[發(fā)明專利]基于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)測量的分階段慢啟動傳輸控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710035297.5
• 申請日: 2007-07-06
• 公開（公告）號: CN101094047A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧曉衡;盧錫城;王懷民;彭宇行
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
• 主分類號: H04L1/16
• 分類號: H04L1/16
• 代理公司: 湖南省國防科學技術(shù)工業(yè)辦公室專利中心
• 代理人: 李傳中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到網(wǎng)絡(luò)傳輸控制領(lǐng)域，特別指一種基于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)測量的分階段慢啟動傳輸控制方法。

背景技術(shù)

傳輸控制協(xié)議(Transfer?Control?Protocol，TCP)是當今因特網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛的傳輸控制協(xié)議，提供可靠的端到端的服務(wù)。TCP采用了滑動窗口機制進行網(wǎng)絡(luò)流量的控制，數(shù)據(jù)傳輸過程應(yīng)用慢啟動(Slow?Start)、擁塞避免(Congestion?Control)、快速重傳(Fast?Retransmission)和快速恢復(FastRecovery)幾個窗口調(diào)節(jié)機制，如圖1所示。數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)送窗口(win)為擁塞窗口(cwnd)和接收窗口(rwnd)中的最小值。TCP的慢啟動機制作用于連接啟動階段，逐漸增大數(shù)據(jù)發(fā)送速率，探測網(wǎng)絡(luò)帶寬，直到網(wǎng)絡(luò)擁塞丟包或達到某一閾值，數(shù)據(jù)源端按發(fā)送窗口大小發(fā)送數(shù)據(jù)包，如數(shù)據(jù)傳送成功，接收端返回確認信息(Acknowledgement，ACK)，源端每成功接收一個ACK，cwnd大小將增加1個分組，經(jīng)歷一個往返延遲(Round?Trip?Time，RTT)，cwnd將增加為原來的兩倍，因此呈現(xiàn)出指數(shù)增長；如果發(fā)送窗口大于慢啟動門限閾值，則將發(fā)送窗口大小設(shè)為門限閾值，進入擁塞避免階段，發(fā)送窗口遵循線性規(guī)律增長。TCP慢啟動探測網(wǎng)絡(luò)帶寬機制，由于窗口從1開始按指數(shù)增長，導致了兩個主要問題：

第一，慢啟動的窗口由1個分組開始增加，達到一個合適的值，將耗費多個往返時間周期，此過程導致了短生存期連接對可用帶寬的低利用率，使窗口大小遠小于路徑帶寬延遲乘積。

第二，門限閾值初設(shè)。源端并不知道網(wǎng)絡(luò)可用帶寬容量，使用系統(tǒng)預設(shè)門限閾值。門限閾值過大，擁塞窗口的指數(shù)增長往往誤導太快地發(fā)送過多的分組，使瓶頸鏈路緩存區(qū)嚴重溢出，出現(xiàn)一個發(fā)送窗口中多個分組丟棄，使TCP發(fā)送端失去自時鐘，引發(fā)重傳超時，導致網(wǎng)絡(luò)的全局同步，網(wǎng)絡(luò)性能急劇惡化；門限閾值過小，將使得網(wǎng)絡(luò)帶寬探測過程提前終止，網(wǎng)絡(luò)帶寬沒有被完全利用就進入擁塞避免階段，造成傳輸性能低下。

在高帶寬長延遲網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，此問題尤為突出，目前傳統(tǒng)的方法一般通過設(shè)置較大窗口初始值，或根據(jù)歷史狀態(tài)信息、帶寬估算設(shè)置門限閾值的方法改善慢啟動性能，但在動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下這些方法都顯得靈活性不足，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下效率不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是克服TCP慢啟動易造成一個發(fā)送窗口內(nèi)多個分組丟棄和網(wǎng)絡(luò)利用率低的缺陷，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)測量的分階段慢啟動方法(MP-Start)。

本發(fā)明的解決方案為：首先，數(shù)據(jù)發(fā)送源端根據(jù)報文的發(fā)送與應(yīng)答情況，獲取當前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，記錄報文最小往返延遲，計算出端到端的可用帶寬，根據(jù)往返延遲與可用帶寬乘積結(jié)果設(shè)置慢啟動的擁塞門限閾值，從而確立了慢啟動階段發(fā)送窗口的最大值。慢啟動階段窗口分階段采用不同增長規(guī)律，在小于等于二分之一門限閾值階段按指數(shù)規(guī)律增長，在大于二分之一門限閾值階段采用二分逼近規(guī)律增長，直到慢啟動門限閾值與發(fā)送窗口大小差值小于2，從而進入擁塞避免階段。在此過程中，為保持與網(wǎng)絡(luò)當前狀態(tài)一致，源端持續(xù)檢測網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并調(diào)整門限閾值。

TCP會話啟動后以不小于2的初始擁塞窗口開始發(fā)送分組，發(fā)送端提取連續(xù)兩個分組的發(fā)送時間之差；當分組成功發(fā)送，ACK返回時，發(fā)送端提取序號相連的兩個ACK到達時間差；將分組大小除以兩時間差的差值，得到當前測量可用帶寬值，再通過指數(shù)加權(quán)移動平均濾波器，計算出可用網(wǎng)絡(luò)帶寬。網(wǎng)絡(luò)帶寬與平均往返延遲RTTave相乘，得到兩者帶寬延遲乘積(BDP)，將慢啟動門限閾值ssthresh設(shè)置為BDP，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的動態(tài)變化而動態(tài)變化。

通過實時在線帶寬測量技術(shù)確定門限閾值ssthresh，在擁塞窗口小于門限值的一半的情況下遵循指數(shù)增長規(guī)律，否則，擁塞窗口每次增加門限值與擁塞窗口之差(ssthresh-cwnd)的一半，逐步逼近門限值，直到其差值小于調(diào)節(jié)因子φ(ssthresh/2≥φ≥2)，同時將擁塞窗口設(shè)為門限值，從而進入擁塞避免階段，窗口的變化規(guī)律不同，如圖2所示，cwnd的變化規(guī)律如式(1)。