[发明专利]一种主动队列自适应管理方法ASRED

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技术领域

本发明属于互联网技术领域。

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近年来，网络的发展日新月异，单纯使用源端拥塞控制机制已经不能满足用户对网络性能越来越高的要求。中间节点拥塞控制算法为拥塞控制的研究开拓了新的研究方向。主动队列管理算法在中间节点拥塞控制机制扮演着极为重要的角色，在实际中有着较广应用，其中以RED算法最具有代表性，但是其算法的性能对参数的设置依赖过大，算法参数敏感度高，稳定性和鲁棒性还有提高的空间，以下为几种经典的主动队列管理算法优缺点的分析：

1、RED算法分析：

RED算法监控和记录节点路由输出端口的队列长度并通过计算平均队列长度来预测拥塞。当算法根据记录的队列长度预测拥塞即将发生时，就随机地丢弃正在进入路由的数据包，使得正在与此路由通信的一定量发送端进入拥塞控制，减小其拥塞窗口，降低数据发送速度，一定程度上降低了到达路由器的数据包量而达到缓解拥塞的目的。

算法整体分为两部分，第一，计算平均队列长度，采用EWMA(Exponential Weighted Moving Average)低通滤波器计算平均队列长度，其加权平均式为：

QL_avg＝(1-w)×QL_avg+w×QL

其中QL_avg是计算出的队列平均长度；QL是路由器的瞬时队列长度，由路由器通过每个时间间隔的采样测量得到；w是加权系数，理论上0≤w≤1。

网络流量的突发性暴涨的发生几率很高，而平均队列长度不会随着网络的大量突发数据或短暂拥塞而大幅度的变化，这样过滤掉少量异常的队列变化，更确切地反映队列长度长期稳定的变化趋势，并以此为根据计算随机丢包的概率。其中，加权系数w的设定非常重要。若w的值设定较小，即QL_avg变化缓慢，对网络流量变化过于迟钝，不能很好的反应网络实时情况，这样就很难检测出初期的网络拥塞；反之如果w的值设定太大，QL_avg对网络实时变化过于敏感，削弱了过滤功能，使网络的稳定性降低。

当路由队列为空的时，路由节点即时处理了m个分组，其计算公式为：

其中，T为现在时刻，T_Qemp为队列为空的时刻，S表示一个平均大小的数据分组从到达路由器到路由器处理完成所需时间。队列的平均长度的计算公式如下：

第二，计算丢包概率。衡量网络拥塞的程度的主要判断依据是由第一步计算出的平均队列长度。基于平均队列长度，RED算法计算丢包概率来缓解拥塞。除了队列长度，RED算法还设定了两个与拥塞有关的队列长度阈值，最大值max_th和最小值min_th，根据计算出的平均队列长度QL_avg与两个阈值的关系来判断网络是否处在两个极端情况。当QL_avg<min_th时，网络环境良好，没有发生拥塞的危险，则丢弃概率为零，每一个到达的数据包都进入队列；当QL_avg>max_th时，即网络拥塞非常严重时，算法将丢包概率设为1，丢弃所有到达的数据包；当min_th<QL_avg<max_th时，路由节点按照概率P_b丢弃到达的数据包

P_b＝max_p(QL_avg-min_th)/(max_th-min_th)

其中，max_p是在区间(min_th，max_th)中P_b的最大值，且P_b＜1。

综上所述，RED算法的路由节点整体丢包概率P_b的表达式为：

可见P_b是平均队列长度为自变量的较为简单的分段线性函数，其函数图形如图3所示。相比于尾部丢弃算法，RED算法有长足的进步，能有效的避免全局同步现象，但是它仍存在一些明显的缺点。