[发明专利]分组网络中的公平流控制方法

说明书

发明背景

1.发明领域

总的来说本发明涉及分组交换网，具体地说，涉及一种公平流(fair flow)控制方法。

2.相关技术

分组交换网包括ATM(异步传输模式)网络和因特网。公平流控制对通过分组交换网进行的信息传输有着重要作用。特别是ATM网络的公平流控制跟ABR(可用比特率)业务有关。

异步传输模式层提供以下4种业务：CBR(恒定比特率)、VBR(可变比特率)、UBR(未指定比特率)和ABR。在ABR业务传输数据的过程中，源在可用带宽的范围内动态地改变它的比特率，以适应网络状况的变化。ABR业务被引入ATM网络的目的是支持VBR这样的有保证的带宽业务不能有效地支持的数据应用。欲知详情，请参考S.Sathaye的ATM论坛通信管理规范，第4卷，1996年2月，F.Bonomi和K.W.Fendick的“用于可用比特率ATM业务的基于速率的流控制帧网络”，IEEE网络，第9卷，第二期，第25～39页，1995年，以及R.Jain“ATM网络中的拥挤控制和通信管理：最新进展和调查”，计算机网络和ISDN系统，第28卷，第13期，第1723～1738页，1996。

多数数据应用都是高度突发性的，很难预计数据量。为了成功地进行数据传输，网络必须按照特定的条件来工作，满足预先规定的信元损失要求、时变容差要求和信元延迟要求。由于这些特性，网络不得不按照网络负荷状态改变它们的数据传输速率。这样就引入了弹性通信量业务的概念，其中数据传输的速率是按照网络的可用带宽来调整的。弹性通信量业务的一个代表性实例就是ATM网络中的ABR业务。

从原理上讲，ABR不需要在源和交换机那里分别具有复杂的通信表征和呼叫允许控制。由于它是这样地简单，因此人们预期ABR业务的实现和部署会比带宽有保障的业务，也就是CBR或者VBR业务，要容易得多。而实际上，采用具有ABR能力的交换机看起来比原来预期的要困难得多。困难主要是如何设计出一种简单、可伸缩和稳定的ABR流算法，更具体地说，也就是在异步和分布式网络环境中的ER(显式速率)分配算法。

ATM论坛已经选择了一种基于速率的闭环方法进行ABR流控制。这种基于速率的闭环控制方法，就像它的名字一样，采用来自网络的反馈信息控制数据速率，每个源都可以按照这一数据速率将多个信元传输给网络。这些反馈信息通过一个叫做资源管理(RM)信元的特殊的控制信元传递给源。交换机有3种方式将它的拥挤状态(congestion status)写入RM信元：显式正向拥挤说明(EFCI)标记、相对速率(RR)标记和ER标记，交换机中至少需要采用其中的一种来进行基于速率的流控制。

与此同时，又长又变化多样的闭环往返延迟(RTD)和ABR VC(虚电路)中分布的瓶颈位置使得高性能ER分配算法的设计非常困难。当ABR源的传输速率是在不同时刻网络状态信息的基础之上确定的时候，网络中的ABR队列很难稳定。具体地说，如果只采用一种二进制的反馈机制(或者是EFCI或者是RR标记，或者是这两者)，处于稳态的ABR队列会不可避免地出现持久的振荡，其幅度和周期是延迟带宽积的增函数。欲知详情，请参考E.Hernandez-Valencia等等的“ATM ABR业务的速率控制算法”，欧洲通信杂志，第八卷，第一期，第7～20页，1997；F.Bonomi、D.Mitra和J.B.Serry的“高速广域ATM网络中基于反馈的流控制自适应算法”，IEEE J.Select.Areas on Communications，第13卷，第7期，第1267～1283页，1995；以及K.K.Ratmarkrishnan和Jain的“具有无连接网络层的计算机网络中避免拥挤的一种二进制反馈方法”，Proc.ACMSIGCOMM’88，303～313，1988。

ABR队列的这种振荡现象会增大信元损失以及由于缓冲器周期性的上溢出和下溢出造成链路不能得到充分利用的可能性。已经引入了利用ER标记的ABR流控制方案来实现ABR队列的渐近稳定性，从而克服二进制反馈机制的缺点。还有，设计一种渐近稳定的ER分配方法，特别是用一种简单的形式，是非常困难的。这个问题自然是具有延迟的反馈控制问题。