[发明专利]随机和弃头结合的被动队列管理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及随机和弃头结合的被动队列管理的方法。

背景技术

TCP通过“慢启动”、“拥塞避免”、“快速重传”、“快速恢复”4个算法设置不同的参数来实现不同TCP拥塞控制，就是和式增加积式减少(AIMD，additive increase multiplicative decrease)，TCP根据拥塞窗口来调整发送速度。瓶颈节点中最常用的队列管理策略是“弃尾”(Drop Tail)，即随着缓冲区的溢出而丢包，是一种被动队列管理机制。“弃尾”的缺陷包括数据流的全局同步，死锁及持续队满造成的突发数据流被扼杀等。主动队列管理虽然可以有效地解决“全局同步”问题，但存在参数设置敏感，响应相对滞后于实际网络状况的缺陷，其算法比较复杂。在实际使用中，复杂的算法给网络设备带来很大的开销，中间节点的性能下降，反而加重了网络拥塞，所以目前各种主动队列管理算法并没有在网络上大量使用。

发明内容

本发明的目的就是采用随机和弃头结合的被动队列管理的方法，网络发生拥塞，瓶颈节点队列满时，先从瓶颈节点队列头部丢弃一个数据包，然后再在队列中随机丢弃一个数据包，能有效改善公平性，消除全局同步和死锁，提高网络传输性能，并且算法计算量小。由于是在瓶颈节点队列满时才丢弃数据包，所以是一种被动式队列管理的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

当瓶颈节点队列满时，先从瓶颈节点队列头部丢弃一个数据包，然后再计算一个1到当前队列长度减1的随机数，再丢弃位于该随机数的数据包。采用随机和弃头结合丢包主要是因为：(1)瓶颈节点队列满时，说明拥塞比较严重，因此只丢弃1个数据包是不够的，如果同时丢弃2个数据包，就能尽快地让更多的发送端检测到网络拥塞而减少发送速度，来减轻拥塞状况；(2)弃头方式比其它数据包丢弃方式而言，能尽快地通知发送端网络已经拥塞；(3)同时采用随机丢包时，如果一个TCP链接在队列中的数据包个数为n个，队列最大长度为Q个数据包，则该TCP链接被丢包的概率为n/Q，对占据队列较多的TCP链接有更好的惩罚作用，改善公平性。瓶颈节点具体操作步骤如下：

Q表示瓶颈节点队列的最大长度，q表示当前瓶颈节点队列长度。

(1)判断是否有新的数据包要进入瓶颈节点队列，如果否则还是在第(6)步，如果是则到第(2)步；

(2)判断是否q≥Q-1，如果是则到第(3)步，如果否则到第(7)步；

(3)丢弃队列最前面的一个数据包；

(4)调用随机函数计算得到[1，q-2]之间的随机数；

(5)丢弃位于步骤(4)计算得到的随机数位置的数据包；

(6)新数据包进入瓶颈节点队列，然后再到第(1)步。

本发明方法能避免全局同步和死锁，改善网络传输的公平性，提高网络资源的利用率。该方法简单，适合在现有的Internet上使用。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明方法进行测试的网络拓扑；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明中Q表示瓶颈节点队列的最大长度，q表示当前瓶颈节点队列长度。

(1)判断是否有新的数据包要进入瓶颈节点队列，如果否则还是在第(6)步，如果是则到第(2)步；

(2)判断是否q≥Q-1，如果是则到第(3)步，如果否则到第(7)步；

(3)丢弃队列最前面的一个数据包；

(4)调用随机函数计算得到[1，q-2]之间的随机数；

(5)丢弃位于步骤(4)计算得到的随机数位置的数据包；

(6)新数据包进入频率节点队列，然后再到第(1)步。

图2是本发明方法的测试网络环境，R0为瓶颈节点，瓶颈链路位于节点R0和节点R1之间，链路容量12Mbps，延时15ms，分别采用不同的队列管理，缓存大小为30packets；节点Si均为持久性FTP业务源，他们与节点R0之间的链路容量均为20Mbps，延时15ms，向目标节点Di发送数据；节点Di与节点R1之间的链路容量均为20Mbps，延时15ms；数据包均为1040Byte(包括40Byte包头)。接收端Di的窗口设置足够大，使得TCP发送仅受拥塞窗口Cwnd控制。