体的实施方式中，被动估算被采用以通过简单地测量带内数据分组定时执行估算来实现过程，由此消除额外的测量分组的传输的需要。此方法能够将链路缓冲器大小估算算法融合到现有的传输协议（例如，TCP）以优化流和拥塞控制。作为本发明的一部分，新的拥塞控制方法，所谓的TCP队列长度自适应（TCP-QA），被开发以在TCP发送方计算机中采用延迟之和算法来控制TCP连接中的数据流。与现有的TCP变型相比，TCP-QA可在带宽变化的网络中实现明显更好的网络带宽利用率。
【专利说明】用于带宽变化移动数据网络的链路缓冲器大小和队列长度估算的方法
[0001]联邦政府资助的研究和开发的声明
[0002]此文献不是由美国联邦机构资助而是部分地由香港SAR创新科技署提供的创新科技基金(ITS/014/10)资助，它不要求本发明的专有权益。
[0003]所提交的光盘上的“序列清单”、表或计算机程序清单附件的参考不适用
[0004]发明背景
[0005]本发明涉及无线通信，更具体地涉及无线移动互联网数字数据通信。
[0006]已知互联网传输和应用协议的性能严重依赖于底层网络链路(具体地，瓶颈链路)的特性。除了竞争流量的影响以外，瓶颈链路具有三个主要参数，即链路带宽、缓冲器大小和队列长度。参考下面由括号内的数字列出的引文，许多先前文献已经研究了估算这些链路参数的方法，例如链路带宽估算[1-3]、链路缓冲器大小估算[4-6]和队列长度估算[7-9]。这些先前文献之间的共同假设是链路带宽是恒定的，其中此假设在很大程度上对有线网络有效，因为物理链路典型地具有固定的数据传输速率。然而，对于快速发展的移动数据网络(例如，3G[10]、HSPA[11]和LTE[12])，此假设不再有效。
[0007]为了说明，图1绘出了在10秒时间间隔内测量的生产3G网络的带宽，其中仅存在从有线服务器至3G连接的接收器的单个UDP数据流。显然，不同于固定网络，即使不存在去往相同接收器的竞争流量，移动数据网络可在短时段内(以及在未示出的长时段内)呈现明显的带宽波动。这对现有的链路属性估算算法造成根本的挑战，因为固定链路带宽的假设不再有用。
[0008]已知的用于估算链路缓冲器大小的算法是最大-最小[5-6]和丢包对[6]和在TCP Vegas[7] ,Veno[9]和FAST TCP[8]中使用的队列长度估算。考虑图2中所描绘的系统模型，其中单个发送器经由瓶颈链路将分组发送至接收器。瓶颈链路的参数不是已知先验的，并且传播延迟是恒定的。目标是经由对确认分组到达时间的观察，而在发送器处连续估算由Qi表示的队列长度和由L表示的链路缓冲器大小。表I总结了在下面讨论中使用的符号。
【权利要求】
1.一种在数字计算机中操作的方法，包括: 估算经由受可变带宽影响的无线网络发送的分组的分组传输延迟； 估算在发送器与接收器之间经由所述无线网络发送的分组的排队延迟，用于补偿分组传输延迟的变化；以及 根据分组传输延迟之和以及所述排队延迟估算网络队列长度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述分组传输延迟之和包括主动估算中的带外分组定时的测量，以提高估算精确度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述分组传输延迟之和包括被动估算中的带内数据和ACK分组定时的测量，以避免额外测量分组的传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述排队延迟根据从分组传输延迟和往返时间计算得到的上限和下限而估算。
5.根据权利 要求4所述的方法，其中所述排队延迟的上限从所述分组传输延迟之和计算得到。
6.根据权利要求4所述的方法，其中分组的所述排队延迟的下限从所述分组的往返时间、最小往返时间和所述分组的传输延迟计算得到。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络队列长度从所述下限计算得到，所述排队延迟的上限从所述分组传输延迟之和计算得到，用于分组的所述排队延迟的上限从所述分组的往返时间、最小往返时间和所述分组的传输延迟计算得到。
8.—种在计算机中操作的方法，包括: 估算经由无线网络发送的分组的分组传输延迟； 估算在发送器与接收器之间经由所述网络发送的分组的排队延迟，用于补偿所述分组传输延迟的变化； 根据分组传输延迟之和以及所述排队延迟估算网络队列长度；以及 根据估算的队列长度估算网络链路缓冲器大小。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述分组传输延迟之和包括在主动估算中测量带外测量分组定时，以提高估算精确度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述分组传输延迟之和包括在被动估算中测量带内数据和ACK分组定时，以避免额外测量分组的传输。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述排队延迟根据从分组传输延迟和往返时间计算得到的上限和下限而估算。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述排队延迟的上限从所述分组传输延迟之和计算得到。
13.根据权利要求11所述的方法，其中用于分组的所述排队延迟的下限从所述分组的往返时间、最小往返时间和所述分组的传输时间计算得到。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述网络链路缓冲器大小根据在所有队列长度估算中取最大值而估算。
15.根据权利要求1所述的方法，其中用于补偿分组传输延迟的变化的队列长度的估算的结果用于通信协议中的拥塞控制。
16.根据权利要求15所述的方法,被并入到传输协议中。
17.根据权利要求15所述的方法，被并入到传输协议TCP-QA中，所述TCP-QA仅在所述发送器实现，并且与现有的标准TCP接收器兼容。
18.根据权利要求17所述的方法，包括执行下面用于TCP的拥塞避免阶段(TCP—QA—CAO )、用于更新TCP的慢启动阈值(TCP—QA—SSTHO )和用于初始化阶段(TCP—QA—INITO )的步骤:
【文档编号】H04L12/26GK103999409SQ201280048658
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年10月4日
【发明者】李耀斌, 陈志丰 申请人:香港中文大学