DE60217361T2

DE60217361T2 - Verfahren und System zur Überlastkontrolle in einem Kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE60217361T2
Application number: DE60217361T
Authority: DE
Inventors: Dmitri Loguinov
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: US7206285B2; DE60217361D1; EP1417808B1; WO2003015355A3; EP1417808A2; JP2004538719A; KR20040023719A; CN1539224A; US20030026207A1; ATE350841T1; WO2003015355A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft digitale Paketübertragungen, und insbesondere ein Verfahren und ein System zur Bereitstellung einer Überlastungskontrolle in einem digital vermittelten Paketkommunikationsnetzwerk, das eine serielle Datenübertragung einsetzt.
2. Beschreibung der Erfindung
Herkömmliche Überlastungskontrollschemata werden verwendet, um die Vermittlungspufferanforderungen auf ein Mindestmaß zu verringern und es Benutzern zu ermöglichen, über einen gerechten Zugang zur verfügbaren Bandbreite zu verfügen. Insbesondere dient die Überlastungskontrolle dazu, die Last auf dem Netzwerk zu verringern, wenn die Last übermäßig wird und die Pakete verloren werden. Somit gestattet die Überlastungskontrolle dem Netzwerk, sich von der Überlastung zu erholen und bei einer optimalen Last tätig zu sein. Aufgrund von Umständen der Skalierbarkeit wird die Überlastungskontrolle gewöhnlich von Ende zu Ende ausgeführt, d.h., führen Internet-Quellenknoten die Überlastungskontrolle auf Basis des Überlastungszustands des Netzwerks dynamisch durch.
Bei den meisten Internet-Anwendungen setzt eine typische Überlastungskontrolle Erhöhungs-Verringerungs-Ansprechfunktionen ein, um die Senderate auf Basis einer binären Überlastungsrückmeldung und der verfügbaren Bandbreite im Netzwerk zu regulieren. Wenn die Rückmeldungsinformation angibt, dass die Kapazität der Engpassverbindung im Netzwerk überschritten wurde, wendet die Überlastungskontrolle die Verringerungsfunktion (f_D) auf die gegenwärtige Senderate an. Andernfalls wendet die Überlastungskontrolle die Erhöhungsfunktion (f_I) auf die gegenwärtige Senderate an. In diesem Schema wird die Netzwerklast durch Begrenzen der Last auf dem Netzwerk durch richtiges Regulieren der Senderaten bei einer optimalen Kapazität gehalten.
Die folgende Gleichung fasst die Erhöhungs-Verringerungs-Überlastungskontrollschemata zusammen:
Die obige Gleichung (1) verwendet diese Symbole:

f = Überlastung positiv, wenn eine Überlastung vorhanden ist; andernfalls ist ischerweise der Paketverlust als Rück f Null (in der Praxis wird typmeldung f verwendet);
x_i = gegenwärtige Senderate während des Zyklus i, wobei die Regulierung o Überlastungskontrollzyklus vorgenoder Senderate einmal prmmen wird und eine typische ip TiÜberlastungskontrollzykluslänge eine Zweiwegzeit (Round-Trme, RTT) ist;
x_i+l = nächste Senderate von Daten;
f_D = Verringerungsfunktion zur gegenwärtigen Senderate; und
f_I = Erhöhungsfunktion zur gegenwärtigen Senderate.

Eine als AIMD(Additive-Increase/Multiplicative-Decrease, additive Erhöhung/multiplikative Verringerung)-Schema bekannte herkömmliche Technik weist sowohl f_I als auch f_D als lineare Funktionen der gegenwärtigen Rate x_i auf. Das AIMD-Verfahren wird typischerweise in einer TCP-Umgebung verwendet und ist als
definiert.
Aus der obigen Gleichung (2) kann abgeleitet werden, dass der Verringerungsschritt (f_D) im AIMD-Verfahren multiplikativ (oder eine lineare Funktion um einen Faktor für jede RTT) ist, und der Erhöhungsschritt (f_I) additiv (oder eine konstante Funktion für jede RTT) ist. Der empfohlene Wert für β sowie α ist 0,5 bzw. 1.
Ein anderer verbesserter Erhöhungs-Verringerungs-Algorithmus in der herkömmlichen Technik, der als die binomischen Algorithmen bekannt ist, ist eine Erweiterung des obigen AIMD-Konzepts und wie folgt definiert:
In der Praxis kann dieser binomische Algorithmus jedoch nicht für l > 1 verwendet werden, da der Verringerungsschritt von jedem beliebigen Zustand x_i zu einer Verringerung der Senderate auf einen negativen Wert führen kann. Als Ergebnis war die Verwendung der herkömmlichen binomischen Algorithmen auf den Wert von l ≤ 1 beschränkt und waren die empfohlenen Werte für 1 und k auf die Erfüllung der Bedingung k + l = 1 beschränkt. Ein besonderer Fall der obigen binomischen Überlastungskontrollschemata, der als das IIAD(Inverse Increase Additive Decrease, inverse Erhöhung/additive Verringerung)-Verfahren bekannt ist, empfiehlt ein Festlegen von k = 1 und l = 0, und ein anderes SQKT(Square Root, Quadratwurzel)-Verfahren empfiehlt ein Festlegen von k = l = 0,5. Darüber hinaus muss k + l in allen binomischen Schemata strikt über Null liegen, um zu einem gerechten Zustand (d.h., einer gerechten Verbindungsnutzung) zu konvergieren. Für Hintergrundinformationen siehe zum Beispiel "Binomial Congestion Control Algorithms", IEEE InfoCom 2001, und "The Loss-Delay Adjustment Algorithm: ATCP-friendly Adaption Scheme", NOSSDAV 1998, XP002226884.
Obwohl wie oben angegeben unterschiedliche Arten von Überlastungskontrollschemata verfügbar sind, sind keine bestehenden Techniken verfügbar, die den Datenfluss zwischen einem Quellen- und einem Bestimmungsendsystem wirksam so steuern können, dass die Überlastung kontrolliert wird und die unverwendete Kapazität genutzt wird, während bestimmte Dienstgüte (QoS)-Garantien bewahrt werden. Demgemäß schlägt die vorliegende Erfindung ein nichtlineares Erhöhungs-Verringerungs-Überlastungskontrollverfahren vor, das Echtzeitschätzungen der Engpass-Bandbreite verwendet, um eine hohe Flussskalierbarkeit zu erreichen und einen stabilen Paketverlust zu bewahren, der nicht mit einer Zunahme der Anzahl der Datenflüsse, die sich eine gemeinsame Verbindung teilen, zunimmt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 8 zur Bereitstellung einer Überlastungskontrolle in einer Echtzeit-Datenstromanwendung zwischen einem Quellensystem und einem Bestimmungssystem.
Es liegt ein Verfahren zur Bereitstellung einer Überlastungskontrolle in einem Kommunikationsnetzwerk vor. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: Senden mehrerer serieller Datenübertragungen von einem Quellenknoten zu einem Bestimmungsknoten; Bestimmen der Bandbreitenkapazität des Netzwerks, um zu be stimmen, ob ein Überlastungszustand vorhanden ist; Regulieren der Senderrate, mit der die Quelle gegenwärtig die Daten sendet, gemäß einem ersten vorbestimmten Kriterium, wenn keine Überlastung auftritt; und Regulieren der Senderrate der Quelle gemäß einem zweiten vorbestimmten Kriteriumn, wenn eine Überlastung auftritt. Das erste vorbestimmte Kriterium beinhaltet das Erhöhen der Anzahl der Pakete, die durch den Quellenknoten gesendet werden, während das zweite vorbestimmte Kriterium das Verringern der Anzahl der durch den Quellenknoten gesendeten Pakete beinhaltet. Es werden beliebige Regulierungsschritte durchgeführt, um eine hohe Flussskalierbarkeit herzustellen und eine gute Gerechtigkeit für die Quellenknoten zu bewahren.
Es wird ein System zur Bereitstellung der Überlastungskontrolle in einem Kommunikationsnetzwerk durch Regulieren der Senderrate zwischen zumindest einem Senderknoten und einem Bestimmungsknoten bereitgestellt. Das System beinhaltet ein Mittel, um mehrere Datenübertragungen von einem Quellenknoten zum Bestimmungsknoten zu senden; ein Mittel, um eine Bandbreitenkapazität des Netzwerks zu bestimmen; ein Mittel, um auf Basis der Bandbreitenkapazität des Netzwerks eine Überlastungsrückmeldungsinformation zu erzeugen, um einen Überlastungszustand zu bestimmen; und ein Mittel, um die Senderrate, mit der die Quelle gegenwärtig die Daten sendet, auf Basis der Überlastungsrückmeldungsinformation und der Bandbreitenkapazität des Netzwerks zu regulieren. Wenn keine Überlastung auftritt, erhöht das System die Anzahl der Pakete, die durch den Quellenknoten mit der ersten Rate und, falls ein vorbestimmter Bereich der Bandbreitenkapazität des Netzwerks genutzt wird, mit der zweiten Rate gesendet werden. Wenn eine Überlastung auftritt, verringert das System die Anzahl der Pakete, die durch den Quellenknoten mit einer vorbestimmten Rate gesendet werden.
Diese und andere Vorteile werden Fachleuten beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung eines Datenkommunikationssystems, das das Überlastungskontrollschema nach der vorliegenden Erfindung verwenden kann;
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das das Quellen- und das Bestimmungsendsystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die funktionellen Elemente des Systems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist eine graphische Darstellung der Bandbreitennutzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Betriebsschritte zur Bereitstellung der Überlastungskontrolle nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In der folgenden Beschreibung sind, zum Zweck der Erklärung anstatt der Beschränkung, besondere Einzelheiten wie etwa die besondere Architektur, Schnittstellen, Techniken usw. bekannt gemacht, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Zusätzlich wurde zur Klarheit und zur Einfachheit auf ausführliche Beschreibungen von wohlbekannten Einrichtungen, Schaltungen, und Verfahren verzichtet, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Einzelheiten unverständlich zu machen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Datenkommunikationssystem zum Austausch von Datenpaketen nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das System beinhaltet einen Quellenknoten 18 und einen Bestimmungsknoten 22, die über eine Kommunikationsverbindung 10 miteinander gekoppelt sind. Die Kommunikationsverbindung 10 kann in der Form von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder als geteiltes Kommunikationsmedium, d.h. ein Token-Ring oder ein Ethernet-LAN, ausgeführt sein. Zusätzlich kann die Kommunikationsverbindung 10 eine drahtlose Verbindung, eine verdrahtete Verbindung, eine Satellitenverbindung, oder eine Langstrecken-Lichtleitfaserverbindung beinhalten. Eine Anzahl von Benutzerknoten 12a bis 12n und 16a bis 16n ist mit dem Quellenknoten 18 bzw. dem Bestimmungsknoten 22. verbunden. Jeder Knoten kann eine Arbeitsstation, einen Datenübertragungsvorrechner, eine Brücke, einen Router, oder jede beliebige andere prozessorartige Einrichtung beinhalten, die fähig ist, Datenpakete zu senden und zu empfangen. Es sollte bemerkt werden, dass das in 1 gezeigte Netzwerk zu Darstellungszwecken klein ist. In der Praxis würden die meisten Netzwerke eine viel größere Anzahl von Wirtscomputern und Netz werkvermittlungseinrichtungen beinhalten. Somit sollte die Anzahl der Knoten in der Zeichnung dem Rahmen der Erfindung keine Beschränkungen auferlegen.
2 veranschaulicht eine erweiterte Ansicht von 1, die die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die vorliegende Erfindung stellt eine Überlastungskontrolle bereit, um die Paketübertragungsraten auf Basis der Überlastungsrückmeldungsinformation, die aus der Überwachung des Datenflusses durch den Empfänger (den Knoten 22) und die Meldung des Paketverlusts in besonderen Paketen an den Sender erlangt wird, zu regulieren. Im Betrieb werden Datenpakete, die durch den Quellenknoten 18 erzeugt werden, zum Zwischenknoten 20 und dann zum Bestimmungsknoten 22 gesendet. Wenn das Netzwerk eine Überlastung erfährt, da der Verkehr, der dem Netzwerk geboten wird, die Kapazität des Netzwerks überschreitet, wird der Überlastungszustand kontrolliert, um die Dienstgüte (QoS) für jede Verbindung zu garantieren. Das Feststellen des Überlastungszustands auf Basis des Paketverlusts ist in der Technik wohlbekannt und kann auf eine Vielfalt von Weisen durchgeführt werden.
3 veranschaulicht die funktionellen Blockelemente des Quellenknotens 18, die zur Regulierung der Senderate fähig sind, nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Quellenknoten 18 beinhaltet eine Datenquelle 32, eine Überlastungskontrolleinrichtung 30 und einen Paketpuffer 34. Die Überlastungskontrolleinrichtung 30 legt die Übertragungszeit jedes Datenpunkts in das Netzwerk zeitlich fest, indem sie auf Basis des Empfangs der Überlastungsrückmeldungsinformation und der gegenwärtigen Paketrate, die durch den Paketpuffer 34 überwacht wird, ein Sendesignal zur Datenquelle 32 sendet.
4 veranschaulicht das Konzept der Gerechtigkeit nach der vorliegenden Erfindung. Hier stellt die Y-Achse die Senderate einer Verbindung über einen bestimmten Weg dar. Die fett gedruckte Kurve ist die Senderate des Flusses 1, die bei einer Zeit 0 beginnt. Der Fluss 2 ist durch die gestrichelte Linie angegeben, die zu irgendeiner Zeit t₀ > 0 beginnt. Wie in 4 gezeigt besetzt der erste Fluss zur Zeit t₀ die gesamte Kapazität des Wegs, weshalb er gegenüber dem zweite Fluss ungerecht ist. Hier bedeutet "Konvergenz zur Gerechtigkeit", dass schließlich beide Flüsse ungefähr die gleiche Senderate, die gleich C/2 ist, unterhalten werden, wobei C die Kapazität ist. Die Zeit, die nötig ist, um zu einem gerechten Zustand zu konvergieren (d.h., t₁-t₀), wird als "Konvergenzgeschwindigkeit" oder einfach als "Konvergenz" bezeichnet. Folglich ist es erwünscht, über eine Überlastungskontrolle mit einer hohen Konvergenzgeschwindigkeit zu verfügen.
Die vorliegende Erfindung gestattet die Verwendung derartiger Parameter in Gleichung (3), die eine schnellere Konvergenz zur Gerechtigkeit garantieren, als mit den gegenwärtigen Verfahren möglich ist. Es wird bemerkt, dass dies nur einer der Vorteile der Verwendung der vorliegenden Erfindung ist, während der zweite Vorteil das Erreichen einer höheren Flussskalierbarkeit (d.h., der Fähigkeit, ohne die nachteiligen Auswirkungen eines hohen Paketverlusts eine große Anzahl gleichzeitiger Flüsse zu unterstützen) ist. Es wird auch bemerkt, dass beide Vorteile möglicherweise nicht immer zur gleichen Zeit möglich sein können (d.h., die schnelle Konvergenz und die Skalierbarkeit stellen gegenseitige Kompromisse dar).
Nun wird nachstehend eine ausführliche Beschreibung, wie die verfügbare Bandbreite gerecht unter allen Knoten aufgeteilt wird, während bestimmte Dienstgütegarantien (d.h., ein konstanter Paketverlust) bewahrt werden, erklärt. Vor der Erklärung des erfinderischen Verfahrens zur Regulierung der Senderrate ist ein gewisses Verständnis des Hintergrundmaterials nötig.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Gleichungen (1) bis (3) im Abschnitt, der den allgemeinen Stand der Technik betrifft, wird vorgebracht, dass für die Verringerungsfunktion die herkömmlichen binomischen Algorithmen nicht für l > 1 verwendet werden können. Wenn beliebige Werte von l > 1 verwendet werden, führt dies zu einer suboptimalen Konvergenz zur Gerechtigkeit. Doch wenn die Verringerungsfunktion von l > 1 verwendet wird, kann das System eine viel schnellere Konvergenz zur Gerechtigkeit garantieren. Somit wird die Verwendung von l größer als 1 in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, um die Gerechtigkeit schneller zu erreichen. Zum Beispiel kann durch Festlegen von l = 2 und k = 0 in der Gleichung (3) eine schnellere Konvergenz erreicht werden; das herkömmliche Verfahren war jedoch auf den Wert von l ≤ 1 beschränkt.
Das zweite Problem beim herkömmlichen Verfahren ist die schlechte Skalierbarkeit. "Skalierbarkeit" bezieht sich auf die Fähigkeit eines Schemas, viele gleichzeitige Flüsse ohne eine Zunahme des Paketverlusts zu unterstützen, wenn die Anzahl der Flüsse über eine geteilte Verwindung n zunimmt. Viele Analysen und Versuche haben gezeigt, dass der Paketverlust proportional zu n^l+2k+l zunimmt, wenn die Anzahl der Flüsse n zunimmt. Um eine bessere Skalierbarkeit zu erreichen, muss der Wert der Potenz, l + 2k + l, klein sein. Die herkömmlichen AIMD-Verfahren weisen eine schlechte Skalierbarkeit auf, die als n² definiert ist. Andere Verfahren des Stands der Technik, IIAD (inverse Erhöhung/additive Verringerung, d.h., k = 1, l = 0) und SQRT (d.h., l = k = 0,5) haben eine schlechtere Skalierbarkeit von n³ bzw. n^2,5. Ein Schlüsselgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist, einen Wert für l + 2k + l zu erhalten, der so dicht als möglich an 0 liegt. Wenn der Wert von l + 2k + l unter Null fällt, wird die Zeit für die Konvergenz zur Gerechtigkeit größer. Darüber hinaus sollte ein ideales Überlastungskontrollverfahren bestrebt sein, ungeachtet der Anzahl der Benutzer einen konstanten (anstatt abnehmenden) Paketverlust zu bewahren, damit das Netzwerk eine bestimmte Dienstgüte garantieren kann.
Um einen konstanten Paketverlust (d.h., l + 2k + l = 0) zu bewahren, muss der Wert von 1 größer als l sein. Man erinnere sich, dass die Bedingung für die Konvergenz durch k + 1 > 0 gegeben ist, was sich kombiniert mit l + 2k + l = 0 zu -(l + 1)/2 + l > 0 oder l > 1 übersetzt. Bei der vorliegenden Erfindung ist es nötig, den Wert von l > 1 zu verwenden, und muss der Wert von k geringer als -1 sein. Daher ist die folgende Bedingung nötig, um in einem Kommunikationssystem einen konstanten Paketverlust zu erreichen.
Um die obige Bedingung durchzusetzen, benutzt die vorliegende Erfindung Echtzeit-Bandbreitenschätzungen C, um die Verwendung von Verringerungspotenzfunktionen mit konstanter Paketverlustskalierbarkeit zu gestatten, was bei Schemata des Stands der Technik unmöglich war. Zu diesem Zweck misst der Bestimmungsknoten 22 die Engpass-Bandbreite in Echtzeit unter Verwendung von End-zu-End-Verfahren. Die vorliegende Erfindung erhält für jedes Bündel von Paketen (bei einem Bündel handelt es sich um zwei oder mehr Pakete, die durch den Sender hintereinander gesendet werden) eine Schätzung der Engpasskapazität C, wodurch die Unmöglichkeit der Verwendung von Werten für 1, die größer als 1 sind, überwunden wird. Das Schätzen der Engpasskapazität ist in der Technik wohlbekannt und kann auf eine Vielfalt von Weisen durchgeführt werden. Siehe zum Beispiel die US-Patentanmeldung Nr. US2002-169,880, die am 19. April 2001 durch den gleichen Anmelder eingereicht wurde.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die Gleichungen (1) und (3), und mit Kenntnis der Kapazität der Engpassverbindung C, verwendet die vorliegende Erfindung die Werte von α und β, um die Paketraten zu regulieren:
Es wird bemerkt, dass die Bedingung, dass die neue Rate niemals unter Null fallen wird, durch die obige Wahl der Konstanten in der Gleichung (4) erfüllt wird. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass die Rate x_i stets durch C begrenzt ist. Beim herkömmlichen System sind die Werte von α und β fest auf 1 bzw. 0,5 festgelegt. Doch bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Gleichung (4) gewählt, um den Wert von f_D(x_i) und f_I(x_i) für alle Werte von x_i ≤ C zu binden. Das heißt, für alle Raten x_i unter der Kapazität C beträgt das Ausmaß der Erhöhung f_I(x_i) nicht mehr als x_i/D, und beträgt das Ausmaß der Verringerung f_D(x_i) nicht mehr als x_i/m. Folglich beträgt die neue Rate x_i+1 nicht weniger als x_i(1-1/m), was immer größer als Null ist.
Der Parameter m bestimmt, wie aggressiv der Verringerungszyklus sein soll, und beeinflusst das Verhalten der Langzeitnutzung der Verbindung. Es wird bemerkt, dass m zumindest 1 betragen muss, und dass größere Werte von m zu einer höheren Verbindungsnutzung, aber einer langsameren Konvergenz zur Gerechtigkeit führen können. Der Parameter D bestimmt, wie aggressiv die Überlastungskontrolle während der Erhöhungsphase sein soll, und beeinflusst das Ausmaß des Paketverlusts, der durch die Flüsse auf einer geteilten Verbindung erlitten wird. Somit führen größere Werte von D zu weniger Paketverlust, aber einer langsameren Konvergenz zur Gerechtigkeit. Demgemäß sind die empfohlenen Werte zum Finden eines optimalen Betriebspunkts 2 ≤ m ≤ 8 und 5 ≤ D ≤ 20. Darüber hinaus sind die Bedingungsanforderungen von k < -1 und l > 1 notwendige Bedingungen zur Schaffung von Überlastungskontrollschemata mit konstantem Paketverlust.
Um die Konvergenzeigenschaften von Schemata mit Parametern, die in Gleichung (4) gezeigt sind, zu verbessern, schlägt die vorliegende Erfindung wie nachstehend beschrieben zwei zusätzliche Verfahren vor.
Um die Konvergenz zur Gerechtigkeit während des Erhöhungszyklus zu beschleunigen, wird das Schema den Wert von α während jedes Erhöhungszyklus verdoppeln. Dies wird das Schema progressiv aggressiver machen, da die Er höhungsschritte größer und größer werden. Dies wird die Suche des Schemas nach einer neuen Bandbreite in Fällen, in denen es lange dauert, um die gesamte Kapazität der Engpassverbindung auszufüllen, beschleunigen. Jedes Mal, wenn das Schema einen Paketverlust erleidet und gezwungen ist, die Rate zu verringern, wird der Wert von α auf den in Gleichung (4) gezeigten Wert zurückgesetzt. In der Praxis muss diese exponentielle Erhöhung von α zu irgendeiner Zeit anhalten, die dann eintritt, wenn der Erhöhungsschritt f_i(x_i) größer als ein bestimmter Prozentsatz der Kapazität C, d.h., C/M, wird, wobei Meine Konstante ist, die größer als l ist. Mit anderen Worten wird α verdoppelt, während diese Bedingung gilt: αxi -k ≤ C/M (5),wobei C die Kapazität der Engpassverbindung ist, und M konstant (typischerweise im Bereich von 10 bis 100) ist. Mit anderen Worten wird die Erhöhungsfunktion f_I mit jedem Überlastungszyklus (d.h., einmal pro RTT) verdoppelt werden, bis sie einen bestimmten Wert im Bereich zwischen 1 % und 10 % der Kapazität C erreicht. Nach dem Erreichen eines bestimmten Prozentsatzes (1 bis 10 %) der Bandbreitenkapazität wird die Erhöhungsfunktion f_I konstant sein, d.h., f(x_I) = C/M. Dies bildet eine lineare Sondierung nach einer neuen Bandbreite und ist der Verwendung der Erhöhungspotenz k = 0 gleichwertig. Diese Bedingung wird durch Verwenden der folgenden Berechnung von α für alle Vermehrungszyklen außer demjenigen, der der Überlastung folgt, durchgesetzt (während des ersten Vermehrungszyklus nach der Überlastung verwendet das Schema die Gleichung (4): αi+1 = min(2αi, Cxki /M).
Die zweite Verbesserung wird auf den Verringerungszyklus eines Schemas mit konstanter Paketverlustskalierbarkeit angewendet. Um das Zurückweichen (d.h., die Ratenverringerung) während der Überlastung zu beschleunigen, verdoppelt das vorgeschlagene Verfahren den Wert von β nach jedem Verringerungszyklus. Man beachte, dass der Wert von β auf seinen Standardwert in Gleichung (4) zurückgesetzt wird, sobald die Überlastung entlastet wurde. Die gleiche Regel gilt für das Verdoppeln des Werts von β – dem Verringerungsschritt soll nicht gestattet werden, aggressiver als die Hälfte der gegenwärtigen Senderate x_i zu werden, d.h., f_D(x_i) sollte stets nicht mehr als x_i/2 betragen.
Folglich muss die folgende Bedingung für jeden Verringerungszyklus (außer dem einen direkt nach der erstmaligen Feststellung der Überlastung) erfüllt werden: βi+1 = min(2βi, x1-li /2) (6).
Legende der Zeichnungen

1

18: Quellenknoten
22: Bestimmungsknoten

2

Congestion feedback: Überlastungsrückmeldung
18: Quellenknoten
22: Bestimmungsknoten

3

Congestion feedback: Überlastungsrückmeldung
32: Datenquelle
Send signal: sende Signal
30: Überlastungskontrolleinrichtung
Current packet rate: gegenwärtige Paketrate
34: Paketpuffer
To network: zum Netzwerk

4

Sending rate: Senderate
Max capacity: maximale Kapazität
Flow 1 (2): Fluss 1 (2)
Time: Zeit

5

Packet loss detected (i.e., congestion)?: Paketverlust festgestellt (d.h., Überlastung)?
Yes/No: ja/nein
Compute sending rate according to equation (3): Berechne Senderate nach Gleichung (3)

Claims

Verfahren zur Bereitstellung einer Überlastungskontrolle in einem Kommunikationsnetzwerk, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Senden mehrerer serieller Datenübertragungen von einem Quellenknoten (18) zu einem Bestimmungsknoten (22); b) Bestimmen, ob im Netzwerk eine Überlastung auftritt; c) Bestimmen einer Bandbreitenkapazität des Netzwerks; d) Regulieren einer Senderrate, mit der der Quellenknoten gegenwärtig die Daten sendet, gemäß einem ersten vorbestimmten Kriterium, wenn keine Überlastung auftritt; und e) Regulieren der Senderrate des Quellenknotens (18) durch Verringerung gemäß einem zweiten vorbestimmten Kriterium, wenn eine Überlastung auftritt, wobei der Regulierungsschritt d) gemäß dem ersten vorbestimmten Kriteriumn die folgenden Schritte umfasst: Erhöhen der Senderrate, mit der der Quellenknoten (18) gegenwärtig die Daten sendet, durch Verdoppeln; und Zurückführen der Senderrate auf eine lineare Rate, wenn im Netzwerk ein vorbestimmter Prozentsatz der Bandbreite genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Regulierungsschritt d) gemäß dem ersten vorbestimmten Kriterium das Erhöhen der Anzahl der Pakete, die durch den Quellenknoten (18) gesendet werden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Regulierungsschritt e) gemäß dem zweiten vorbestimmten Kriterium das Verringern der Anzahl der Pakete, die durch den Quellenknoten (18) gesendet werden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Regulierungsschritt e) gemäß dem zweiten vorbestimmten Kriterium den Schritt des Verringerns der Senderrate, mit der der Quellenknoten (18) gegenwärtig die Daten sendet, um ein bestimmtes Ausmaß umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jegliche Regulierung der Senderrate dazu tätig ist, eine maximale Datenübertragungsrate und einen konstanten Paketverlust herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes solche vorbestimmte Kriterium des Regulierungsschritts eine schnellere Konvergenz zu einem stabilen Betrieb bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Datenfluss vom Quellenknoten (18) gleichzeitig zu mehreren Bestimmungsknoten gesendet wird, und die Bandbreitenkapazität für jeden solchen Datenfluss, der zu jedem der mehreren Bestimmungsknoten (22) gesendet wird, bestimmt wird.
System zur Bereitstellung einer Überlastungskontrolle in einem Kommunikationsnetzwerk durch Regulieren einer Senderrate zwischen zumindest einem Senderknoten (18) und einem Bestimmungsknoten (22), umfassend ein Mittel, um mehrere Datenübertragungen vom Quellenknoten (18) zum Bestimmungsknoten (22) zu senden; ein Mittel, um eine Bandbreitenkapazität des Netzwerks zu bestimmen; ein Mittel, um auf Basis der Bandbreitenkapazität des Netzwerks eine Überlastungsrückmeldungsinformation zu erzeugen, um einen Überlastungszustand zu bestimmen; und ein Mittel, um die Senderrate, mit der der Quellenknoten (18) gegenwärtig die Daten sendet, auf Basis der Überlastungsrückmeldungsinformation und der Bandbreitenkapazität des Netzwerks zu regulieren, wobei das Regulierungsmittel die Anzahl der Pakete, die durch den Quellenknoten (18) gesendet werden, bei Nichtauftreten einer Überlastung verdoppelt, und die Senderrate auf eine lineare Rate zurückführt, wenn ein vorbestimmter Prozentsatz der Bandbreitenkapazität des Netzwerks genutzt wird, und wobei das Regulierungsmittel die Anzahl der Pakete, die durch den Quellenknoten (18) mit einer vorbestimmten Rate gesendet werden, verringert, wenn eine Überlastung auftritt.
System nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Mittel, um die Überlastungsrückmeldungsinformation zu benutzen, um den Überlastungszustand im Netzwerk zu bestimmen.
System nach Anspruch 8, wobei das Erzeugungsmittel ein Mittel umfasst, um die Senderate, mit der der Quellenknoten (18) gegenwärtig Daten zum Netzwerk sendet, und eine gegenwärtige Rate, mit der der Bestimmungsknoten (22) gegenwärtig Daten empfängt, zu überwachen, um die Überlastungsrückmeldungsinformation zu erzeugen.
System nach Anspruch 8, wobei das Regulierungsmittel dazu tätig ist, eine maximale Datenübertragungsrate und einen konstanten Paketverlust herzustellen.
System nach Anspruch 8, wobei die Überlastungsrückmeldungsinformation durch zumindest einen aus dem Quellenknoten (18) und dem Bestimmungsknoten (22) bereitgestellt wird.