数字移动通信带宽变化的网络中的延迟之和算法被采用以估算底层网络连接中的链路缓冲器大小和队列长度。具体地，与过程相关联的机制补偿链路带宽变化。在具体的实施方式中，被动估算被采用以通过简单地测量带内数据分组定时执行估算来实现过程，由此消除额外的测量分组的传输的需要。此方法能够将链路缓冲器大小估算算法融合到现有的传输协议（例如，TCP）以优化流和拥塞控制。作为本发明专利技术的一部分，新的拥塞控制方法，所谓的TCP队列长度自适应（TCP-QA），被开发以在TCP发送方计算机中采用延迟之和算法来控制TCP连接中的数据流。与现有的TCP变型相比，TCP-QA可在带宽变化的网络中实现明显更好的网络带宽利用率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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，它不要求本专利技术的专有权益。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
本专利技术涉及无线通信，更具体地涉及无线移动互联网数字数据通信。
技术介绍
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TCPVegas[7]、Veno[9]和FASTTCP[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qi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1Liu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qi为分组i在瓶颈链路上经历的排队延迟，并且ni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rtti表示的用于分组i的RTT可从下式计算：rtti＝P+T+U+qi(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ni个分组出列的总时间加上已经在服务中的分组的由rtti表示的剩余传输时间，即qi＝niT+δ(2)给定链路缓冲器大小L，则ni≤L-1。而且，剩余传输时间由δ≤T限定。因此，由qmax表示的最大排队延迟由下式给出：qmax＝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：rttmax＝P+T+U+qmax(4)rttmin＝P+T+U(5)将(3)和(5)代入(4)中，得到rttmax＝rttmin+LT(6)类似地，将(2)和(5)代入(1)中，产生rtti＝rttmin+niT+δ(7)重新整理(6)中的项，链路缓冲器大小可根据[4]被确定：通过所测量的链路容量(C)和已知的分组大小(S)，估算的传输延迟(T)可从下式计算：T＝S/C(9)由此链路缓冲器大小可由下式确定：最大-最小方法[5-6]被设计用于主动估算，其中发送器通过瓶颈链路以高于链路带宽的速率发送一系列测量分组以引起队列溢出。接收器为每个接收的分组将确认(ACK)分组返回发送器。发送器然后可根据ACK分组到达时间测量最小RTTrttmin、最大RTTrttmax和链路带宽C。对于S已知，发送器可使用(10)计算L。估算过程还可由接收器进行并且感兴趣的读者可更参考由Hirabru[4]的文献得到更多的细节。从(10)可见，最大-最小方法的精确度取决于测量三个参数即rttmax、rttmin和C的精确度。具体地，如果存在共享同一瓶颈链路的背景流量，则通过竞争流调制RTT测量。Liu和Crovella[6]通过它们改进的丢包对方法解决此问题。首先，在丢包事件之前和之后仅捕获两个分组的RTT。这过滤掉与瓶颈链路处的缓冲器溢出不相关的样本。其次，分析样本的分布来确定其数学模型以进一步过滤掉因背景流量引起的噪声。这两种技术提高了丢包对方法的精确度。队列长度估算当前没有被设计为仅用于队列长度估算目的的已知测量工具。不同于作为物理网络属性的链路缓冲器大小，队列长度可根据许多参数(包括所提供的流量负载、流量特性、链路容量等)随时间改变。因此队列长度测量仅在由传输和/或应用协议生成的实际数据流的上下文中有意义。一些TCP变型实现算法以内隐地或明显地估算瓶颈链路处的队列长度用于拥塞控制目的。一个已知的实施例是TCPVegas[7]，其采用算法以根据拥塞窗口大小和当前往返时间(RTT)与最小往返时间(RTT)的差估算队列长度。相似的算法还在TCPVeno[9]和FASTTCP[8]中被采用。这些队列长度估算算法是固有被动的，因为仅实际的数据和ACK分组定时用于估算队列长度。在过程中没有生成额外的测量分组。在操作期间，TCP发送器连续测量由rtti表示的RTT，并且在ACK分组i被接收的时候记录由cwndi表示的拥塞窗口大小。然后由下式追踪最小rttmin：然后在最后一个往返时间[7]中从所期望的吞吐量即cwndi×rttmin与实际测量的吞吐量即cwndi×rtti的差计算由n’i表示的估算的队列长度：Vegas方法的一个缺点是，它使用当前拥塞窗口大小估算前一RTT中的队列长度。万一拥塞窗口大小明显不同于最后一个RTT，估算精确度将受到影响。这就是TCPVegas仅在拥塞窗口大小缓慢改变的拥塞避免阶段执行队列长度估算的原因。FASTTCP[8]通过追踪过去的拥塞窗口并且使用原始数据发送瞬间时刻的拥塞窗口计算(12)来解决此缺点。这提高了精确度，而且能够在慢启动阶段和拥塞避免阶段启用FASTTCP估算队列长度。通过使用仿真，专利技术人通过使用UDP作为传输协议实现了最大-最小算法和丢包对算法，通过使用TCPCUBIC(Linux中的默认拥塞控制)作为传输协议实现了Vegas算法，并且通过使用图2中的网络设置进行仿真。为了帮助评估，定义了两个性能度量，分别由EA和ER表示的所谓的绝对和相对链路缓冲器大小估算误差，以评估算法的性能：EA＝估算的链路缓冲器大小-实际的链路缓冲器大小(13)图3绘出了缓冲器大小为100至1000个分组的瓶颈链路的主动估算中的最大-最小和丢包对的估算误差。算法在固定带宽网络中良好地执行并不奇怪。它们的精确度也随链路缓冲器大小的增加(因(14)的分母增加)而提高。两个队列长度估算算法(即TCPVegas[7]中的Vegas算法和FA本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在数字计算机中操作的方法，包括：估算经由受可变带宽影响的无线网络发送的分组的分组传输延迟；估算在发送器与接收器之间经由所述无线网络发送的分组的排队延迟，用于补偿分组传输延迟的变化；以及根据分组传输延迟之和以及所述排队延迟估算网络队列长度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.04 US 61/543,238;2012.09.24 US 13/625,5831.一种在数字计算机中操作的方法，包括：估算经由受可变带宽影响的无线网络发送的分组的分组传输延迟；将已在排队的全部分组和当前正在传输的分组的分组传输延迟之和作为在发送器与接收器之间经由所述无线网络发送的分组的排队延迟的上限，并将所述发送器测量的当前到达瓶颈链路的分组的往返时间减去最小往返时间并减去所述当前到达瓶颈链路的分组的分组传输延迟得到的差值作为所述排队延迟的下限，估算使所述上限大于所述下限的最小队列长度，作为网络队列长度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分组传输延迟之和包括被动估算中的带内数据和ACK分组定时的测量，以避免额外测量分组的传输。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络队列长度的估算结果用于通信协议中的拥塞控制。4.根据权利要求3所述的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李耀斌，陈志丰，
申请(专利权)人：香港中文大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81
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