一种数据中心中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种数据中心中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法，在主机端，根据往返时延RTT，计算期望速率和实际速率，根据它们的差值计算网络中的拥塞程度，根据流的时效性需求及往返时延，赋予其不同的优先级，并根据流的优先级和网络的拥塞程度调整拥塞窗口。本发明对现有的TCP协议改动小，不需要ECN的支持，对现有的数据中心普遍适用，且拥塞控制效果良好。
【专利说明】
-种数据中心中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及数据中屯、网络领域，特别是一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延 的拥塞控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着互联网和云计算的快速发展，数据中屯、已经成为许多在线服务的关 键基础设施，如Web捜索、在线零售、广告/推荐系统W及社交网络等。运些服务通常是软实 时性的交互式应用，有严格的时限（deadline)约束，错过时限会导致用户访问和运营收入 明显减少。然而，由于运些服务采用的划分一聚合(partition-aggregate)设计模式W及 目前数据中屯、普遍采用的公平共享(fair sharing)的传输层协议，目前仍然有很大一部分 (7%~25%)流错过时限。针对运一问题，最近的研究工作分别提出了针对数据中屯、网络的 拥塞控制算法和流调度算法，W及在网络中引入时限感知(deadline-aware)来减小网络 延迟，满足流的时限约束。
[0003] 现有的D2TCP算法是在在DCTCP算法中引入了时限感知，根据网络拥塞程度和流的 时限来调节拥塞窗口。但是，但是D2TCP必须要在支持ECN的数据中屯、才能部署，而实际情况 是只有60%的网络支持ECN，而支持ECN的数据中屯、也需要更新发送端和接受端。因为超过 500,000个数据中屯、建设在2011年前，而大部分基于ECN的TCP方案提出于2011-2013年。我 们发现，在传统TCP协议中Vegas用往返时延(RTT)预测网络拥塞程度，因此，我们提出一种 基于时限敏感和往返时延的数据中屯、拥塞控制方法。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提出一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞 控制方法，能有效控制拥塞，方便部署。
[0005] 本发明采用W下方案实现:一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制 方法，在主机端，根据往返时延RTT，计算期望速率和实际速率，根据它们的差值计算网络中 的拥塞程度，根据流的时效性需求及往返时延，赋予其不同的优先级，并根据流的优先级和 网络的拥塞程度调整拥塞窗口；具体包括W下步骤；
[0006] 步骤SI:在主机端，根据从数据包开始发送到当前时间、数据包返回的ACK中往返 时延集合S(RTT),计算期望速率和实际速率，若期望速率和实际速率的差值大于0，则将此 数据包标记；
[0007] 步骤S2:用标记数据包的个数sum邱余W窗口中数据包的个数，得到表示当前窗口 中被标记的数据包比例的参数F;
[000引步骤S3:引入一个权重g，其中0<g<l，所述权重g是新采样的比例相对于上一次 采样的比例的权重，根据运个权重和参数F得到表示拥塞程度的参数a;其中，a接近0表明拥 塞程度较低，而a接近1表明拥塞程度较高；
[0009]步骤S4:根据流传输完成还需要的时间Tc和时限还剩下的时间D计算时限迫切因 子d的值;所述时限迫切因子表示流的优先级；
[0010]步骤S5:根据表示拥塞程度的参数a和时限迫切因子d得到伽马修正函数P;
[001 U 步骤S6:根据伽马修正函数P和流已传输的大小调整拥塞窗口。
[0012] 进一步地，在所述步骤Sl中，所述往返时延集合S(RTT)为：
[0013] S(RTT) = {RTTi，RTT2，RTT3, .. .RTTih
[0014] 其中，{RTTi，RTT2，RTT3，... RTTi}为从数据包开始发送到当前时间数据包返回的 ACK中往返时延集合，其中RTTi为第一个RTT，RTTi为当前时刻的往返时延；
[0015] 所述期望速率的计算采用下式：
[0016]
[0017]所述实际速率的计算采用下式：
[001 引
[0019] 所述期望速率与所述实际速率的差值的计算采用下式：
[0020] Diff = Gxpected Rate-actual Rate；
[0021] 其中，cwnd为当前窗口大小，baseRTT为从数据包开始发送到当前时间观察到的最 小往返时延，即往返时延集合S(RTT)中最小的往返时延，RTTa为当前往返时延，即RTTi;其中 所述e的值取为3。
[0022] 进一步地，步骤S2中所述S皿C的计算采用下式：
[0023] ；
[0024]
[0025]
[00%]式中，SiimC表示的是被标记数据包的个数，当数据包被标记，即Diff >e，sumC+l， 否则不变;cwnd表示的是当前窗口中数据包的个数，如勺值取为3。
[0027]进一步地，步骤S3中所述表示拥塞程度的参数a的计算采用下式：
[002引曰= (i-g) X曰+gXF。
[0029] 进一步地，在步骤S4中的计算包括：
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034] 其中，B为流剩余大小，b为流已传输大小，SiimRTT为到目前为止RTT的总和，即sums (RTT) O
[0035] 进一步地，步骤S5中所述伽马修正函数P的计算采用下式；
[0036] P = ad。
[0037] 进一步地，步骤S6中所述根据伽马修正函数P和流已传输的大小调整拥塞窗口，其 调整方'法化据下井.
[00；3 引
[0039] 与现有技术相比，本发明有W下有益效果:本发明提出了一种基于时限敏感和往 返时延的数据中屯、拥塞控制方法，本发明的对现有的TCP协议改动小，不需要ECN的支持，对 现有的数据中屯、普遍适用，且拥塞控制效果良好。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的原理流程示意图。
【具体实施方式】
[0041 ]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0042] 如图1所示，本实施例提供了一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控 制方法，在主机端，根据往返时延RTT，计算期望速率和实际速率，根据它们的差值计算网络 中的拥塞程度，根据流的时效性需求及往返时延，赋予其不同的优先级，并根据流的优先级 和网络的拥塞程度调整拥塞窗口；具体包括W下步骤；
[0043] 步骤SI:在主机端，根据从数据包开始发送到当前时间、数据包返回的ACK中往返 时延集合S(RTT),计算期望速率和实际速率，若期望速率和实际速率的差值大于0，则将此 数据包标记；
[0044] 步骤S2:用标记数据包的个数sum邱余W窗口中数据包的个数，得到表示当前窗口 中被标记的数据包比例的参数F;
[0045] 步骤S3:引入一个权重g，其中0<g<l，所述权重g是新采样的比例相对于上一次 采样的比例的权重，根据运个权重和参数F得到表示拥塞程度的参数a;其中，a接近0表明拥 塞程度较低，而a接近1表明拥塞程度较高；
[0046] 步骤S4:根据流传输完成还需要的时间Tc和时限还剩下的时间D计算时限迫切因 子d的值;所述时限迫切因子表示流的优先级；
[0047] 步骤S5:根据表示拥塞程度的参数a和时限迫切因子d得到伽马修正函数P;
[004引步骤S6:根据伽马修正函数P和流已传输的大小调整拥塞窗口。
[0049] 在本实施例中，在所述步骤Sl中，所述往返时延集合S(RTT)为：
[0050] S(RTT) = {RTTi，RTT2，RTT3, .. .RTTih
[00川其中，{RTTi，RTT2，RTT3，. . .RTTi}为从数据包开始发送到当前时间数据包返回的 ACK中往返时延集合，其中RTTi为第一个RTT，RTTi为当前时刻的往返时延；
[0052]所述期望速率的计算采用下式：
[0化3]
[0054]所述实际速率的计算采用下式：
[0化5]
[0056] 所述期望速率与所述实际速率的差值的计算采用下式：
[0057] Diff = Gxpected Rate-actual Rate；
[005引其中，cwnd为当前窗口大小，baseRTT为从数据包开始发送到当前时间观察到的最 小往返时延，即往返时延集合S(RTT)中最小的往返时延，RTTa为当前往返时延，即RTTi;其中 所述e的值取为3。
[0化9] 在本连施例中，巧骤S2中所沐S皿C的计算采用下式：
[0060] ;
[0061]
[0062]
[0063] 式中，SiimC表示的是被标记数据包的个数，当数据包被标记，即Di f f > 0，sumC+1， 否则不变;cwnd表示的是当前窗口中数据包的个数，如勺值取为3。
[0064] 在本实施例中，步骤S3中所述表示拥塞程度的参数a的计算采用下式：
[00化]a = (l-g) Xa+gXF。
[0066] 在本实施例中，在步骤S4中的计算包括：
[0067]
[006引
[0069]
[0070]
[0071] 其中，B为流剩余大小，b为流已传输大小，SiimRTT为到目前为止RTT的总和，即sums (RTT) O
[0072] 特别的，D2TCP中Tc是由流剩余大小除W3/4W得到的，3/4W运个值是在时限不可知 情况下的平均窗口，但是，本发明认为Tc作为计算时限迫切因子的参数，是在时限不可知情 况下计算出来是不合理的，特别是3/4W运个平均窗口，因为实际传输过程中是时限可知的， 拥塞窗口也不是单纯的逐个递增的。
[0073] 在本实施例中，步骤S5中所述伽马修正函数P的计算采用下式；
[0074] P = ad。
[0075] 在本实施例中，步骤S6中所述根据伽马修正函数P和流已传输的大小调整拥塞窗 口，其调整方法依据下式：
[0076]
[0077] W上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法，其特征在于:在主机端， 根据往返时延RTT，计算期望速率和实际速率，根据它们的差值计算网络中的拥塞程度，根 据流的时效性需求及往返时延，赋予其不同的优先级，并根据流的优先级和网络的拥塞程 度调整拥塞窗口；具体包括W下步骤； 步骤S1:在主机端，根据从数据包开始发送到当前时间、数据包返回的ACK中往返时延 集合S(RTT)，计算期望速率和实际速率，若期望速率和实际速率的差值大于β，则将此数据 包标记； 步骤S2:用标记数据包的个数sum邱余W窗口中数据包的个数，得到表示当前窗口中被 标记的数据包比例的参数F; 步骤S3:引入一个权重g，其中0<g<l，所述权重g是新采样的比例相对于上一次采样 的比例的权重，根据运个权重和参数F得到表示拥塞程度的参数α;其中，α接近0表明拥塞程 度较低，而α接近1表明拥塞程度较高； 步骤S4:根据流传输完成还需要的时间Tc和时限还剩下的时间的十算时限迫切因子d的 值;所述时限迫切因子表示流的优先级； 步骤S5:根据表示拥塞程度的参数α和时限迫切因子d得到伽马修正函数P; 步骤S6:根据伽马修正函数P和流已传输的大小调整拥塞窗口。2. 根据权利要求1所述的一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法， 其特征在于:在所述步骤S1中，所述往返时延集合S(RTT)为： S(RTT) = {RTTi，RTT2，RTT3, . . .RTTi}; 其中，{RTTl，RTT2，RTT3，...RTTl}为从数据包开始发送到当前时间数据包返回的ACK中 往返时延集合，其中RTTi为第一个RTT，RTTi为当前时刻的往返时延； 所述期望速率的计算采用下式：所述实际速率的计算采用下式：所述期望速率与所述实际速率的差值的计算采用下式： Diff = expected 民ate-actual 民ate; 其中，cwnd为当前窗口大小，baseRTT为从数据包开始发送到当前时间观察到的最小往 返时延，即往返时延集合S(RTT)中最小的往返时延，RTTa为当前往返时延，即RTTi;其中所述 如勺值取为3。3. 根据权利要求1所述的一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法， 其特征在于:步骤S2中所述sumC的计算采用下式：所述参数F的计算采用下式：式中，sumC表示的是被标记数据包的个数，当数据包被标记，即Diff >0，sumC+l，否则 不变;cwnd表示的是当前窗口中数据包的个数，β的值取为3。4. 根据权利要求1所述的一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法， 其特征在于:步骤S3中所述表示拥塞程度的参数α的计算采用下式： 曰=(1-邑）X口+邑XF。5. 根据权利要求1所述的一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法， 其特征在于:在步骤S4中的计算包括：其中，Β为流剩余大小，b为流已传输大小，sumRTT为到目前为止RTT的总和，即sums (RTT)o6. 根据权利要求1所述的一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法， 其特征在于:步骤S5中所述伽马修正函数P的计算采用下式； P = ad。7. 根据权利要求1所述的一种数据中屯、中基于时限敏感和往返时延的拥塞控制方法， 其特征在于:步骤S6中所述根据伽马修正函数P和流已传输的大小调整拥塞窗口，其调整方 法依据下式：
【文档编号】H04L12/807GK105978822SQ201610559246
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】张栋, 刘宇欣, 余春艳, 张为凡, 彭建云
【申请人】福州大学