[发明专利]一种实现带权带宽分配的拥塞控制方法

说明书

本发明公开一种实现带权带宽分配的拥塞控制方法，将流对ECN标记的敏感程度用x参数表示，通过全局控制器接纳应用提交的网络带宽分配需求，并根据这些传输需求的优先级顺序，计算并更新各个流的x参数值，对每个流的x参数的取值下限x_min进行取值,并对经过一个链路的所有流的x参数之和的上限x_sum进行估算。本发明在性能上，够让全局网络按照给定的优先级进行带宽的差异化分配，实现全局优化；在应用和部署上，该方案只需引入一个控制器，对现有传输协议做非常小的改动，无需修改交换机硬件，易于实现和部署。

技术领域

本发明涉网络数据传输及技术领域，具体为一种实现带权带宽分配的拥塞控制方法。

背景技术

在数据中心里，不同的数据传输任务往往具有不同的重要程度。它们希望网络能够按照传输任务的优先顺序，提供差异化的带宽分配，而不是简单的按照流的粒度进行公平性的带宽分配。例如，在优化平均任务完成时间的场景中，这些流希望网络能够按照剩余任务量越小越优先的顺序来分配带宽，这样能够实现平均流完成时间的优化。而在优化时限满足性的场景中，这些流具有最晚完成时限属性，如果实际的传输完成时间超过了该最晚完成实现，则收益会下降，此时，这些流希望网络能够按照最晚完成时间剩余时间少的流优先的策略分配带宽，从而让更多的流能够在自己的最晚完成时限内完成。

因此，如何在网络中为传输任务提供差异化的带宽分配服务，按照任务给定的优先顺序分配带宽，是十分重要的网络需求。

目前已有多种能够实现按优先级带宽分配的方案，大致分为以下几类。

第一类方案是设计一个集中的控制器，严格的控制网络中的每个数据包应该何时进行发送，或者限制每个流的发送速率，通过集中式的精确控制，让不同的流按照优先关系占用网络链路。这类方法有两方面缺点。一是控制器管控的内容太多太细，成为整个网络的性能瓶颈；二是与传统网络兼容性不好，需要做大量的协议修改。

第二类方案是让每个数据包携带优先级值，然后让设计新颖的网络交换机或者路由器，让网络设备严格的按照流的优先级顺序近排队和转发，从而实现按照优先级的带宽分配。这种方法虽然能够实现很好的调度效果，但是需要交换机进行复杂的计算和处理，而目前的交换机支持的优先级数目非常有限，因此这种方案很难在实际生产中进行部署。

第三类方案则是在第二类方案的基础上做出了一些设计妥协。因为目前的大部分交换机具备支持4-8个数目不等优先级的队列能力。因此这类方案通过动态的将不同的流所需的优先级映射到这些已有的数量的优先级上，虽然会有一定的性能损失，但是也能较好的实现按优先级进行带宽分配的目的。不过这种方案依然存在部署的问题。这是因为，实际的数据中心里同通常是很多类的业务并存。这些网络优先级往往已经预留给了特殊的应用或者服务，最后每类应用最多只有一个队列可以用。当多个同类业务经过同一个链路时，这些方案依然无法在这些相同业务类型的多个流之间按照优先顺序使用带宽。

此外，还有一些方案则是通过控制DCTCP（数据中心传输控制协议Data CenterTransmission Control Protocol）拥塞控制窗口在应对ECN（显式拥塞通知ExplicitCongestion Notification）标记时的减少幅度来控制每个流对拥塞反应，从而让不同的流按照不同的优先顺序抢占带宽。具体的，假设某个TCP流的当前拥塞窗口为W，接收者反馈的标记ECN的ACK所占比例值的滑动平均值为a，是[0,1]之间的小数。在传统的DCTCP协议中，DCTCP发送方在收到带ECN标记的ACK后，将对窗口进行调整。先后出现了两种调整策略：A策略收到一个ECN标记的ACK后将W减少Wa/2（即W=W*(1-a/2)，并确保在一个窗口的数据量内W最多因此减少一次；B策略每收到一个ECN标记的ACK后，将W减少a/2，由于在拥塞避免情况下发送方每收到一个ACK还会将拥塞窗口增加1/W，因此此种情况下拥塞控制窗口的改变情况是：W=W+1/W-a/2。