[发明专利]ECN代理设备和ECN通知方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种显式拥塞通知（Explicit Congestion Notification，简称为ECN）代理设备和ECN通知方法。

背景技术

随着无线接入技术的迅速发展，移动网络的接入带宽不断增加，演进到长期演进（Long Term Evolution，简称为LTE）阶段可达上行50M，下行100M带宽，无线接入通道的拓展给了移动网络承载更多业务流量的机会与能力。根据CISCO公司2010年发布的预测报告，移动数据流量在2009年到2014年流量会增至40倍，到2014年移动视频流量会占总流量的66%，可见移动视频流量将是移动网络中承载的主要流量，移动视频的服务质量将是衡量网络质量的主要指标。

移动视频有两个主要特性，一个是其视频的基本特性，另一个是其传输承载于移动无线网络的附加特性。视频流量有多种分类维度，可分为终端到终端的视频流量，终端到服务器端的流量；又可分为直播，点播，下载；还可以按传输协议来分类等等。视频流量区别于其他流量的主要属性就是其大流量的属性，需要在限定的传输资源内传输尽量多的视频内容，对于一些直播，点播类节目还需要平稳可靠的传输环境来保证实时的体验，所以带宽充足且稳定可靠的传输对于视频服务的质量至关重要，传输带宽的保证需要通过技术的升级来解决，比如从通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，简称为GPRS）升级到通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，简称为UMTS），高速链路分组接入技术（High Speed PacketAccess，简称为HSPA），LTE来增加带宽，而对于传输的稳定可靠保证是业界研究的另一个方面。

对于传输控制协议/因特网互联协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，简称为TCP/IP）相关领域而言，移动网络的基本网络属性为分组TCP/IP网络，TCP协议是按照端到端设计的可靠的流传送协议，TCP协议认为底层网络是可靠的，丢包概率极小，所以TCP协议适合固定网络的传输控制，而移动网络由于其部分传输承载于无线传输，无线传输由于其无线载体的不稳定性，所以无线传输的误码率等高于固定传输，误码导致的丢包也大于固定网络，所以TCP协议在丢包的处理上不是很适合无线的传输环境。

TCP协议有四个运作特点，分别是：1）在三次握手建立连接时，协商发送端和接收端的发送和接收能力，滑窗；2）在完成连接建立之后，TCP按照当初协商的窗口大小进行报文的发送；3）提供可靠地连接，TCP的接收端将使用确认字符（Acknowledgement，简称为ACK）机制通知发送端数据是否成功接收；4）TCP发送端按照接收端的ACK来判断数据是否正确接收，并且对没有ACK的报文进行重发。

从上述TCP协议的运作特点可以看出，TCP是端到端的协议，并不直接感知报文在中间路径上传送的状态。即，在网络中间路由器丢包时，TCP协议是通过感知是否有ACK或者是否有重复的ACK来重传报文。TCP将网络路径中的所有转发设备看作是黑盒，只要感知没有在规定的时间内收到ACK，则认为报文被中间链路丢弃，并进行报文重传，保证数据可靠性。

当由于中间环节过载等原因导致丢包后，接收端的TCP连接并不立即感知到丢包，只有在定时器超时之后由于没有收到ACK才会开始重传报文。这个定时器的时间相对较长，通常从几秒到几十秒不等。报文丢弃导致TCP开始降低发送速率，甚至在一个窗口发送完毕之后，TCP的重传定时器没有超时之前，整个发送过程会停滞。在所有TCP降低性能之后，传输拥塞得到缓解，不再丢弃报文，所有TCP又会同时提高发送速率，到达一定程度之后，路由器又开始丢弃报文，并重复刚才TCP的重传过程。由此可知，过载拥塞导致的丢包跟无线承载不稳定导致的丢包非常相似，而这种丢包会导致TCP的重传过程，大幅度减低传输效率。

为了解决TCP的拥塞导致的重传问题，Internet工程任务组（Internet Engineering Task Force，简称为IETF）组织进行了协议优化，提出了RFC3168来解决此问题，在RFC3168中定义了ECN的设计目标，是通过TCP发送端和接收端以及中间路由器的配合，感知中间路径的拥塞，并主动的减缓TCP的发送速率，从而从早期避免拥塞而导致的丢包，实现网络性能的最大利用。