一種基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)及方法，該方法包括：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路隊(duì)列類型在流體模型模塊中建立流體模型；上層控制器根據(jù)當(dāng)前的鏈路隊(duì)列類型以及用戶期望受該控制器控制的所有流最終收斂到的帶寬占用比例，確定流體模型所有流擁塞窗口比例，進(jìn)而得到所有流的權(quán)重參數(shù)比例；根據(jù)所有流的權(quán)重參數(shù)比例，設(shè)置所有流的權(quán)重參數(shù)，分配到對(duì)應(yīng)流的擁塞控制算法中，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)流的傳輸；根據(jù)系統(tǒng)外部給出的反饋，運(yùn)行擁塞控制算法的AI模塊或MD模塊，對(duì)傳輸?shù)膿砣翱谶M(jìn)行調(diào)整決策。本發(fā)明專利技術(shù)能夠有效對(duì)多條流依權(quán)重提供精準(zhǔn)的帶寬分配，避免對(duì)鏈路交換機(jī)設(shè)備的修改，并且能夠適應(yīng)當(dāng)前普遍具有較深緩沖隊(duì)列的網(wǎng)絡(luò)鏈路情況。絡(luò)鏈路情況。絡(luò)鏈路情況。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)及方法


[0001]本專利技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸層優(yōu)化領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)介紹

[0002]隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷演化，擁塞控制算法作為控制網(wǎng)絡(luò)連接傳輸速率，避免網(wǎng)絡(luò)流相互擠占帶寬導(dǎo)致鏈路擁塞的重要部分，自二十世紀(jì)八十年代以來就一直處于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的不斷探索之中。截至目前，僅Linux的系統(tǒng)內(nèi)核便內(nèi)置了超過十五種不同的擁塞控制算法可供選擇。這些算法在進(jìn)行流量調(diào)控的過程中，往往目的是使得不同的流在共享同一個(gè)鏈路瓶頸時(shí)能夠均分鏈路瓶頸的帶寬，保障流之間的公平性。然而，絕對(duì)公平的劃分在有些場(chǎng)景下并非理想的劃分方式，隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷演化，依照權(quán)重將鏈路帶寬不等地分給不同流的需求開始出現(xiàn)，如共享網(wǎng)絡(luò)中多租戶的服務(wù)分級(jí)、多徑傳輸協(xié)議中不同路徑之間的帶寬分配等。
[0003]針對(duì)該需求，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界也提出了多種不同的解決方案，主要可分為鏈路方案和端系統(tǒng)方案兩類。在網(wǎng)絡(luò)鏈路中實(shí)現(xiàn)的依權(quán)重劃分帶寬往往通過交換機(jī)上面的隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，這些方案通過賦予可編程交換機(jī)不同隊(duì)列不同的排隊(duì)調(diào)度策略來實(shí)現(xiàn)不同的出隊(duì)速率和丟包機(jī)制，使得鏈路對(duì)于不同的流表現(xiàn)出不同的帶寬，進(jìn)而影響流之間的帶寬分配。但鏈路解決方案最終依然需要靠端系統(tǒng)上的連接響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)反饋的信息來提供公平性保證，并且在流權(quán)重參數(shù)發(fā)生變更時(shí)可能需要涉及到大量鏈路交換機(jī)設(shè)備參數(shù)的修改，缺乏靈活性。
[0004]現(xiàn)有的擁塞控制算法多數(shù)基于AIMD(加性增，乘性減)機(jī)制，即在鏈路通暢時(shí)通過AI(加性增)來逐步緩慢調(diào)節(jié)發(fā)送速率以探測(cè)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸，而在發(fā)生丟包等表征鏈路擁塞的事件發(fā)生時(shí)通過MD(乘性減)來快速降低發(fā)送速率以消除已經(jīng)發(fā)生的擁塞并避免擁塞的持續(xù)。現(xiàn)有的帶權(quán)擁塞控制算法多數(shù)也基于該機(jī)制實(shí)現(xiàn)帶權(quán)的帶寬分配，但在其擁塞窗口增減量的計(jì)算設(shè)計(jì)上沒有能夠考慮到鏈路設(shè)備上的緩存隊(duì)列對(duì)算法產(chǎn)生的影響，導(dǎo)致其在目前實(shí)踐中具有較大網(wǎng)絡(luò)緩沖容量的鏈路上難以實(shí)現(xiàn)按指定權(quán)重對(duì)帶寬進(jìn)行精準(zhǔn)劃分的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專利技術(shù)旨在提供一種基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)及方法，能夠有效對(duì)多條流依權(quán)重提供精準(zhǔn)的帶寬分配，避免對(duì)鏈路交換機(jī)設(shè)備的修改，并且能夠適應(yīng)當(dāng)前普遍具有較深緩沖隊(duì)列的網(wǎng)絡(luò)鏈路情況。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：一種基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)，包括依次連接的流體模型模塊、上層控制器模塊和擁塞控制算法模塊，所述流體模型模塊用于對(duì)當(dāng)前運(yùn)行擁塞控制算法WCC的網(wǎng)絡(luò)鏈路中緩沖隊(duì)列的建模；所述上層控制器模塊用于記錄不同的流需要最終收斂到的帶寬比例，在流體模型模塊的指導(dǎo)下根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的鏈路緩沖隊(duì)列深度以及不同流需要收斂到的帶寬比例，確定每條流在擁塞控制算法
WCC中設(shè)置的權(quán)重參數(shù)；所述擁塞控制算法模塊由多條依權(quán)重參數(shù)分配帶寬的流組成，通過系統(tǒng)外部給出的反饋信息，參考上層控制器模塊確定的權(quán)重參數(shù)對(duì)每條流的擁塞控制窗口進(jìn)行調(diào)控。
[0007]進(jìn)一步地，本專利技術(shù)還提供了一種所述的基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)的分配帶寬方法，具體包括如下步驟：
[0008]步驟一，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的每種可能的鏈路隊(duì)列類型在流體模型模塊中建立流體模型；
[0009]步驟二，上層控制器根據(jù)當(dāng)前的鏈路隊(duì)列類型以及用戶期望受該控制器控制的所有流最終收斂到的帶寬占用比例，確定流體模型所有流擁塞窗口比例，得到所有流的權(quán)重參數(shù)比例；
[0010]步驟三，根據(jù)所有流的權(quán)重參數(shù)比例，設(shè)置所有流的權(quán)重參數(shù)，分配到對(duì)應(yīng)流的擁塞控制算法WCC中，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)流的傳輸；
[0011]步驟四，根據(jù)系統(tǒng)外部給出的反饋，運(yùn)行擁塞控制算法WCC的AI模塊或MD模塊，參考步驟三中設(shè)置的所有流的權(quán)重參數(shù)，對(duì)傳輸?shù)膿砣翱谶M(jìn)行調(diào)整決策。
[0012]進(jìn)一步地，在步驟一中，所述流體模型的構(gòu)建過程為：
[0013][0014]其中，為第i條流擁塞窗口隨單位時(shí)間的變化率，n為擁塞控制算法中所有流條數(shù)，a
i
為第i條流的權(quán)重系數(shù)，為第i條流在時(shí)間t的擁塞窗口大小理論值，R
*
為與瓶頸鏈路相關(guān)的單位時(shí)間，d為傳播時(shí)延，K為丟包閾值，C為瓶頸鏈路的傳輸速率，為鏈路瓶頸隊(duì)列在時(shí)間t的累積長度，q(R*t)為鏈路瓶頸隊(duì)列在R*t時(shí)刻的累積長度，為鏈路瓶頸隊(duì)列在t
?
1時(shí)間的累積長度，為鏈路瓶頸隊(duì)列隨單位時(shí)間的變化率，為傳輸時(shí)延d內(nèi)隊(duì)列容忍的輸入閾值，ψ為清空隊(duì)列的時(shí)間，
[0015]進(jìn)一步地，步驟四中若系統(tǒng)外部給出的反饋為ACK信息，運(yùn)行擁塞控制算法WCC的AI模塊，根據(jù)步驟三中設(shè)置的所有流的權(quán)重參數(shù)，計(jì)算出每條流的擁塞窗口加性增長的大小，并更新每條流的擁塞窗口。
[0016]進(jìn)一步地，所述每條流的擁塞窗口的更新過程為：
[0017][0018]其中，CWND
′
i
為第i條流更新后的擁塞窗口大小，CWND
i
為第i條流的擁塞窗口大小實(shí)際值，a
i
為第i條流的權(quán)重參數(shù)。
[0019]進(jìn)一步地，步驟四中若系統(tǒng)外部給出的反饋為ACK計(jì)時(shí)器超時(shí)信息，運(yùn)行擁塞控制算法WCC的MD模塊，將當(dāng)前的擁塞窗口減小一半。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)及方法，通過預(yù)先對(duì)鏈路隊(duì)列建立流體模型，計(jì)算在端系統(tǒng)需要賦予受控制數(shù)據(jù)流的擁塞控制算法不同的權(quán)重值，最終通過擁塞控制算法的反饋調(diào)整將每條流占用的帶寬比例收斂到用戶期望的比例。本專利技術(shù)針對(duì)先前基于AIMD的帶權(quán)擁塞方法在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)鏈路中常見的深隊(duì)列緩沖環(huán)境，在這類環(huán)境中受控制的不同流實(shí)際收斂到的帶寬占用比例與用戶期望的帶寬占用比例不一致的問題，提出了全新的鏈路隊(duì)列建模方法與該建模方法指導(dǎo)下的調(diào)控模式，在當(dāng)前普遍存在的具有較深緩沖隊(duì)列的環(huán)境下表現(xiàn)良好，且容易部署和實(shí)現(xiàn)。此外，本專利技術(shù)在不同的網(wǎng)絡(luò)緩沖隊(duì)列深度中均可取得較好的性能表現(xiàn)，可被應(yīng)用于多徑傳輸算法和多租戶鏈路共享等帶權(quán)帶寬分配場(chǎng)景，易于推廣，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
附圖說明
[0021]圖1是本專利技術(shù)基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)的模塊圖；
[0022]圖2是本專利技術(shù)基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的方法的流程圖；
[0023]圖3是本專利技術(shù)中擁塞窗口收斂示例圖，其中，圖3中的(a)為鏈路隊(duì)列較淺時(shí)擁塞窗口收斂圖，圖3中的(b)為鏈路隊(duì)列較深時(shí)擁塞窗口收斂圖。
具體實(shí)施方式
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0025]如圖1為本專利技術(shù)基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)的模塊圖，該系統(tǒng)包括依次連接的流體模型模塊、上層控制器模塊和擁塞控制算法模塊，流體模型模塊用于對(duì)當(dāng)前運(yùn)行擁塞控制算法WCC的網(wǎng)絡(luò)鏈路中緩沖隊(duì)列的建模，能夠模擬網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的流動(dòng)，從而計(jì)算指定時(shí)刻鏈路上的狀態(tài)信息，流體模型通過瓶頸鏈本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的流體模型模塊、上層控制器模塊和擁塞控制算法模塊，所述流體模型模塊用于對(duì)當(dāng)前運(yùn)行擁塞控制算法WCC的網(wǎng)絡(luò)鏈路中緩沖隊(duì)列的建模；所述上層控制器模塊用于記錄不同的流需要最終收斂到的帶寬比例，在流體模型模塊的指導(dǎo)下根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的鏈路緩沖隊(duì)列深度以及不同流需要收斂到的帶寬比例，確定每條流在擁塞控制算法WCC中設(shè)置的權(quán)重參數(shù)；所述擁塞控制算法模塊由多條依權(quán)重參數(shù)分配帶寬的流組成，通過系統(tǒng)外部給出的反饋信息，參考上層控制器模塊確定的權(quán)重參數(shù)對(duì)每條流的擁塞控制窗口進(jìn)行調(diào)控。2.一種權(quán)利要求1所述的基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)的分配帶寬方法，其特征在于，具體包括如下步驟：步驟一，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的每種可能的鏈路隊(duì)列類型在流體模型模塊中建立流體模型；步驟二，上層控制器根據(jù)當(dāng)前的鏈路隊(duì)列類型以及用戶期望受該控制器控制的所有流最終收斂到的帶寬占用比例，確定流體模型所有流擁塞窗口比例，得到所有流的權(quán)重參數(shù)比例；步驟三，根據(jù)所有流的權(quán)重參數(shù)比例，設(shè)置所有流的權(quán)重參數(shù)，分配到對(duì)應(yīng)流的擁塞控制算法WCC中，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)流的傳輸；步驟四，根據(jù)系統(tǒng)外部給出的反饋，運(yùn)行擁塞控制算法WCC的AI模塊或MD模塊，參考步驟三中設(shè)置的所有流的權(quán)重參數(shù)，對(duì)傳輸?shù)膿砣翱谶M(jìn)行調(diào)整決策。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于AIMD實(shí)現(xiàn)依權(quán)重分配帶寬的系統(tǒng)的分配帶寬方法，其特征在于，在步驟一中，所述流體模型的構(gòu)建過程為：其中，為第i條流擁塞窗口隨單位時(shí)間的變化率，n為擁塞控制算法中所有流條數(shù)，a...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄭嘉琦，陳貴海，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：