專(zhuān)利名稱(chēng)：用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的提供比例丟失率區(qū)分的隊(duì)列管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的提供比例丟失率區(qū)分的隊(duì)列管理方法屬于網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制和避免技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及其中鏈路技術(shù)中的主動(dòng)隊(duì)列管理方法。
根據(jù)算法的實(shí)現(xiàn)位置，可以將擁塞控制算法分為兩大類(lèi)鏈路算法和源算法。鏈路算法在網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)(如路由器和交換機(jī))中執(zhí)行，作用是檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生，產(chǎn)生擁塞反饋信息，如“隊(duì)列管理算法“；源算法在端節(jié)點(diǎn)(主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備等)中執(zhí)行，作用是根據(jù)反饋信息調(diào)整發(fā)送速率，如“傳輸控制協(xié)議”(TCPTransmission Control Protocol)。
“主動(dòng)隊(duì)列管理”(AQMActive Queue Management)算法屬于擁塞控制的鏈路算法。在“主動(dòng)隊(duì)列管理”算法出現(xiàn)前，使用“隊(duì)尾丟棄”(DropTail)的方法?！瓣?duì)尾丟棄”方法只有在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的隊(duì)列緩沖溢出時(shí)才丟棄報(bào)文，而AQM在隊(duì)列緩沖溢出之前就丟棄或標(biāo)記報(bào)文。和“隊(duì)尾丟棄”方法相比，AQM的主要優(yōu)點(diǎn)是(1) 減少網(wǎng)關(guān)的報(bào)文丟失。使用AQM可以保持較小的隊(duì)列長(zhǎng)度，從而增加網(wǎng)關(guān)容納突發(fā)流量的能力。(2) 減小報(bào)文通過(guò)網(wǎng)關(guān)的延遲。減小平均隊(duì)列長(zhǎng)度可以有效的減小報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的排隊(duì)延遲。(3) 避免整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)振蕩的發(fā)生。
AQM的一個(gè)代表是“隨機(jī)早檢測(cè)”(REDRandom Early Detection)算法，它的一個(gè)擴(kuò)展算法“加權(quán)的隨機(jī)早檢測(cè)”(WREDWeighted Random Early Detection)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在Cisco12000系列的路由器中。研究表明RED比DropTail具有更好的性能。但是RED的一個(gè)重大缺陷是它的性能對(duì)算法的參數(shù)設(shè)置十分敏感。
目前互聯(lián)網(wǎng)只提供“盡力發(fā)送”(Best-Effort)的功能，既不對(duì)報(bào)文傳輸?shù)馁|(zhì)量提供保證，也不對(duì)報(bào)文傳輸?shù)馁|(zhì)量進(jìn)行區(qū)分?；ヂ?lián)網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展方向是在網(wǎng)絡(luò)中提供“區(qū)分服務(wù)”的功能，即根據(jù)用戶(hù)的需求，對(duì)不同類(lèi)別的網(wǎng)絡(luò)流量區(qū)別對(duì)待。這些區(qū)別可以表現(xiàn)在帶寬、報(bào)文丟失率和延遲等方面。“區(qū)分服務(wù)”的一種實(shí)現(xiàn)方法是，當(dāng)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，對(duì)不同類(lèi)別的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行不同的處理。
更具體的說(shuō)，本申請(qǐng)的目的是使用“主動(dòng)隊(duì)列管理”算法來(lái)支持報(bào)文的“比例丟失率區(qū)分”(Proportional Loss Rate Differentiation)。“比例丟失率區(qū)分”的含義是對(duì)于兩個(gè)報(bào)文類(lèi)i和j，經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)時(shí)它們的平均丟失率li和lj滿(mǎn)足下面的關(guān)系l-il-j=σiσj]]>其中，σi和σj是用戶(hù)設(shè)定的系數(shù)，稱(chēng)為“丟失率區(qū)分系數(shù)”(Loss Rate Differentiation Parameter)?！氨壤齺G失率區(qū)分”的特點(diǎn)有2個(gè)首先，它的目的是提供報(bào)文丟失率的區(qū)分；其次，用戶(hù)可以通過(guò)參數(shù)設(shè)定來(lái)不同類(lèi)報(bào)文丟失率的比例關(guān)系。
目前，“加權(quán)的隨機(jī)早檢測(cè)”(WREDWeighted Random Early Detection)和RIO(RED In andOut)算法也提供“丟失率區(qū)分”功能，但是它們的缺陷在于不提供“比例的”區(qū)分；參數(shù)設(shè)置方法不明確；對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載變化不能自動(dòng)適應(yīng)。
本發(fā)明是用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的提供比例丟失率區(qū)分的隊(duì)列管理方法，含有計(jì)算機(jī)從報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)用的網(wǎng)絡(luò)或路由器中采集瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度計(jì)算報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率和使用計(jì)算得到的概率丟棄或按相應(yīng)的公知標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記報(bào)文的步驟，其特征在于它是一種控制和避免擁塞用的鏈路方法中的“主動(dòng)隊(duì)列管理”方法，依次含有如下步驟(1)初始化設(shè)定interval_s，概率值prob的計(jì)算周期，設(shè)為t(s)秒；interval_l，調(diào)整概率平均值avg_p的周期，設(shè)為t(l)秒；target，平均隊(duì)列長(zhǎng)度的目標(biāo)值；α，在調(diào)整概率平均值avg_p時(shí)用的調(diào)整系數(shù)，α＞1；wi為針對(duì)不同類(lèi)報(bào)文類(lèi)i使用的比例丟失率區(qū)分參數(shù)；(2)采集瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度q；(3)計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的總和q_sum＝q_sum+q；(4)計(jì)算新的概率值prob＝avg_p*q/target；(5)分別計(jì)算每個(gè)報(bào)文類(lèi)i的報(bào)文丟失率probiprobi＝prob*wi(i＝1，2，...，N)(6)判斷probi＞0.5？若probi＞0.5，命probi＝0.5；若probi＜0.5，則執(zhí)行下一步驟；(7)判斷是否到達(dá)t(s)秒？；若到達(dá)t(s)秒且沒(méi)有到達(dá)t(l)秒，則執(zhí)行步驟(2)；若到達(dá)t(s)秒且到達(dá)t(l)秒，則執(zhí)行步驟(8)；若沒(méi)有到達(dá)t(s)秒，則等待，直到到達(dá)t(s)秒；(8)調(diào)整概率平均值avg_p，它依次含以下步驟(8.1) 計(jì)算平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_qavg_q＝q_sum/(interval_l/interval_s)；(8.2) 重置q_sum＝0；(8.3) 判斷avg_q＜target？若avg_q＜target，則令avg_p＝avg_p/α；若avg_q＞target，則令avg_p＝avg_p*α；(8.4) 判斷avg_p＜0.0001？若avg_p＜0.0001則令avg_p＝0.0001；若avg_p＞0.5，則令avg_p＝0.5；(8.5) 執(zhí)行步驟(2)。
其中所述的概率值prob的計(jì)算周期interval_s的取值有下面的規(guī)律(1) 當(dāng)“往返延遲”(RTTRound Trip Time)大于100ms時(shí)，interval_s最好要比RTT小一個(gè)數(shù)量級(jí)；(2) 當(dāng)RTT小于100ms時(shí)，interval_s取值為10ms就可以達(dá)到很好的性能了；(3) interval_s的推薦取值為0.01秒。
其中所述的調(diào)整概率平均值avg_p的周期interval_l的取值有下面的規(guī)律(1) interval_l的值必須大于RTT，否則算法的性能會(huì)嚴(yán)重下降；(2) 同時(shí)要求interval_l的值不能太大，否則算法的反應(yīng)速度太慢。(3) 推薦interval_l的取值為1.0秒。
其中所述的調(diào)整系數(shù)α的取值在2.0到10.0之間；推薦α的取值為2.0。
驗(yàn)證試驗(yàn)證明它達(dá)到了預(yù)期目的。
圖2.隊(duì)列的示意圖。
圖3.主動(dòng)隊(duì)列管理算法的基本原理圖。
3(a)丟棄或標(biāo)記概率的計(jì)算。
3(b)報(bào)文的丟棄或標(biāo)記。
圖4.WSAP算法各部分之間的關(guān)系圖。
圖5.WSAP中基本算法的流程框圖。
圖6.WSAP中自適應(yīng)算法的流程框圖。
圖7.試驗(yàn)用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
如圖3所示，“主動(dòng)隊(duì)列管理”算法的處理可以分為兩大部分計(jì)算報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率；使用計(jì)算得到的概率丟棄或標(biāo)記報(bào)文。
概率計(jì)算的一般流程(見(jiàn)圖3(a))是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中測(cè)量采樣，獲得隊(duì)列長(zhǎng)度、報(bào)文丟失率等數(shù)據(jù)；使用測(cè)量采樣得到的結(jié)果，計(jì)算出報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率。報(bào)文丟棄或標(biāo)記的一般流程(見(jiàn)圖3(b))是每收到一個(gè)報(bào)文，就按照概率計(jì)算過(guò)程得到的結(jié)果對(duì)收到的報(bào)文進(jìn)行丟棄或者標(biāo)記。
本專(zhuān)利中的算法是一種“主動(dòng)隊(duì)列管理”算法。根據(jù)算法的特征，我們將其命名為“加權(quán)的簡(jiǎn)單自適應(yīng)比例控制器”(WSAPWeighted Simple Adaptive Proportional)。WSAP算法是在“簡(jiǎn)單自適應(yīng)比例控制器”(SAPSimple Adaptive Proportional)算法的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，在很多方面繼承了SAP算法的性質(zhì)。其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)不同類(lèi)的報(bào)文，使用用戶(hù)設(shè)定的權(quán)重，單獨(dú)計(jì)算報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率，從而達(dá)到報(bào)文“比例丟失率區(qū)分”的效果。
和SAP算法類(lèi)似，WSAP算法包括2個(gè)主要部分(1) 基本算法(The Basic Algorithm)使用“比例控制器”(Proportional Controller)計(jì)算每類(lèi)報(bào)文對(duì)應(yīng)的報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率值，并根據(jù)報(bào)文的類(lèi)型使用相應(yīng)的概率值對(duì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)的報(bào)文進(jìn)行丟棄或標(biāo)記。(2) 自適應(yīng)算法(The Adaptive Algorithm)動(dòng)態(tài)的對(duì)“基本算法”中使用的參數(shù)avg_p進(jìn)行調(diào)整。
WSAP算法各部分之間的關(guān)系如圖4所示。下面分別說(shuō)明WSAP的兩個(gè)主要部分的內(nèi)容。
圖5顯示了WSAP的基本算法部分的總體流程。在基本算法中，使用“周期更新”的方式計(jì)算概率值。在算法描述中，這個(gè)更新周期記為interval_s。根據(jù)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)interval_s的取值有這樣的規(guī)律(1)當(dāng)“往返延遲”(RTTRound Trip Time)大于100ms時(shí)，interval_s最好要比RTT小一個(gè)數(shù)量級(jí)；(2)當(dāng)RTT小于100ms時(shí)，interval_s取值為10ms就可以達(dá)到很好的性能了。
“周期更新”方式是SAP的一個(gè)特色。在RED算法中，每個(gè)報(bào)文到達(dá)時(shí)都要進(jìn)行更新計(jì)算。和RED相比，SAP的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)大大降低。根據(jù)上面的描述，在實(shí)現(xiàn)中interval_s可以就取作10ms(或者更小的值)。
在圖5中，還顯示了概率計(jì)算的基本步驟。在以下3點(diǎn)上使用了SAP算法中的方法(1)在概率的計(jì)算中使用“瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度”(Instantaneous Queue Size)，即直接使用采樣得到的隊(duì)列長(zhǎng)度，而不使用平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_q。
(2)使用“比例控制器”，根據(jù)采樣得到的“瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度”計(jì)算新的概率值，即prob＝avg_p*q/target(3)將概率的最大值限制為0.5。根據(jù)試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)，加入這個(gè)限制在網(wǎng)絡(luò)達(dá)到一定擁塞程度時(shí)可以提高算法的性能。
WSAP的創(chuàng)新體現(xiàn)在對(duì)每類(lèi)報(bào)文的丟棄或標(biāo)記概率的計(jì)算方面。如圖5中所示，在計(jì)算出prob之后，WSAP根據(jù)用戶(hù)提供的參數(shù)值wi，分別計(jì)算每個(gè)報(bào)文類(lèi)的報(bào)文丟失率probiprobi＝prob*wi這樣，在報(bào)文到達(dá)隊(duì)列時(shí)，就可以根據(jù)報(bào)文中攜帶的報(bào)文類(lèi)型標(biāo)識(shí)，使用相應(yīng)的probi來(lái)丟失或標(biāo)記報(bào)文(參見(jiàn)圖4)。
WSAP的自適應(yīng)算法和SAP算法的自適應(yīng)算法相同，其流程框圖如圖6所示。它的作用是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整基本算法中使用的系數(shù)avg_p。
在WSAP的自適應(yīng)算法部分中，也使用了“周期更新”的方法。對(duì)avg_p的調(diào)整每interval_l進(jìn)行一次。這里對(duì)interval_l的取值有2個(gè)要求(1)interval_l的值必須大于RTT，否則算法的性能會(huì)嚴(yán)重下降；(2)同時(shí)要求interval_l的值不能太大，否則算法的反應(yīng)速度太慢。
根據(jù)上面的說(shuō)明，考慮互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際情況，推薦interval_l的設(shè)置為1.0秒。
在avg_p的調(diào)整方法中，包含以下4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1) 在參數(shù)調(diào)整中根據(jù)“平均隊(duì)列長(zhǎng)度”(Average Queue Size)來(lái)判斷。(2) 參數(shù)的調(diào)整方法，即如果平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_q大于target，則增大avg_p；如果平均隊(duì)列小于target，則減小avg_p。SAP的特點(diǎn)是在增大和減小avg_p時(shí)，使用的是乘除法，而不是加減法。而且為了簡(jiǎn)化參數(shù)的配置，在增大和減小avg_p的計(jì)算中使用了相同的參數(shù)。推薦調(diào)整系數(shù)α的取值為2.0。(3) SAP中，target的取值方法也是SAP算法的一部分。target的大小影響SAP的調(diào)整粒度。為了保證足夠的調(diào)整粒度，要求target最好大于10.0。在設(shè)置target時(shí)，應(yīng)該在調(diào)整粒度和隊(duì)列延遲之間進(jìn)行權(quán)衡。(4) 將avg_p的取值限制在0.0001和0.5之間。
在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_q的計(jì)算是分布在基本算法和自適應(yīng)算法中的。平均隊(duì)列長(zhǎng)度的計(jì)算包括以下3個(gè)基本步驟(1) 在基本算法中，在每次對(duì)隊(duì)列長(zhǎng)度采樣后，計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的和q_sumq_sum＝q_sum+q(2) 在自適應(yīng)算法中，在每次調(diào)整avg_p前，進(jìn)行avg_q的更新計(jì)算avg_q＝q_sum/(interval_l/interval_s)(3) 在自適應(yīng)算法中，在完成avg_q的計(jì)算后，將q_sum重置為0q_sum＝0現(xiàn)結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明提出的WSAP算法予以說(shuō)明。其所用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。WSAP算法使用在R1和R2之間。試驗(yàn)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)Si和Di之間建立TCP連接，從0秒開(kāi)始，在400秒時(shí)結(jié)束。Si和Di之間的延遲設(shè)為40毫秒。R1和R2之間的帶寬取值為C＝64 Mbps，R1和R2之間隊(duì)列緩沖的大小設(shè)為2000個(gè)報(bào)文，報(bào)文的大小都設(shè)為1000字節(jié)。使用8個(gè)報(bào)文類(lèi)，針對(duì)每類(lèi)報(bào)文建立5個(gè)TCP連接。在試驗(yàn)中，隊(duì)列對(duì)報(bào)文的操作方式為“標(biāo)記”。
試驗(yàn)中，WSAP的參數(shù)設(shè)置為interval_s＝0.01秒，interval_l＝1.0秒，target＝40.0個(gè)報(bào)文，α＝2.0。丟失率區(qū)分參數(shù)的設(shè)置為wi＝1.0，4.0，9.0，16.0，25.0，36.0，49.0，64.0。
以下舉例說(shuō)明算法中的具體步驟(1) 在0.0秒時(shí)，概率值prob＝0，probi(i＝1，...，8)＝0，avg_p＝0.1，平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_q＝0，隊(duì)列長(zhǎng)度的和q_sum＝0。(2) 在0.01秒時(shí)，執(zhí)行WSAP的基本算法□ 采樣得到隊(duì)列長(zhǎng)度q＝33。
□ 計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的和(在0.0秒時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度的和為0)q_sum＝q_sum(0.0)+q＝0+33＝33
□ 計(jì)算概率值prob＝avg_p*q/target＝0.1*33/40.0＝0.0825□ 計(jì)算每一類(lèi)報(bào)文的概率值prob1＝prob*w1＝0.0825*1.0＝0.0825prob2＝prob*w2＝0.0825*4.0＝0.33prob3＝prob*w3＝0.0825*9.0＝0.7425，由于大于0.5，調(diào)整為0.5prob4＝prob*w4＝0.0825*16.0＝1.32，由于大于0.5，調(diào)整為0.5prob5＝prob*w5＝0.0825*25.0＝2.0625，由于大于0.5，調(diào)整為0.5prob6＝prob*w6＝0.0825*36.0＝2.97，由于大于0.5，調(diào)整為0.5prob7＝prob*w7＝0.0825*49.0＝4.0425，由于大于0.5，調(diào)整為0.5prob8＝prob*w8＝0.0825*64.0＝5.28，由于大于0.5，調(diào)整為0.5(3)在1.00秒時(shí)，首先執(zhí)行WSAP的基本算法□ 采樣得到隊(duì)列長(zhǎng)度q＝0。
□ 計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的和(0.99秒時(shí)q_sum的值為1634)q_sum＝q_sum(0.99)+q＝1634+0＝1634□ 計(jì)算概率值prob＝avg_p*q/target＝0.1*0/40.0＝0.0□ 計(jì)算每一類(lèi)報(bào)文的概率值prob1＝prob*w1＝0.0*1.0＝0.0prob2＝prob*w2＝0.0*4.0＝0.0prob3＝prob*w3＝0.0*9.0＝0.0prob4＝prob*w4＝0.0*16.0＝0.0prob5＝prob*w5＝0.0*25.0＝0.0prob6＝prob*w6＝0.0*36.0＝0.0prob7＝prob*w7＝0.0*49.0＝0.0prob8＝prob*w8＝0.0*64.0＝0.0然后執(zhí)行WSAP的自適應(yīng)算法，完成下面的操作□ 計(jì)算平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_q＝q_sum/(interval_l/interval_s)＝1634/100＝1.634□ 將q_sum重置為0q_sum＝0□ 因?yàn)閍vg_q的值(1.634)小于target的值(40.0)，所以減小avg_p的值avg_p＝avg_p/α＝0.1/2.0＝0.05(4)在1.01秒時(shí)，執(zhí)行WSAP的基本算法□ 采樣得到隊(duì)列長(zhǎng)度q＝0。
□ 計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的和(在1.0秒時(shí)q_sum被重置為0)q_sum＝q_sum(1.0)+q＝0+0＝0□ 計(jì)算概率值prob＝avg_p*q/target＝0.05*0/40.0＝0.0□ 計(jì)算每一類(lèi)報(bào)文的概率值prob1＝prob*w1＝0.0*1.0＝0.0prob2＝prob*w2＝0.0*4.0＝0.0prob3＝prob*w3＝0.0*9.0＝0.0prob4＝prob*w4＝0.0*16.0＝0.0prob5＝prob*w5＝0.0*25.0＝0.0prob6＝prob*w6＝0.0*36.0＝0.0prob7＝prob*w7＝0.0*49.0＝0.0□ prob8＝prob*w8＝0.0*64.0＝0.0(5)在9.00秒時(shí)，首先執(zhí)行WSAP的基本算法□ 采樣得到隊(duì)列長(zhǎng)度q＝52。
□ 計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的和(在8.99秒時(shí)q_sum的值為40514)q_sum＝q_sum(8.99)+q＝40514+52＝40566□ 計(jì)算概率值prob＝avg_p*q/target＝0.000391*52/40.0＝0.0005083□ 計(jì)算每一類(lèi)報(bào)文的概率值prob1＝prob*w1＝0.0005083*1.0＝0.0005083prob2＝prob*w2＝0.0005083*4.0＝0.0020332prob3＝prob*w3＝0.0005083*9.0＝0.0045747prob4＝prob*w4＝0.0005083*16.0＝0.0081328prob5＝prob*w5＝0.0005083*25.0＝0.0127075prob6＝prob*w6＝0.0005083*36.0＝0.0182988prob7＝prob*w7＝0.0005083*49.0＝0.0249067prob8＝prob*w8＝0.0005083*64.0＝0.0325312然后執(zhí)行WSAP的自適應(yīng)算法，完成下面的操作□ 計(jì)算平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_q＝q_sum/(interval_l/interval_s)＝40566/100＝40.566□ 將q_sum重置為0q_sum＝0□ 因?yàn)閍vg_q的值(40.566)大于target的值(40.0)，所以增大avg_p的值avg_p＝avg_p*α＝0.000391*2.0＝0.000781

表1.實(shí)施例的試驗(yàn)結(jié)果(6)在9.01秒時(shí)，執(zhí)行WSAP的基本算法□ 采樣得到隊(duì)列長(zhǎng)度q＝52。
□ 計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的和(在9.0秒時(shí)q_sum被重置為0)q_sum＝q_sum(9.0)+q＝0+52＝52□ 計(jì)算概率值prob＝avg_p*q/target＝0.000781*52/40.0＝0.0010153□ 計(jì)算每一類(lèi)報(bào)文的概率值prob1＝prob*w1＝0.0010153*1.0＝0.0010153prob2＝prob*w2＝0.0010153*4.0＝0.0040612prob3＝prob*w3＝0.0010153*9.0＝0.0091377prob4＝prob*w4＝0.0010153*16.0＝0.0162448prob5＝prob*w5＝0.0010153*25.0＝0.0253825prob6＝prob*w6＝0.0010153*36.0＝0.0365508prob7＝prob*w7＝0.0010153*49.0＝0.0497497prob8＝prob*w8＝0.0010153*64.0＝0.0649792試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。各類(lèi)報(bào)文之間的丟失率比例(li/ll)和我們?cè)O(shè)定的參數(shù)非常接近。在試驗(yàn)中，沒(méi)有發(fā)生由于隊(duì)列溢出而導(dǎo)致的報(bào)文丟失。在試驗(yàn)中，R1和R2之間的鏈路利用率為98.94％，得到的平均隊(duì)列長(zhǎng)度為42.24個(gè)報(bào)文。
上述結(jié)果是用網(wǎng)絡(luò)模擬器ns-2在一臺(tái)Intel PIII800的PC機(jī)上運(yùn)行而得到的。
由此可見(jiàn)，本發(fā)明提出的WSAP算法具有以下特點(diǎn)(1) WSAP繼承了SAP的優(yōu)點(diǎn)，可以在達(dá)到高線(xiàn)路利用率(Link Utilization)的同時(shí)，保持小的排隊(duì)延遲(Queuing Delay)。(2) WSAP提供不同類(lèi)報(bào)文之間丟失率的“相對(duì)”區(qū)分，而不提供“絕對(duì)”區(qū)分。(3) 由于WSAP算法繼承了SAP的自適應(yīng)算法，所以對(duì)區(qū)分參數(shù)wi的設(shè)置，只需要關(guān)注它們之間的比例關(guān)系，而不必關(guān)注每個(gè)參數(shù)的絕對(duì)值。例如設(shè)置w1＝1.0，w2＝2.0和設(shè)置w1＝0.1，w2＝0.2的效果是一樣的。(4) 從算法描述可見(jiàn)，WSAP可以很容易的支持很多個(gè)類(lèi)。每增加一個(gè)類(lèi)k，只需要增加一個(gè)配置參數(shù)wk和一個(gè)算法變量probk。(5) WSAP只提供丟失率的區(qū)分，而不提供吞吐量和延遲的區(qū)分。吞吐量的區(qū)分是通過(guò)丟失率的區(qū)分間接達(dá)到的。
權(quán)利要求
1.用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的提供比例丟失率區(qū)分的隊(duì)列管理方法，含有計(jì)算機(jī)從報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)用的網(wǎng)絡(luò)或路由器中采集瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度計(jì)算報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率和使用計(jì)算得到的概率丟棄或按相應(yīng)的公知標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記報(bào)文的步驟，其特征在于它是一種控制和避免擁塞用的鏈路方法中的“主動(dòng)隊(duì)列管理”方法，依次含有如下步驟(1)初始化設(shè)定interval_s，概率值prob的計(jì)算周期，設(shè)為t(s)秒；interval_l，調(diào)整概率平均值avg_p的周期，設(shè)為t(l)秒；target，平均隊(duì)列長(zhǎng)度的目標(biāo)值；α，在調(diào)整概率平均值avg_p時(shí)用的調(diào)整系數(shù)，α＞1；wi為針對(duì)不同類(lèi)報(bào)文類(lèi)i使用的比例丟失率區(qū)分參數(shù)；(2)采集瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度q；(3)計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的總和q_sum＝q_sum+q；(4)計(jì)算新的概率值prob＝avg_p*q/target(5)分別計(jì)算每個(gè)報(bào)文類(lèi)i的報(bào)文丟失率probiprobi＝prob*wi(i＝1，2，...，N)(6)判斷probi＞0.5？若probi＞0.5，命probi＝0.5；若probi＜0.5，則執(zhí)行下一步驟；(7)判斷是否到達(dá)t(s)秒？；若到達(dá)t(s)秒且沒(méi)有到達(dá)t(l)秒，則執(zhí)行步驟(2)；若到達(dá)t(s)秒且到達(dá)t(l)秒，則執(zhí)行步驟(8)；若沒(méi)有到達(dá)t(s)秒，則等待，直到到達(dá)t(s)秒；(8)調(diào)整概率平均值avg_p，它依次含以下步驟(8.1) 計(jì)算平均隊(duì)列長(zhǎng)度avg_qavg_q＝q_sum /(interval_l/interval_s)；(8.2) 重置q_sum＝0；(8.3) 判斷avg_q＜target？若avg_q＜target，則令avg_p＝avg_p/α；若avg_q＞target，則令avg_p＝avg_p*α；(8.4) 判斷avg_p＜0.0001？若avg_p＜0.0001，則令avg_p＝0.0001；若avg_p＞0.5，則令avg_p＝0.5；(8.5) 執(zhí)行步驟(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的隊(duì)列管理方法，其特征在于所述的概率值prob的計(jì)算周期interval_s的取值有下面的規(guī)律(1) 當(dāng)“往返延遲”(RTTRound Trip Time)大于100ms時(shí)，interval_s最好要比RTT小一個(gè)數(shù)量級(jí)；(2) 當(dāng)RTT小于100ms時(shí)，interval_s取值為10ms就可以達(dá)到很好的性能了；(3) interval_s的推薦取值為0.01秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的隊(duì)列管理方法，其特征在于所述的調(diào)整概率平均值avg_p的周期interval_l的取值有下面的規(guī)律(1) interval_l的值必須大于RTT，否則算法的性能會(huì)嚴(yán)重下降；(2) 同時(shí)要求interval_l的值不能太大，否則算法的反應(yīng)速度太慢。(3) 推薦interval_l的取值為1.0秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的隊(duì)列管理方法，其特征在于所述的調(diào)整系數(shù)α的取值在2.0到10.0之間；推薦α的取值為2.0。
全文摘要
用于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的提供比例丟失率區(qū)分的隊(duì)列管理方法屬于網(wǎng)絡(luò)擁塞控制和避免技術(shù)領(lǐng)域,其特征在于:它在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中采集瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度計(jì)算報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率值這一步驟中,使用了“加權(quán)的簡(jiǎn)單自適應(yīng)比例控制器”算法,它由使用比例控制器計(jì)算每類(lèi)報(bào)文對(duì)應(yīng)的報(bào)文丟棄或標(biāo)記的概率并根據(jù)報(bào)文的類(lèi)型使用相應(yīng)的概率值對(duì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)的報(bào)文進(jìn)行丟棄或標(biāo)記的基本算法和動(dòng)態(tài)的對(duì)基本算法中使用的參數(shù)avg p即概率的平均值進(jìn)行調(diào)整的自適應(yīng)算法兩部分構(gòu)成。它具有在達(dá)到高線(xiàn)路利用率的同時(shí)保持小的排隊(duì)延遲,提供不同類(lèi)報(bào)文之間丟失率的相對(duì)區(qū)分,而不提供絕對(duì)區(qū)分,區(qū)分參數(shù)的設(shè)置方便,而且可以很容易的支持很多個(gè)類(lèi)報(bào)文的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/54GK1379569SQ0211707
公開(kāi)日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2002年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月29日
發(fā)明者吳建平, 章淼 申請(qǐng)人:清華大學(xué)