Dcn中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法
【专利摘要】本发明公开了一种DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，在拥塞避免的增窗阶段，依据网络拥塞状态和数据流的紧迫程度来设置窗口的增量，使得窗口的增长速度在线性增加和指数增加之间自适应变化。本发明可以让数据流根据延迟约束更加合理地使用网络可用带宽，从而减少数据流的通信时间、提升在延迟约束内传输完成的数据流数量，同时又实现了TCP友好性。
【专利说明】DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据中心网络中(DCN,Data Center Network)拥塞控制过程中拥塞避免阶段的增窗方法。
【背景技术】
[0002]数据中心网络在为网络用户提供应用服务时，往往会在数据中心内部产生数以百计的数据流，这些数据流在汇聚机和工作机之间，经由各层交换机频繁进行通信，最终由汇聚机将所有工作机的运算结果进行汇总和整理，再交由用户。
[0003]数据中心运营商所提供的此类服务一般都有一个标准来衡量服务质量，而这个标准在用户看来则主要是服务的响应延迟，也就是从用户发出服务请求给数据中心开始计时到数据中心运算完成并交付运算结果给用户所经历的时间。一般来说，服务的响应延迟应保证在200ms-300ms之间。依据应用层给出的要求，完成一次服务所形成的每条数据流的通信持续时间限制一延迟约束的一般范围是10mS-60mS。在一次服务过程中，如果某些数据流错过了延迟约束，那么其携带的数据将不会被汇聚机接收，从而势必会降低结果数据的准确性和精确性。
[0004]数据中心网络虽然具有超高带宽、超低延时的特性，但仍使用传统TCP进行传输控制。由于传统TCP主要适用于广域网络，而广域网在带宽和延时上与数据中心网络有着很大的差异，如果继续沿用传统TCP，那么不仅无法最大限度的发挥数据中心网络的通信能力，还会带来很多无法预知的问题。
[0005]针对数据中心网络沿用传统TCP所产生的问题，很多文献都提出了相应的改进办法。这其中有DCTCP协议，它使用ECN机制将网络的拥塞程度反馈回发送方以提前降低发送速率来达到控制交换机队列占用量的目的，不仅降低了包的排队延时而且还能够有效的提高交换机应付突发拥塞的能力。但由于不考虑每条数据流的延迟约束要求，因此并不能保证数据流在自己的延迟约束内完成。
[0006]D3协议考虑数据流的延迟约束要求，并通过显式速率控制来根据数据流的延迟约束分配网络带宽，以此来减少数据流的通信时间。虽然在一定程度上减少了错过延迟约束的数据流的数量，但由于需要修改包头和交换机的操作方式，因此工程部署难度大，并且很难和现阶段使用的传统TCP共存。
[0007]D2TCP协议在DCTCP的基础上，利用伽马修正函数，对DCTCP的降窗方式进行改进，并在改进过程中考虑每条数据流的延迟约束要求来进行合理降窗。D2TCP不仅提高了在延迟约束内完成的数据流的数量，还能很好的和传统TCP共存，但由于对延迟约束的敏感程度不足，所以性能还有很大的提升空间。
[0008]因此，力求让数据中心网络的拥塞控制既要考虑数据流的延迟约束要求，又要尽量不加重网络拥塞，是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0009]为了解决上述数据中心网络拥塞控制过程无法及时有效地感知数据流的延迟约束要求，无法充分利用数据中心网络的通信能力等问题，本发明提供了一种DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法。
[0010]本发明的技术方案包括以下步骤:
[0011]一种DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，包括以下步骤:
[0012]步骤一:初始化；
[0013]步骤二:计算在i时刻对应的当前网络拥塞程度a i和当前发送数据流的紧迫程度ui;
[0014]步骤三:更新下一时刻的发送窗口大小cwndi+1，【用于在下一时刻按更新后的窗口大小发送数据；】使得i=i+l，并返回步骤二。
[0015]所述步骤一包括:发送窗口初始大小按TCP默认方式设置；初始化网络拥塞程度α ο=0 ;设置交换机出口缓存队列长度阂值Κ=65。
[0016]所述步骤二中:交换机监控出口缓存队列长度，当队列长度超过K时，交换机利用ECN机制开始标记之后到达的数据包，将网络拥塞状态反馈回发送方；发送方当收到当前窗口内的全部ACK后，统计标记ACK所占全部ACK的数量比例，并计算当前网络拥塞程度α i:
【权利要求】
1.一种DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:初始化； 步骤二:计算在i时刻对应的当前网络拥塞程度α 1和当前发送数据流的紧迫程度ui; 步骤三:更新下一时刻的发送窗口大小cwndi+1,使得i=i+l,并返回步骤二。
2.根据权利要求1所述的DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，其特征在于，所述步骤一包括:发送窗口初始大小按TCP默认方式设置；初始化网络拥塞程度α ο=0 ;设置交换机出口缓存队列长度阈值Κ=65。
3.根据权利要求2所述的DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，其特征在于，所述步骤二中:交换机监控出口缓存队列长度，当队列长度超过K时，交换机利用ECN机制开始标记之后到达的数据包，将网络拥塞状态反馈回发送方；发送方当收到当前窗口内的全部ACK后，统计标记ACK所占全部ACK的数量比例，并计算当前网络拥塞程度a i:
α i=(l-g)*a n+g*fi 其中，fi是当前窗口内标记ACK所占全部ACK的数量比例，an是上一次计算出的网络拥塞程度，g是加权平均系数，取值为I / 16。
4.根据权利要求3所述的DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，所述步骤二中Ui的计算公式为:
5.根据权利要求4所述的DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，其特征在于，所述步骤三中:当当前数据流已经错过了延迟约束，使用传统TCP的线性增窗Cwnditl=Cwndi+!;否则，根据网络拥塞程度和数据流紧迫程度调整发送窗口的大小。
6.根据权利要求4所述的DCN中基于延迟约束的拥塞避免阶段的增窗方法，其特征在于，所述根据网络拥塞程度和数据流紧迫程度调整发送窗口的大小具体为:每当发送方收到当前发送窗口内的所有ACK后，发送窗口值更新为:
【文档编号】H04L12/807GK103457871SQ201310426291
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】王建新, 张韬, 黄家玮 申请人:中南大学