[发明专利]通信网络中的拥塞控制

说明书

技术领域

本发明涉及通信网络中的拥塞控制的方法、相应的计算机程序产品和计算机程序产品，以及用于通信网络中的拥塞控制的网络节点。

背景技术

作为TCP/互联网协议(IP)组的传输层的传输控制协议(TCP)的主要任务之一是拥塞控制。为此，TCP使用多种机制来实现高性能并避免网络性能降级的情况。这些机制控制数据进入网络的速率，保持数据流速率低于将触发冲突的速率。它们还尝试实现网络中不同流之间的近似公平的分配。

TCP利用成功接收到数据分组的应答或缺少这种应答来推断沿TCP连接的发送方与接收方之间的数据路径的网络条件。基于发送时间或往返时间、测量和使用定时器，TCP发送方和接收方能够通过网络来改变数据分组的流。

低额外延迟后台传输(LEDBAT)是基于延迟的拥塞控制机制，其尝试使用通过通信网络的端到端路径上(即在从发送方到接收方上的数据路径上)的可用带宽，而限制沿该路径的排队延迟的增加(参见互联网工程任务组(IETF)，RFC6817)。LEDBAT使用所测量的沿数据路径的单向延迟来限制流本身在网络中导致的拥塞。LEDBAT设计为由后台传送应用来使用，限制对竞争流的网络性能的干扰。只要数据传输机制能够承载时间戳并频繁应答数据，LEDBAT可以被用作传输协议(例如TCP)的一部分，或作为应用的一部分。

LEDBAT基于每个数据分组承载的来自发送方的时间戳来采用单向延迟测量，以检测排队延迟的增加，排队延迟的增加是拥塞的早期信号。当所估计的排队延迟超过处于几十或几百毫秒数量级的预定目标或阈值时，LEDBAT使用发送方侧的拥塞窗来降低发射速率，以减轻或防止网络中的拥塞。发送方的响应(即通过增加数据分组的后续传输之间的时间间隔来降低发送速率)通常正比于所估计的排队延迟与目标延迟之间的差异。后续传输之间的空闲时段具有几秒或几十秒的数量级。

倘若通信网络(例如局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网等)包括无线接入网(RAN)，接收方通过无线接入网(RAN)接入通信网络，则上述拥塞控制机制以及具体地LEDBAT可能对于RAN中的资源利用率具有不利的影响。这种情况涉及例如用户设备(UE)(例如移动电话、智能电话、平板电脑、计算机、媒体播放器等)经由RAN使用无线射频接入技术(例如通用移动通信系统、宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)、无线LAN(WLAN)或WiFi等)来从服务器(发送节点或发送方)下载数据。

无线网络通常采用RAN中的状态机，并且UE支持无线接口上具有不同传输比特率的无线状态和相应的资源消耗，例如相关联的控制信令、分配的频带和时隙以及UE中的功耗。在UMTS中，这些状态被称为无线资源控制(RRC)状态。图1中示出了RRC状态中的一些，以及这些状态之间的可能的转换(如箭头所指示的)。

通常，为UE提供较高比特速率的无线状态需要更多资源，并且反之亦然。RRC连接模式中的状态，以比特率和资源消耗降低的顺序是：CELL_DCH(专用信道)、CELL_FACH(前向接入信道)、CELL_PCH(小区寻呼信道)和URA_PCH(URA寻呼信道)。CELL_FACH中的功耗大约为CELL_DCH中功耗的50％，并且PCH状态使用CELL_DCH状态的功率的大约1-2％。在LTE中，具有最高比特率和资源消耗的无线状态是连接模式的活动子状态。

由于与切换无线状态相关联的延迟和资源消耗，仅当空闲时段足够长以使得通过切换至较低无线状态所节约的资源充分大于切换至较低无线状态并然后回到较高无线状态所消耗的资源时，才执行切换至较低无线状态。如图1中所示，通常使用非活动定时器T1和T2检测数据业务的空闲时段，来触发切换至较低无线状态。非活动定时器通常通过RAN的运营商来配置，并通常分别具有2秒和10秒的数量级。

结合例如LEDBAT的拥塞控制机制，如之前所述的在发送方的数据分组的后续传输之间的空闲时段增加，可能导致空中接口资源以及UE电池的低效使用。也就是说，RAN和UE可以继续驻留在高无线状态，而发送方已经在空闲时段内中断了数据分组的传输，以降低发送速率。在该空闲时段期间，直到非活动定时器触发切换至较低无线状态为止，RAN和UE的资源被浪费用于支持不用于将数据发送给UE的高比特率无线状态。此外，由于要发送的数据量没有减少，RAN和UE不得不驻留在较高无线状态更长的时间段。在图2中示出了这一点，图2针对不同的场景示出了三个数据突发，每个数据突发包括一个或更多个数据分组。