[發(fā)明專利]一種基于滑動窗口的帶寬分配方法、裝置和系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2015-06-16
• 公開（公告）號: CN105024946A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 施新剛;張晗;尹霞;王之梁
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L12/917
• 分類號: H04L12/917
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 朱繪;張文娟

技術領域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術領域，具體地說，涉及一種基于滑動窗口的帶寬分配方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術

數(shù)據(jù)中心(Data?Center，簡稱DC)網(wǎng)絡是很多種應用和服務的網(wǎng)絡載體，越來越多的應用部署在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。同步突發(fā)是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡流量的一個基本特征。但是，傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧并不能處理同步突發(fā)這種情況，具體原因有兩方面。(1)在網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時，TCP/IP協(xié)議棧使用丟包作為對發(fā)送端的反饋，在這種機制下，發(fā)送端必須等待一段時間來檢測分組的丟失。檢測到丟包后，丟掉的這個數(shù)據(jù)包將進行超時重傳，重傳機制導致延遲很大。(2)在數(shù)據(jù)中心中，交換機和路由器的每個端口上存在很長的隊列，產生排隊延遲。

在數(shù)據(jù)中心中，延遲對于用戶的體驗非常重要，因此數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡研究大多集中在路由和傳輸問題上，來盡量減小隊列長度并抑制丟包重傳。

DCTCP(Data?Center?TCP)是一個以降低數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡延遲為目標的傳輸層應用協(xié)議，其能根據(jù)網(wǎng)絡的擁塞程度自適應地對擁塞做出反應。DCTCP的實現(xiàn)是基于顯示擁塞通告機制(Explicit?Congestion?Notification,簡稱ECN)。當交換機的隊列長度超過一個非常小的門限值時，交換機開始進行ECN標記。接收端在ACK(Acknowledgement，確認)分組中設置ECN響應(ECN-echo)位，發(fā)送端能收到一系列的ECN標記。這些標記反應了網(wǎng)絡的擁塞情況，或者，更確切地說，反應了網(wǎng)絡的擁塞程度。這樣，發(fā)送端可以在交換機隊列開始增長的時候檢測到擁塞即將發(fā)生，繼而開始調整發(fā)送速率。

DCTCP的主要局限是基于公平共享的，平等對待所有的數(shù)據(jù)流，這對時延敏感的流極為不利。對于某些對延時敏感的應用，數(shù)據(jù)請求的完成和回復是有期限(deadline)的，即數(shù)據(jù)請求需要在期限之前完成，否則將會影響用戶體驗。DCTCP是基于帶寬均分的策略，因此，并未根據(jù)期限對數(shù)據(jù)流獲取的帶寬進行區(qū)分。

D2TCP是對DCTCP的改進，在DCTCP中引入時限感知，利用ECN機制計算網(wǎng)絡的擁塞程度，并使用伽馬校正函數(shù)來調節(jié)擁塞窗口。在發(fā)生網(wǎng)絡擁塞時，離時限截止較遠的流擁塞窗口退避幅度較大，而離實現(xiàn)截止較近的流擁塞窗口退避幅度較小或者根本不退避。從而使得期限臨近的數(shù)據(jù)流分配更多的帶寬，期限截止較遠的數(shù)據(jù)流分配更少的帶寬，這樣能使更多的數(shù)據(jù)流在期限之前完成傳輸。

然而，D2TCP的缺陷在于，其在網(wǎng)絡擁塞程度較小的情況下性能較好，而在網(wǎng)絡擁塞程度非常大時的表現(xiàn)與DCTCP類似，基于期限(deadline)的擁塞控制方法逐漸失效，不能根據(jù)期限來分配帶寬。這導致網(wǎng)絡擁塞程度較大的情況下，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中很多對延遲敏感的數(shù)據(jù)流錯失期限。

因此，亟需一種在網(wǎng)絡擁塞程度較嚴重的情況下，仍能根據(jù)期限來分配帶寬的方法、裝置和系統(tǒng)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中在網(wǎng)絡擁塞程度較嚴重的情況下，不能根據(jù)期限來分配帶寬的缺陷。

本發(fā)明的實施例首先提供一種基于滑動窗口的帶寬分配方法，包括：

獲取待發(fā)送數(shù)據(jù)包的期限參數(shù)d；

根據(jù)接收的攜帶有ECN標記的數(shù)據(jù)包的數(shù)量e得到網(wǎng)絡的擁塞程度參數(shù)α；

基于期限參數(shù)d和擁塞程度參數(shù)α構建調節(jié)因子f；

依照調節(jié)因子f，基于一個往返時延周期中接收到數(shù)據(jù)包的種類調整滑動窗口的長度W；

根據(jù)滑動窗口的長度W為待發(fā)送數(shù)據(jù)包分配帶寬。

在一個實施例中，在調整滑動窗口的長度W步驟中包括：

判斷在一個往返時延周期中是否收到攜帶有ECN標記的數(shù)據(jù)包；

在收到攜帶有ECN標記的數(shù)據(jù)包的情況下，依照調節(jié)因子f減小發(fā)送數(shù)據(jù)滑動窗口的長度W；

在未收到攜帶有ECN標記的數(shù)據(jù)包的情況下，依照調節(jié)因子f增大發(fā)送數(shù)據(jù)滑動窗口的長度W。

在一個實施例中，在所述依照調節(jié)因子f減小發(fā)送數(shù)據(jù)滑動窗口的長度W的步驟中，包括：

根據(jù)調節(jié)因子f和當前窗口的長度W計算窗口退避步長W*f，基于窗口退避步長W*f使當前滑動窗口的長度減少；

在所述依照調節(jié)因子f增大發(fā)送數(shù)據(jù)滑動窗口的長度的步驟中包括：

根據(jù)調節(jié)因子f計算窗口增長步長1-f，基于窗口增長步長1-f使當前滑動窗口的長度增加。

在一個實施例中，在根據(jù)接收的攜帶有ECN標記的數(shù)據(jù)包的數(shù)量e得到網(wǎng)絡的擁塞程度參數(shù)α的步驟中包括：

在預設時間段內統(tǒng)計接收的攜帶有ECN標記的數(shù)據(jù)包的數(shù)量e，以及接收數(shù)據(jù)包的總數(shù)n；