[发明专利]用于带宽变化移动数据网络的链路缓冲器大小和队列长度估算的方法

说明书

联邦政府资助的研究和开发的声明

此文献不是由美国联邦机构资助而是部分地由香港SAR创新科技署提供的创新科技基金(ITS/014/10)资助，它不要求本发明的专有权益。

所提交的光盘上的“序列清单”、表或计算机程序清单附件的参考不适用

发明背景

本发明涉及无线通信，更具体地涉及无线移动互联网数字数据通信。

已知互联网传输和应用协议的性能严重依赖于底层网络链路(具体地，瓶颈链路)的特性。除了竞争流量的影响以外，瓶颈链路具有三个主要参数，即链路带宽、缓冲器大小和队列长度。参考下面由括号内的数字列出的引文，许多先前文献已经研究了估算这些链路参数的方法，例如链路带宽估算[1-3]、链路缓冲器大小估算[4-6]和队列长度估算[7-9]。这些先前文献之间的共同假设是链路带宽是恒定的，其中此假设在很大程度上对有线网络有效，因为物理链路典型地具有固定的数据传输速率。然而，对于快速发展的移动数据网络(例如，3G[10]、HSPA[11]和LTE[12])，此假设不再有效。

为了说明，图1绘出了在10秒时间间隔内测量的生产3G网络的带宽，其中仅存在从有线服务器至3G连接的接收器的单个UDP数据流。显然，不同于固定网络，即使不存在去往相同接收器的竞争流量，移动数据网络可在短时段内(以及在未示出的长时段内)呈现明显的带宽波动。这对现有的链路属性估算算法造成根本的挑战，因为固定链路带宽的假设不再有用。

已知的用于估算链路缓冲器大小的算法是最大-最小[5-6]和丢包对[6]和在TCP Vegas[7]、Veno[9]和FAST TCP[8]中使用的队列长度估算。考虑图2中所描绘的系统模型，其中单个发送器经由瓶颈链路将分组发送至接收器。瓶颈链路的参数不是已知先验的，并且传播延迟是恒定的。目标是经由对确认分组到达时间的观察，而在发送器处连续估算由q_i表示的队列长度和由L表示的链路缓冲器大小。表I总结了在下面讨论中使用的符号。

表1

Liu和Crovella[6]建议了最大-最小方法以从估算的传输延迟和最大往返时间(RTT)与最小往返时间(RTT)的差估算链路缓冲器大小。Claypool等人[5]还将最大-最小方法并入在接入网中使用的测量工具中。

最大-最小[5-6]方法和丢包对[6]方法的原理是使用RTT作为测量链路缓冲器大小的手段。具体地，设为总的下行链路传播延迟，T是一个分组的传输延迟，并且U是上行链路延迟，它们都是恒定的。接下来，设q_i为分组i在瓶颈链路上经历的排队延迟，并且n_i为在其到达队列时瓶颈链路缓冲器处已经排队等候的分组数。由rtt_i表示的用于分组i的RTT可从下式计算：

rtt_i＝P+T+U+q_i   (1)

在固定带宽链路中，分组i的排队延迟简单地等于使已经在队列中的n_i个分组出列的总时间加上已经在服务中的分组的由rtt_i表示的剩余传输时间，即

q_i＝n_iT+δ   (2)

给定链路缓冲器大小L，则n_i≤L-1。而且，剩余传输时间由δ≤T限定。因此，由q_max表示的最大排队延迟由下式给出：

q_max＝max{(L-1)T+δ}＝LT   (3)

当在分组到达时队列中没有分组时，最小排队延迟简单地等于0。由于传播延迟和传输延迟是恒定的，因此最大和最小RTT可从下式计算：

rtt_max＝P+T+U+q_max   (4)

rtt_min＝P+T+U   (5)

将(3)和(5)代入(4)中，得到

rtt_max＝rtt_min+LT   (6)

类似地，将(2)和(5)代入(1)中，产生

rtt_i＝rtt_min+n_iT+δ   (7)

重新整理(6)中的项，链路缓冲器大小可根据[4]被确定：