用于实现可变瓶颈速率的主动队列管理增强的系统和方法
【专利摘要】根据本发明原则对现有技术的贡献在于提供一种用于缓冲区管理方案的系统和方案的新方案。本发明的特定实施方式改善具有可控参数的AQM方案对瓶颈缓冲区的输出速率变化的响应。在瓶颈速率未被担保或固定的大部分情况下，对TCP性能的影响是实质性的。无论瓶颈速率的连续变化，新方案允许AQM方案实现队列稳定。
【专利说明】用于实现可变瓶颈速率的主动队列管理増强的系统和方法
【技术领域】
[0001] 概括地，本发明设及通信系统，并且更具体地设及为IP网络中的网络单元的分组 缓冲区进行存储器分配。
【背景技术】
[0002] 自从S. Floyd和V. ^cobson在"用于避免拥塞的随机早期检测网关（Random early detection gateways for congestion avoidment)"(lEEE/ACM 网络会干。， 1(4):397-413，1993)中首次提出随机早期检测（R邸），在近20年中已经提出了许多主动队 列管理（AQM)方案。相对于仅在分组发现队列满载时才丢弃到达分组的传统尾部丢弃策 略，AQM方案在队列还远未装满时开始丢弃分组。通过适当地间隔早期分组丢弃决策，AQM 使由于经历分组丢失的TCP源减小的主动性从数据路径去除的分组量，和持续加入数据路 径的全部其它源的分组量相同。
[000引 AQM的性能已经被深入研究，但几乎都集中于固定的瓶颈速率。由于服务质 量的标准框架，例如参见S.Blake等的"用于不同服务的架构（An architec化re化r differentiated services)，，，IETF RFC 2475,1998 年 12 月，和 IE邸 802. IQ http://w丽. ieee802. org/l/pages/802. lQ-2011. html，具体地相对于其他类型的业务，将低调度优先 级分配给TCP,实际上TCP缓冲区的输出率由高优先级业务的到达速率持续调制。缓冲区管 理方案的链路利用性能上的瓶颈速率变化的相当负面的影响在Y.化eng、M. Lu和Z. ^ng的 "可变带宽网络中自适应AQM算法的性能估计（Performance evaluation of adaptive AQM algorithms in vari油le bandwi化h network) "(lEICE 通信会刊 E86-EU6) ;2060-2067， 2003年6月）和J.化ou、F. Ren和C. Liu的"可变带宽对TCP吞吐量影响的建模（Modeling the effects of vari油le bandwi化h on TCP t虹OU曲put)"(ICCCN 2009,旧金山，CA， 2009年8月）中记载。此外，在A.Baiocchi和F.Vacirca的"具有可变容量瓶颈速率的 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）中给出的结果，指示该些结果主要由TCP连接 的往返时间（RTT)和瓶颈速率函数炬R巧的基本时间常量之间的关系控制，其中该关系表 示瓶颈速率随时间的演进。当瓶颈速率变化的幅度大于缓冲区大小时，AQM几乎不能防止 TCP缓冲区溢出。然而，有效的AQM方案可帮助为TCP连接准备快速的吞吐量恢复，从而缓 冲区溢出的长期影响是非常轻微的。
[0004] 所希望的是改善AQM方案对瓶颈速率变化的响应的方法，从而将该些变化对TCP 吞吐量的负面影响最小化。
【发明内容】
[0005] 根据本发明原理对现有技术的贡献在于给出用于缓冲区管理方案的系统和方法 的新途径。本发明的特定实施方式改善了具有可控参数的AQM方案对瓶颈缓冲区的输出速 率变化的响应。在瓶颈速率未被担保为固定值的大部分情况下，对TCP性能的影响是实质 性的。尽管瓶颈速率的连续变化，新方案允许AQM方案实现队列稳定。
[0006] 在本发明的一个实施方式中，提供一种用于在通信网络中操作分组缓冲区的方 法，其中分组缓冲区可用于接受多个分组流。包括操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区可用 于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度（AQL)值，所述方法包括：
[0007] 将A化与第一口限进行比较，其中只要A化小于第一口限，分组丢弃率保持不变； [000引跟踪表示自最近的缓冲区溢出事件W来的时间的第一定时器，表示自缓冲区上一 次为空W来的时间的第二定时器，W及表示自分组丢失上一次被主动队列管理（AQM)决策 所触发W来的时间的第=定时器；和
[0009] 如果所述A化大于所述第一口限且与所述第一定时器的比较指示在指定时间内 未发生缓冲区溢出W及与所述第二定时器的比较指示在指定时间内缓冲区未空，或者与所 述第S定时器的比较指示在指定时间内已由所述AQM决策触发至少一个分组丢弃，则更新 分组丢弃率。
[0010] 在一些实施方式中，其中计算所述缓冲区的瞬时队列长度（IQL Instantaneous Queue Length)值，所述操作分组缓冲区的方法进一步包括；
[0011] 将IQL与第二口限进行比较讯
[0012] 当IQL大于所述第二口限时，在持续时间基于所述IQL和所述第二口限之间距离 的时间间隔，触发分组丢失。
[0013] 在一些实施方式中，所述I化和所述第二口限之间的距离越大，时间间隔越小。
[0014] 在一些实施方式中，当A化大于所述第二口限时，AQM方案在基于A化和所述第二 口限之间的距离的时间间隔更新控制分组丢弃决策的参数。
[0015] 在一些实施方式中，A化和所述第二口限之间的距离越大，更新的频率越高。
[0016] 在一些实施方式中，当A化位于第S口限和所述第二口限之间时，更新的频率小 于由I化控制的额外分组丢失的频率，但是高于由AQM方案触发的丢弃决策参数的更新频 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 口限时AQM方案 能够普通地更新控制分组丢弃决策的参数。
[0017] 在一些实施方式中，当缓冲区溢出时将丢弃时间段减小指定量。
[0018] 在一些实施方式中，当所述缓冲区溢出时检测所述丢弃时间段定时器，其中如果 所述丢弃时间段定时器已到期，则将丢弃时间段减小所述指定量，其中所述丢弃时间段定 时器控制分组丢弃时间段的周期性更新。
[0019] 在一些实施方式中，所述指定量为一半。
[0020] 另一实施方式包括一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区可用于接受多个 分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度（AQL)值，所述分组缓冲区包括具有丢 弃时间段的主动队列管理（AQM)方案，其中丢弃时间段的到期触发所述A化的采样，所述方 法包括：
[0021] 提供第一定时器，Tu，其中当更新分组丢弃时间段时将第一定时器复位；第二定 时器，T。，其中当缓冲区溢出时复位，第S定时器，T。，其中当缓冲区为空时失效和在缓冲 区离开空状态时复位，化及第四定时器，Td，其中当AQM方案丢弃分组时复位；
[002引当第五定时器T。到期时，计算新AQL，并且将所述新A化值与第一口限比较，其中 如果A化超过所述第一口限，进行检测W确定是否所述定时器Tu和所述定时器T。到期， 所述定时器T。未失效，W及定时器T d已到期；和
[0023] 如果所述新A化值大于所述第一口限，并且所述第二定时器和第S定时器到期或 所述第二定时器和第四定时器到期，则更新分组丢弃时间段。
[0024] 另一实施方式包括一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区可用于接受多个 分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度（AQL)值，并且其中计算所述缓冲区的 瞬时队列长度（I化，Instantaneous Queue Length)值，所述方法包括；
[0025] 当I化到达缓冲区饱和水平时，增加分组丢弃决策的频率而不降低丢弃时间段。
[0026] 在一些实施方式中，当I化超过安全口限时，如果在指定的I化暂停时间内未发生 分组丢弃，则丢弃下一分组。
[0027] 在一些实施方式中，进一步包括如果自最近的丢弃时间段更新W来经过了指定的 暂停时间，当A化超过安全口限时降低丢弃时间段。
[002引在一些实施方式中，在分组丢弃决策时复位定时器rf%并且定时器时间
【权利要求】
1. 一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区用于接受多个分组流，其中计算所述 分组缓冲区的平均队列长度（AQL)值，所述方法包括： 将AQL与第一门限进行比较，其中只要AQL小于第一门限，则分组丢弃率保持不变； 跟踪表示自最近的缓冲区溢出事件以来的时间的第一定时器，表示自缓冲区上一次为 空以来的时间的第二定时器，以及表示自主动队列管理（AQM)决策上一次触发分组丢失以 来的时间的第三定时器；以及 如果所述AQL大于所述第一门限且与所述第一定时器的比较指示在指定时间内未发 生缓冲区溢出，以及与所述第二定时器的比较比指示在指定时间内缓冲区未空，或者与所 述第三定时器的比较指示在指定时间内存在由所述AQM决策触发至少一个分组丢弃，则更 新分组丢弃率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中计算所述缓冲区的瞬时队列长度（IQL)值，进一步 包括： 将IQL与第二门限进行比较；和 当IQL大于所述第二门限时，在持续时间基于所述IQL和所述第二门限之间距离的时 间间隔内，触发分组丢失。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述IQL和所述第二门限之间的距离越大，时间间 隔越短。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中当AQL大于所述第二门限时，AQM方案以基于AQL 和所述第二门限之间距离的时间间隔更新控制分组丢弃决策的参数。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中AQL和所述第二门限之间的距离越大，更新的频率 越尚。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中当AQL位于第三门限和所述第二门限之间时，更新 的频率小于由IQL控制的额外分组丢失的频率，但是高于由AQM方案触发的丢弃决策参数 的更新频率，其中所述第三门限是AQL门限，其中在高于AQL门限时，AQM方案能够普通地 更新控制分组丢弃决策的参数。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中当缓冲区溢出时，将丢弃时间段减小指定量。
8. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括控制分组丢弃时间段的周期性更新的丢弃 时间段定时器，当所述缓冲区溢出时检测所述丢弃时间段定时器，其中如果所述丢弃时间 段定时器已到期，则将分组丢弃时间段减小指定量。
9. 一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区用于接受多个分组流，其中计算所述 分组缓冲区的平均队列长度（AQL)值，所述缓冲区包括具有丢弃时间段的主动队列管理 AQM方案，其中丢弃时间段的到期触发所述AQL的采样，所述方法包括： 提供第一定时器，tu，其中当更新分组丢弃时间段时将第一定时器复位；第二定时器，t。，其中当缓冲区溢出时复位；第三定时器，其中当缓冲区为空时失效和在缓冲区离开 空状态时复位，以及第四定时器，td，其中当AQM方案丢弃分组时复位； 当第五定时器tq到期时，计算新AQL值，并且将所述新AQL值与第一门限比较，其中 如果AQL超过所述第一门限，进行检测以确定是否所述定时器tu和所述定时器t。到期， 所述定时器未失效，以及定时器td已到期；以及 如果所述新AQL值大于所述第一门限，所述第二定时器到期，所述第三定时器到期或 所述第四定时器未到期，更新分组丢弃时间段。
10. -种用于操作分组缓冲区的方法，该方法包括： 提供用于接受多个分组流的分组缓冲区，其中计算所述缓冲区的平均队列长度（AQL) 和瞬时队列长度（IQL);以及 当IQL到达饱和水平时，增加分组丢弃决策的频率而不降低丢弃时间段。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中当IQL超过安全门限时，如果在指定的IQL暂停 时间内未发生分组丢弃，则丢弃下一分组。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中当AQM方案丢弃分组，并在IQL暂停时间
且所述定时器<%到期则丢弃下一分组。
13. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括如果自最近的丢弃时间段更新以来经过 指定的AQL暂停时间，当AQL超过安全门限时降低丢弃时间段。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中在控制分组丢弃时间段的周期性更新的定时器 tp到期的时间，或者在分组丢弃时间段更新时，定时器复位，并定时器在AQL暂
定时器到期，则更新分组丢弃时间段。
15. -种具有存储器的通信设备，所述存储器具有在其中存储的多个指令，所述设备进 一步包括分组缓冲区，分组缓冲区用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均 队列长度（AQL)值，其中多个指令在被处理器执行时，促使处理器执行以下步骤： 将AQL与第一门限进行比较，其中只要AQL小于第一门限，则分组丢弃率保持不变； 跟踪表示自最近的缓冲区溢出事件以来的时间的第一定时器，表示自缓冲区上一次为 空以来的时间的第二定时器，以及表示自分组丢失上一次被主动队列管理（AQM)决策所触 发以来的时间的第三定时器；以及 如果所述AQL大于所述第一门限且与所述第一定时器的比较指示在指定时间内未发 生缓冲区溢出，以及与所述第二定时器的比较指示在指定时间内缓冲区未空，或者与所述 第三定时器的比较指示在指定时间内存在所述AQM决策触发至少一个分组丢弃，则更新分 组丢弃率。
【文档编号】H04L12/801GK104488239SQ201380025940
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2012年5月18日
【发明者】A·弗朗希尼 申请人:阿尔卡特朗讯公司