[發明專利]一種實現帶權帶寬分配的擁塞控制方法

有效

• 申請號: 202010135425.9
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111343104B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 羅壽西;邢煥來;李可
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04L47/24
• 分類號: H04L47/24;H04L47/52
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發明公開一種實現帶權帶寬分配的擁塞控制方法，將流對ECN標記的敏感程度用x參數表示，通過全局控制器接納應用提交的網絡帶寬分配需求，并根據這些傳輸需求的優先級順序，計算并更新各個流的x參數值，對每個流的x參數的取值下限x_min進行取值,并對經過一個鏈路的所有流的x參數之和的上限x_sum進行估算。本發明在性能上，夠讓全局網絡按照給定的優先級進行帶寬的差異化分配，實現全局優化；在應用和部署上，該方案只需引入一個控制器，對現有傳輸協議做非常小的改動，無需修改交換機硬件，易于實現和部署。

技術領域

本發明涉網絡數據傳輸及技術領域，具體為一種實現帶權帶寬分配的擁塞控制方法。

背景技術

在數據中心里，不同的數據傳輸任務往往具有不同的重要程度。它們希望網絡能夠按照傳輸任務的優先順序，提供差異化的帶寬分配，而不是簡單的按照流的粒度進行公平性的帶寬分配。例如，在優化平均任務完成時間的場景中，這些流希望網絡能夠按照剩余任務量越小越優先的順序來分配帶寬，這樣能夠實現平均流完成時間的優化。而在優化時限滿足性的場景中，這些流具有最晚完成時限屬性，如果實際的傳輸完成時間超過了該最晚完成實現，則收益會下降，此時，這些流希望網絡能夠按照最晚完成時間剩余時間少的流優先的策略分配帶寬，從而讓更多的流能夠在自己的最晚完成時限內完成。

因此，如何在網絡中為傳輸任務提供差異化的帶寬分配服務，按照任務給定的優先順序分配帶寬，是十分重要的網絡需求。

目前已有多種能夠實現按優先級帶寬分配的方案，大致分為以下幾類。

第一類方案是設計一個集中的控制器，嚴格的控制網絡中的每個數據包應該何時進行發送，或者限制每個流的發送速率，通過集中式的精確控制，讓不同的流按照優先關系占用網絡鏈路。這類方法有兩方面缺點。一是控制器管控的內容太多太細，成為整個網絡的性能瓶頸；二是與傳統網絡兼容性不好，需要做大量的協議修改。

第二類方案是讓每個數據包攜帶優先級值，然后讓設計新穎的網絡交換機或者路由器，讓網絡設備嚴格的按照流的優先級順序近排隊和轉發，從而實現按照優先級的帶寬分配。這種方法雖然能夠實現很好的調度效果，但是需要交換機進行復雜的計算和處理，而目前的交換機支持的優先級數目非常有限，因此這種方案很難在實際生產中進行部署。

第三類方案則是在第二類方案的基礎上做出了一些設計妥協。因為目前的大部分交換機具備支持4-8個數目不等優先級的隊列能力。因此這類方案通過動態的將不同的流所需的優先級映射到這些已有的數量的優先級上，雖然會有一定的性能損失，但是也能較好的實現按優先級進行帶寬分配的目的。不過這種方案依然存在部署的問題。這是因為，實際的數據中心里同通常是很多類的業務并存。這些網絡優先級往往已經預留給了特殊的應用或者服務，最后每類應用最多只有一個隊列可以用。當多個同類業務經過同一個鏈路時，這些方案依然無法在這些相同業務類型的多個流之間按照優先順序使用帶寬。

此外，還有一些方案則是通過控制DCTCP（數據中心傳輸控制協議Data CenterTransmission Control Protocol）擁塞控制窗口在應對ECN（顯式擁塞通知ExplicitCongestion Notification）標記時的減少幅度來控制每個流對擁塞反應，從而讓不同的流按照不同的優先順序搶占帶寬。具體的，假設某個TCP流的當前擁塞窗口為W，接收者反饋的標記ECN的ACK所占比例值的滑動平均值為a，是[0,1]之間的小數。在傳統的DCTCP協議中，DCTCP發送方在收到帶ECN標記的ACK后，將對窗口進行調整。先后出現了兩種調整策略：A策略收到一個ECN標記的ACK后將W減少Wa/2（即W=W*(1-a/2)，并確保在一個窗口的數據量內W最多因此減少一次；B策略每收到一個ECN標記的ACK后，將W減少a/2，由于在擁塞避免情況下發送方每收到一個ACK還會將擁塞窗口增加1/W，因此此種情況下擁塞控制窗口的改變情況是：W=W+1/W-a/2。