用於帶寬變化移動數據網絡的鏈路緩衝器大小和隊列長度估算的方法
2023-10-08 09:45:19
用於帶寬變化移動數據網絡的鏈路緩衝器大小和隊列長度估算的方法
【專利摘要】數字移動通信帶寬變化的網絡中的延遲之和算法被採用以估算底層網絡連接中的鏈路緩衝器大小和隊列長度。具體地，與過程相關聯的機制補償鏈路帶寬變化。在具體的實施方式中，被動估算被採用以通過簡單地測量帶內數據分組定時執行估算來實現過程，由此消除額外的測量分組的傳輸的需要。此方法能夠將鏈路緩衝器大小估算算法融合到現有的傳輸協議（例如，TCP）以優化流和擁塞控制。作為本發明的一部分，新的擁塞控制方法，所謂的TCP隊列長度自適應（TCP-QA），被開發以在TCP發送方計算機中採用延遲之和算法來控制TCP連接中的數據流。與現有的TCP變型相比，TCP-QA可在帶寬變化的網絡中實現明顯更好的網絡帶寬利用率。
【專利說明】用於帶寬變化移動數據網絡的鏈路緩衝器大小和隊列長度估算的方法
[0001]聯邦政府資助的研究和開發的聲明
[0002]此文獻不是由美國聯邦機構資助而是部分地由香港SAR創新科技署提供的創新科技基金(ITS/014/10)資助，它不要求本發明的專有權益。
[0003]所提交的光碟上的「序列清單」、表或電腦程式清單附件的參考不適用
[0004]發明背景
[0005]本發明涉及無線通信，更具體地涉及無線移動網際網路數字數據通信。
[0006]已知網際網路傳輸和應用協議的性能嚴重依賴於底層網絡鏈路(具體地，瓶頸鏈路)的特性。除了競爭流量的影響以外，瓶頸鏈路具有三個主要參數，即鏈路帶寬、緩衝器大小和隊列長度。參考下面由括號內的數字列出的引文，許多先前文獻已經研究了估算這些鏈路參數的方法，例如鏈路帶寬估算[1-3]、鏈路緩衝器大小估算[4-6]和隊列長度估算[7-9]。這些先前文獻之間的共同假設是鏈路帶寬是恆定的，其中此假設在很大程度上對有線網絡有效，因為物理鏈路典型地具有固定的數據傳輸速率。然而，對於快速發展的移動數據網絡(例如，3G[10]、HSPA[11]和LTE[12])，此假設不再有效。
[0007]為了說明，圖1繪出了在10秒時間間隔內測量的生產3G網絡的帶寬，其中僅存在從有線伺服器至3G連接的接收器的單個UDP數據流。顯然，不同於固定網絡，即使不存在去往相同接收器的競爭流量，移動數據網絡可在短時段內(以及在未示出的長時段內)呈現明顯的帶寬波動。這對現有的鏈路屬性估算算法造成根本的挑戰，因為固定鏈路帶寬的假設不再有用。
[0008]已知的用於估算鏈路緩衝器大小的算法是最大-最小[5-6]和丟包對[6]和在TCP Vegas[7] ,Veno[9]和FAST TCP[8]中使用的隊列長度估算。考慮圖2中所描繪的系統模型，其中單個發送器經由瓶頸鏈路將分組發送至接收器。瓶頸鏈路的參數不是已知先驗的，並且傳播延遲是恆定的。目標是經由對確認分組到達時間的觀察，而在發送器處連續估算由Qi表示的隊列長度和由L表示的鏈路緩衝器大小。表I總結了在下面討論中使用的符號。
【權利要求】
1.一種在數字計算機中操作的方法，包括: 估算經由受可變帶寬影響的無線網絡發送的分組的分組傳輸延遲； 估算在發送器與接收器之間經由所述無線網絡發送的分組的排隊延遲，用於補償分組傳輸延遲的變化；以及 根據分組傳輸延遲之和以及所述排隊延遲估算網絡隊列長度。
2.根據權利要求1所述的方法,其中所述分組傳輸延遲之和包括主動估算中的帶外分組定時的測量，以提高估算精確度。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述分組傳輸延遲之和包括被動估算中的帶內數據和ACK分組定時的測量，以避免額外測量分組的傳輸。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述排隊延遲根據從分組傳輸延遲和往返時間計算得到的上限和下限而估算。
5.根據權利 要求4所述的方法，其中所述排隊延遲的上限從所述分組傳輸延遲之和計算得到。
6.根據權利要求4所述的方法，其中分組的所述排隊延遲的下限從所述分組的往返時間、最小往返時間和所述分組的傳輸延遲計算得到。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述網絡隊列長度從所述下限計算得到，所述排隊延遲的上限從所述分組傳輸延遲之和計算得到，用於分組的所述排隊延遲的上限從所述分組的往返時間、最小往返時間和所述分組的傳輸延遲計算得到。
8.—種在計算機中操作的方法，包括: 估算經由無線網絡發送的分組的分組傳輸延遲； 估算在發送器與接收器之間經由所述網絡發送的分組的排隊延遲，用於補償所述分組傳輸延遲的變化； 根據分組傳輸延遲之和以及所述排隊延遲估算網絡隊列長度；以及 根據估算的隊列長度估算網絡鏈路緩衝器大小。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述分組傳輸延遲之和包括在主動估算中測量帶外測量分組定時，以提高估算精確度。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述分組傳輸延遲之和包括在被動估算中測量帶內數據和ACK分組定時，以避免額外測量分組的傳輸。
11.根據權利要求8所述的方法，其中所述排隊延遲根據從分組傳輸延遲和往返時間計算得到的上限和下限而估算。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述排隊延遲的上限從所述分組傳輸延遲之和計算得到。
13.根據權利要求11所述的方法，其中用於分組的所述排隊延遲的下限從所述分組的往返時間、最小往返時間和所述分組的傳輸時間計算得到。
14.根據權利要求11所述的方法，其中所述網絡鏈路緩衝器大小根據在所有隊列長度估算中取最大值而估算。
15.根據權利要求1所述的方法，其中用於補償分組傳輸延遲的變化的隊列長度的估算的結果用於通信協議中的擁塞控制。
16.根據權利要求15所述的方法,被併入到傳輸協議中。
17.根據權利要求15所述的方法，被併入到傳輸協議TCP-QA中，所述TCP-QA僅在所述發送器實現，並且與現有的標準TCP接收器兼容。
18.根據權利要求17所述的方法，包括執行下面用於TCP的擁塞避免階段(TCP—QA—CAO )、用於更新TCP的慢啟動閾值(TCP—QA—SSTHO )和用於初始化階段(TCP—QA—INITO )的步驟:
【文檔編號】H04L12/26GK103999409SQ201280048658
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年9月28日 優先權日:2011年10月4日
【發明者】李耀斌, 陳志豐 申請人:香港中文大學