[发明专利]混合网络中基于ECN机制的拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合网络中基于ECN机制的拥塞控制方法。

背景技术

与有线网络不同的是，无线网络具有较高的比特误码、复杂的信道衰落、突发的设备噪声，这些特点将导致频繁产生丢包，可是传统TCP把所有的丢包简单归结为网络拥塞而盲目采取控制策略，从而极大降低了TCP的性能。因此在有线/无线混合网络中TCP需要排除非拥塞丢包对原有的拥塞控制机制的影响。

有线/无线混合网络中主要是通过区分拥塞丢包和无线错误丢包来改进TCP性能的。丢包区分方法有基于往返时延的NCPLD、基于包的到达间隔的TCP-Biaz、基于ROTT的TCP-Spike、基于RTT变化的TCP-Bayes、基于头部校验和的TCP-HACK等等。已有的这些方法主要存在以下的问题：

(1)大多数区分方法采用端到端的测度，而在构成日益复杂的混合网络中它们具有较强的动态性，因此建立这些测度和网络状态之间的对应关系是有困难的。这将直接影响丢包区分的准确性和相应的TCP性能。TCP-Bayes方法充分重视了这一特点，建立了表明RTT和丢包性质之间动态关系的HMM模型，将区分准确率保持在了80％以上，但是获得此模型需要基于历史数据进行学习和训练，由此付出的代价将使得该方法在TCP控制中的应用受到极大的限制。

(2)目前对区分方法的评价采用丢包事件的准确性指标，而在混合网络中由于长时延特性对单个丢包事件的响应不具备实时性，也就是说，发送方所获得的区分信息其实是先前的某个时刻网络的状态。那么即使区分正确率达到100％，对于提高TCP性能也可能毫无帮助。TCP中如何有效利用丢包事件及其区分信息是很关键的。

作为目前混合网络中重要的TCP协议，TCP Westwood，Jersey都采用了丢包区分的方法。

TCP通过监测返回ACK速率来持续测量有效带宽，并用当前有效带宽估算拥塞窗口和慢启动门限值。该方法基于系统的测量结果采取不同的控制策略，实际上是把丢包识别的规则隐含全局控制里面。它的瓶颈在于ACK到达的时延和累积效应使得带宽估计的准确性受到影响。

TCP Jersey：TCP Jersey在Westwood的基础上借助于ECN机制增强了丢包区分的能力，当发生丢包时发送方检测ACK反馈，如果其中拥塞标记位(Congestion Explicit)置1，就将该丢包归为拥塞引起的，否则归为错误引起的。这就是Fei和Shiduan提出的Wireless_ECN方法，以下简称WECN。然而近年已有一些研究指出ECN机制的丢包区分能力是比较弱的，完全依赖于拥塞感知的精确程度。为此，有大量的工作从两个方面改进了基于ECN机制的丢包区分算法。

第一个方面的工作旨在提高ECN机制对拥塞的感知/标记的精度。

SpeeTCP通过优化AQM的各项参数(缓存大小、标记阈值、丢包概率等)来最小化拥塞丢包，但是这种参数优化由于是静态配置的，在多个流多瓶颈的网络中是难以保证拥塞丢包的最小化。

Multilevel ECN将标记概率区间细分为两级，并分别设计了相应的标记概率，该方法提高了ECN标记的准确性，但是也增加了路由器工作的复杂性，同时参数的设置变得更加敏感。

第二个方面的工作旨在减少ECN反馈的时延，确保TCP响应的实时性。如果ECN机制能够在各种流量发生模型中准确标记拥塞，那么应该如何对ECN的拥塞标记进行响应呢？

ACK Spoofing/Congestion Signal Cancellation方法允许路由器在反馈拥塞标记的过程中及时更新的网络状态，ACK Spoofing通过自行产生3个重复ACK提前向发送方通告拥塞，Congestion Signal Cancellation则事先缓存拥塞标记，等待下一时刻路由器确认网络状态再决定是否发送该标记，这两种技术都是为了让发送方在最短的时间内捕获最近的网络状态，但是由路由器完成这样的工作无疑加大了系统开销和实施难度。

可见，基于ECN机制的拥塞控制方法得到了广泛的关注，已有的优化方案使其显示出巨大的应用潜力。但是对于上述第二个方面的问题，即如何利用ECN的拥塞反馈来控制TCP行为，仍然需要寻找更加简洁有效的方案，也是提高目前混合网络中TCP协议性能的一个关键点。

发明内容

为了解决上述基于ECN机制的拥塞控制方法存在的技术问题，本发明提供了一种混合网络中基于ECN机制的拥塞控制方法。该方法能够将丢包事件和拥塞概率相结合进行速率调控，从而保障了链路错误增加的情况下TCP的健壮性。