專利名稱：差異化服務流的自動擁塞避免的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及數(shù)據(jù)處理領域，更具體來說，涉及一種實現(xiàn)通信網(wǎng)絡上差異化服務流的自動擁塞避免的方法和設備。
背景技術：
利用因特網(wǎng)協(xié)議(IP)，網(wǎng)絡設備之間利用分組進行通信。每個分組可含有各種具有不同長度的消息。因為不是所有的分組都具有相同的優(yōu)先級，故因特網(wǎng)標準委員會已經(jīng)提出了一種通過在因特網(wǎng)分組的頭標中使用6位來區(qū)分分組的方法。這被稱為差異化服務或DiffServ。為了實行差異化服務，路由設備必須讀取這些頭標位并提供一種以不同于低優(yōu)先級通信量的方式處理高優(yōu)先級通信量的方法。
因特網(wǎng)任務組已經(jīng)定義了監(jiān)視和控制入局通信量的標準。這是通過使用兩種控制方法完成的單速率雙顏色標記和雙速率雙顏色標記，RFC2698/RFC2697。無論哪一種方法，都對照同一個流上的分組的歷史檢查入局分組。如果某入局流超過某些定義的界限，該分組就被作黃色標記。如果分組超過一個上限，則該分組被作紅色標記。如果沒有超過界限，顏色是綠色。綠色、黃色或紅色可隨分組一起被發(fā)送到下一個中繼段(hop)，以幫助下一個中繼段決定傳送該分組還是丟棄該分組。
如果路由器中有足夠的帶寬，就沒有理由丟棄黃色或紅色分組。然而，如果路由器出現(xiàn)擁塞，則紅色和黃色分組應當是首先要被丟棄的分組。評論請求(RFC2698/RFC2697)規(guī)定，紅色的丟棄率應大于或等于黃色的丟棄率，黃色的丟棄率應大于或等于綠色的丟棄率。
差異化服務試圖把入局因特網(wǎng)分組分類成流，并在路由器出現(xiàn)擁塞時，需要以不同的幾率從每個流中丟棄紅色和黃色分組。如何計算丟棄幾率并保持它們與系統(tǒng)同步是一個手工嘗試和錯誤過程。
多年來已經(jīng)提出過各種方法來按照一些丟棄幾率隨機地丟棄分組。一個現(xiàn)在還在使用的方法叫隨機早丟棄(RED)。通過設置必須在發(fā)生擁塞前設置的系統(tǒng)參數(shù)，可以產(chǎn)生一個丟棄幾率。另一個改進了的通用方法叫做加權隨機早丟棄。加權隨機早丟棄方法試圖通過在不從多個源丟棄分組的情況下使有些線路或路徑的優(yōu)先級更高而對RED做出一些改善。再者，在設置系統(tǒng)以處理丟棄幾率時采用了手工方式。這兩種方法都采用了閾值監(jiān)視，然后應用一個由系統(tǒng)管理員提供的丟棄率。然而， 哪一種方法都沒有考慮差異化服務信息。哪一種方法都不是動態(tài)的，就是說，這些方法不提供基于系統(tǒng)使用率的丟棄率。
國際商業(yè)機器公司(位于美國紐約Amonk)已經(jīng)開發(fā)了一個更新的方法，叫做帶寬分配技術。帶寬分配技術(BAT)方法提供一種自動的系統(tǒng)來根據(jù)系統(tǒng)使用率處理分配芯片或系統(tǒng)的帶寬資源。BAT方法運用控制理論來產(chǎn)生一個對擁塞作出反應的自動系統(tǒng)。
在BAT方法中，給定流的傳輸率Ti可以由下列公式確定if fi＜＝mini then Ti(t+Dt)＝min(1，Ti(t)+0.125)else if(fi＞maxi)then Ti(t+Dt)＝0.857*Ti(t)elseif B＝1 Ti(t+Dt)＝min(1，Ti(t)+Ci*E(t))else Ti(t+Dt)＝max(0，Ti(t)-Di*fi(t))值fi代表向一個網(wǎng)絡路由器輸入的任何給定線路或信道i傳輸?shù)淖止?jié)量。Ti是任何給定輸入i的傳輸幾率。Ti(t+Dt)代表在進行計算后開始的下一個周期的傳輸率。Ti(t)代表對應剛剛被傳輸?shù)膬热莸南惹暗膫鬏斅?。傳輸幾率Ti的值在0于1之間。Mini代表傳輸幾率Ti將不會被降低到的下限或者保障水平。將在取樣時間值上所傳輸?shù)淖止?jié)fi與mini值比較，以確定該流是否低于該下限或保障水平。
maxi代表信道能傳輸?shù)淖止?jié)的上限或最大數(shù)。將在取樣本時間值上所傳輸?shù)淖止?jié)fi與maxi值比較，以確定該流是否高于該上限或最大水平。如果某信道超過這個數(shù)，則降低該信道的傳輸率。
B代表一個表示過度帶寬的控制信號。如果路由設備沒有看到擁塞，則將值B設置為真或1。分組被允許流進和流出而無任何分組被丟棄。然而，當檢測到擁塞時，則將值B設置為0。
Ci代表一個遞增常數(shù)，當輸入流在最小和最大之間并且沒有擁塞時被使用。Ci被用來允許額外的分組進入系統(tǒng)。值E代表過度帶寬的一個歷史，取值范圍在0和1之間。如果路由器只在短時間擁塞，E將接近于1。然而，如果已經(jīng)長時間發(fā)生擁塞，E將接近或等于0。
Di代表一個丟棄系數(shù)或遞減常數(shù)，被用來減少在擁塞期間進入系統(tǒng)的分組的數(shù)量。值Dt是一個把字節(jié)數(shù)帶入用于給定流的帶寬的百分率的復數(shù)。丟棄系數(shù)Di取值范圍寬，含有一個比例值和一個指數(shù)值。積Di*fi(t)要求大量的位，指數(shù)的復雜性要求浮點和指數(shù)功能。
這些公式有兩個功能，前兩行監(jiān)視幀進入的速率并把分組或流劃分為低于最小值、高于最小值或介于兩者之間。這兩行起控制器的作用。
公式中的第三行”else”涉及擁塞避免。最后的else子句以行”ifB＝1”開始，被定義為過度帶寬，換言之，路由器沒有經(jīng)受阻塞。如果B＝1，則傳輸幾率是min(1，Ti(t)+Ci*E(t)。這意味著線性遞增常數(shù)Ci乘以時間E(t)上過度帶寬值的積被加到當前傳輸幾率Ti(t)。
最后一行在B＝0時開始，傳輸速率是max(0，Ti(t)-Di*fi(t)，意思是傳輸率是當前速率減常數(shù)Di*fi，其中fi是所傳輸?shù)淖止?jié)量。
如圖3中所示，現(xiàn)有技術的BAT方法有以下特點。當擁塞發(fā)生時，流的傳輸幾率Ti會降低。當擁塞結束時，傳輸速率升回到100％，此時不再遇到擁塞。盡管BAT方法提供了對其它結構的改進，BAT方法還沒有被用于實現(xiàn)差異化服務流的自動擁塞避免。
需要一種改進的機制來實現(xiàn)用于通信網(wǎng)絡中的差異化服務流的自動擁塞避免。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供一種實現(xiàn)用于通信網(wǎng)絡中的差異化服務流的自動擁塞避免的方法和設備。本發(fā)明的其他重要目的是提供沒有副面影響并克服現(xiàn)有技術結構許多缺點的實現(xiàn)差異化服務流的自動擁塞避免的方法和設備。
簡而言之，提供一種實現(xiàn)用于通信網(wǎng)絡中的差異化服務流的自動擁塞避免的方法和設備。代表擁塞信息的帶寬控制信號被識別。響應所識別的帶寬控制信號，計算流的雙傳輸幾率。雙傳輸幾率包括第一顏色的第一傳輸幾率和第二顏色的第一傳輸幾率。識別分組的標記顏色。所標記的分組顏色和所計算的雙傳輸幾率被選擇性地用于作出分組丟棄決定。


從以下對附圖中所示的本發(fā)明的最佳實施例的詳細說明中可以更好地理解本發(fā)明以及上述和其它優(yōu)點。
圖1是表示用于實現(xiàn)本發(fā)明的用于差異化服務流的自動擁塞避免的設備的示意框圖；圖2是表示由圖1的用于實現(xiàn)本發(fā)明的用于寬帶分配技術的差異化服務流的自動擁塞避免的方法的幾率策略制訂器所執(zhí)行的示例性步驟的流程圖；圖3是表示現(xiàn)有技術的用于實現(xiàn)擁塞避免的帶寬分配技術的系統(tǒng)響應的示意圖；圖4、5和6是表示圖2的用于實現(xiàn)本發(fā)明的用于差異化服務流的自動擁塞避免的設備的系統(tǒng)響應的示意圖；圖7是表示本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品的框圖。
最佳實施例詳述以下參看圖1，圖中所示的用于實現(xiàn)本發(fā)明最佳實施例的用于差異化服務流的自動擁塞避免的裝置在總體上用標注符100表示。自動擁塞避免設備包括分類單元102、標記器104、帶寬計算單元106、丟棄決定單元108、幾率策略制訂器110和擁塞信息112。每個被接收幀或分組被分類裝置102根據(jù)幀或分組的頭標中攜帶的位的子集分類為屬于某個流。標記器104對照相同流上的分組的歷史檢查入局分組。標記器104按照RFC2698/RFC2597中所述的方法標記分組的顏色。如果入局流超過某個定義的界限，該分組就被作黃色標記。如果分組超過一個上限，該分組就被作紅色標記。如果沒有超過界限，顏色是綠色。標記器104把綠、黃或紅一種分組顏色和流號作用于丟棄決定裝置108。帶寬計算裝置106只逐個流地測量流顏色的輸入帶寬且只有一個值用于計算fi，供以后計算。
按照最佳實施例的特點，幾率策略制訂器110向每個流兩次應用BAT公式，以啟動對差異化服務流的自動擁塞避免。對每個流，對應紅色應用一次BAT公式，然后對應黃色應用一次。將單獨的紅色和黃色常數(shù)Ci和Di設置成黃分組以比紅分組更慢的速率減少傳輸，并且黃分組傳輸速率比紅分組更快地增加。不使用最小值和最大值，因為，在確定分組的顏色時，標記器104已經(jīng)確定該分組是綠、黃還是紅的，并且已經(jīng)相應地標記了該分組。
按照最佳實施例的特點，幾率策略制訂器110含有兩組常數(shù)Ci和Di，并為每個流計算黃和紅兩種不同顏色的Ti。擁塞信息112由BAT公式中的值B表示。分類裝置102確定流號和前一個顏色，以便作出丟棄決定。丟棄決定單元108在最佳實施例中得到加強。丟棄決定單元108從幾率策略制訂器單元110接收兩個丟棄幾率，一個是黃的丟棄幾率，一個是紅的丟棄幾率，并用這兩個丟棄幾率來決定是否將幀或分組發(fā)送到系統(tǒng)的其余部分上。
參看圖2，圖中顯示的用于實現(xiàn)本發(fā)明的用于寬帶分配技術的差異化服務流的自動擁塞避免的方法中由幾率策略制訂器110所執(zhí)行的示例性步驟。雙幾率制定器110例如以流Ti開始，從i＝0至511循環(huán)，這是由帶寬計算單元106提供的，如框200中所示。雙幾率制定器110檢查被擁塞信息112應用的過度帶寬的控制信號B是否等于1，如判斷框202所示。如果路由裝置100看不到擁塞，則值B被設定為真或1。然后如框204所示，雙幾率制訂器110計算在B＝1時紅的和黃的傳輸幾率Ti(red)和Ti(yellow)，計算公式如下Ti(red)＜＝Ti(red)+Ci(red)*ETi(yellow)＜＝Ti(yellow)+Ci(yellow)*ECi(red)和Ci(yellow)分別代表當沒有擁塞時所用的紅分組和黃分組的遞增常數(shù)。Ci(red)和Ci(yellow)允許額外的分組進入系統(tǒng)。Ci(yellow)是一個比Ci(red)大的值，這樣，在一段時間的擁塞后，黃分組返回100％容量的速度快于紅分組。值E代表過度帶寬的歷史，取值在0和1之間；當擁塞時間較短時，E接近于1，當擁塞長時間發(fā)生時，E接近或等于0。
另一方面，當檢測到擁塞時，值B是0。然后如框206中所示，幾率制訂器110計算在B＝0時紅的和黃的傳輸幾率Ti(red)和Ti(yellow)，計算公式如下Ti(red)＜＝Ti(red)+Di(red)*fiTi(yellow)＜＝Ti(yellow)+Di(yellow)*fiDi(red)和Di(yellow)分別代表在擁塞期間用來減少進入系統(tǒng)的分組的數(shù)量的紅分組和黃分組的丟棄系數(shù)或遞減常數(shù)。Di(red)是一個比Di(yellow)大的值，這樣，在擁塞期間后，紅黃比紅分組更快地被丟棄。值fi代表為該流傳輸?shù)淖止?jié)量。這就完成了幾率策略制訂器110的為流Ti的雙傳輸幾率計算，如框208中所示。
丟棄決定單元108取得流號和已經(jīng)被標記器104標記過的分組顏色，并用幾率策略制訂器110所提供的幾率Ti(red)和Ti(yellow)決定是否應丟棄該分組。
參看圖4、5和6，圖中表示用于實現(xiàn)本發(fā)明的用于差異化服務流的自動擁塞避免的設備100的示例性系統(tǒng)響應圖。如圖4和5中所示，根據(jù)分組的顏色的不同，分組以不同的速率被丟棄。這是使用所述雙丟棄幾率的結果。
圖4顯示一旦一段時間遇到擁塞時設備100所具有的系統(tǒng)響應。遇到擁塞時，紅分組比黃分組更快地被丟棄。當擁塞時期過后，黃分組將比紅分組更快地返回到100％。
圖5顯示如果擁塞持續(xù)時設備100所具有的系統(tǒng)響應。如圖所示，隨著持續(xù)的擁塞，所要發(fā)生的將是丟棄，隨后的一小段時間，被允許進入系統(tǒng)的幀稍微上升，直到再次發(fā)生擁塞。在某一點后黃色幀達到某種平衡，如圖5中所示。如果系統(tǒng)被過度預訂，紅色幀將被丟棄，直到黃色幀達到平衡。如果系統(tǒng)被嚴重過度預訂，黃色幀最終也達到0％。
圖6表示分組根據(jù)流的優(yōu)先級以不同的速率被丟棄。每個流可有不同的幾率。如圖所示，在擁塞區(qū)期間，高優(yōu)先級的流比低優(yōu)先級的流減少得慢一點。然后在擁塞區(qū)之后，高優(yōu)先級的流比低優(yōu)先級的流增加得快一點。
參看圖7，該圖表示本發(fā)明的制成品或計算機程序產(chǎn)品700。計算機程序產(chǎn)品700包括記錄介質702，諸如軟盤、以光學讀取的緊致盤或CD-ROM為形式的大容量只讀存儲器、磁帶、諸如數(shù)字或模擬通信鏈路之類的傳輸類介質、或類似的計算機程序產(chǎn)品。記錄介質702在介質702上存儲有程序裝置704、706、708、710，用于實現(xiàn)帶圖1設備100的最佳實施例的用于差異化服務流的自動擁塞避免的方法。
由程序裝置704、706、708、710所定義的程序指令序列或一個或多個相關模塊的邏輯組合體指令設備100實現(xiàn)最佳實施例的用于差異化服務流的自動擁塞避免。
盡管是結合附圖所示的實施例的細節(jié)說明了本發(fā)明，但這些細節(jié)并非是要限制如后附的權利要求書所要求的本發(fā)明范圍。
權利要求
1.一種實現(xiàn)差異化服務流的自動擁塞避免的方法，包含以下步驟識別一個帶寬控制信號，所述帶寬控制信號代表擁塞信息；響應所述識別的帶寬控制信號，計算流的雙傳輸幾率；所述雙傳輸幾率包括第一顏色的第一傳輸幾率和第二顏色的第一傳輸幾率；識別分組的標記顏色；以及選擇性地用所述分組的所述標記的顏色和所述計算的雙傳輸幾率來作出分組丟棄決定。
2.權利要求1所述的方法，包括以下步驟存儲在所述帶寬控制信號指示無擁塞時在雙傳輸幾率計算步驟中使用的第一和第二遞增常數(shù)。
3.權利要求2所述的方法，其中，所述第一和第二遞增常數(shù)由對應紅分組和黃分組的Ci(red)和Ci(yellow)來代表。
4.權利要求3所述的方法，其中，所述雙傳輸幾率計算步驟包括由下式表示的計算所述紅色的第一顏色的所述第一傳輸幾率的步驟Ti(red)＜＝Ti(red)+Ci(red)*E，和由下式表示的計算所述黃色的第二顏色的所述第二傳輸幾率的步驟Ti(yellow)＜＝Ti(yellow)+Ci(yellow)*E；其中值E代表過度帶寬的歷史，取值在0和1之間。
5.權利要求3所述的方法，其中，所述第一遞增常數(shù)Ci(red)的值小于所述第二遞增常數(shù)Ci(yellow)。
6.權利要求1所述的方法，包括以下步驟存儲在所述帶寬控制信號指示擁塞時雙傳輸幾率在計算步驟中使用的第一和第二遞減常數(shù)。
7.權利要求6所述的方法，其中，所述第一和第二遞減常數(shù)由對應紅分組和黃分組的Di(red)和Di(yellow)來代表。
8.權利要求7所述的方法，其中，所述第一遞減常數(shù)Di(red)的值大于所述第二遞減常數(shù)Di(yellow)。
9.權利要求7所述的方法，其中，所述雙傳輸幾率計算步驟包括由下式表示的計算所述紅色的第一顏色的所述第一傳輸幾率的步驟Ti(red)＜＝Ti(red)-Di(red)*fi，和由下式表示的計算所述黃色的第二顏色的所述第二傳輸幾率的步驟Ti(yellow)＜＝Ti(yellow)-Di(yellow)*fi；其中fi代表為該流傳輸?shù)淖止?jié)量。
10.一種實現(xiàn)差異化服務流的自動擁塞避免的設備，包括幾率策略制訂器，用于接收帶寬控制信號并響應所述帶寬控制信號而計算流的雙傳輸幾率；所述雙傳輸幾率包括第一顏色的第一傳輸幾率和第二顏色的第一傳輸幾率；所述幾率策略制訂器存儲在所述帶寬控制信號指示無擁塞時計算所述雙傳輸幾率中所使用的第一和第二遞增常數(shù)；所述幾率策略制訂器存儲在所述帶寬控制信號指示擁塞時計算所述雙傳輸幾率中所使用的第一和第二遞減常數(shù)；以及接收分組顏色并連接到所述幾率策略制訂器的丟棄決定邏輯，它接收包括所述第一顏色的所述第一傳輸幾率和所述第二顏色的所述第二傳輸幾率的所述雙傳輸幾率并作出分組丟棄決定。
11.權利要求10所述的設備，其中，所述被存儲的第一和第二遞增常數(shù)由對應紅分組和黃分組的Ci(red)和Ci(yellow)來代表；并且，所述第一遞增常數(shù)Ci(red)的值小于所述第二遞增常數(shù)Ci(yellow)。
12.權利要求11所述的設備，其中，存儲在所述帶寬控制信號指示無擁塞時計算所述雙傳輸幾率中所使用的第一和第二遞增常數(shù)的所述幾率策略制訂器包括由下式計算所述紅色第一顏色的所述第一傳輸幾率Ti(red)＜＝Ti(red)+Ci(red)*E，和由下式計算所述黃色第二顏色的所述第二傳輸幾率Ti(yellow)＜＝Ti(yellow)+Ci(yellow)*E；其中值E代表過度帶寬的歷史，取值在0和1之間。
13.權利要求10所述的設備，其中，所述第一和第二遞減常數(shù)由對應紅分組和黃分組的Di(red)和Di(yellow)來代表，并且，所述第一遞減常數(shù)Di(red)的值大于所述第二遞減常數(shù)Di(yellow)。
14.權利要求13所述的設備，其中，存儲在所述帶寬控制信號指示擁塞時計算所述雙傳輸幾率中所使用的第一和第二遞減常數(shù)的所述幾率策略制訂器包括由下式計算所述紅色第一顏色的所述第一傳輸幾率Ti(red)＜＝Ti(red)-Di(red)*fi，和由下式計算所述黃色第二顏色的所述第二傳輸幾率Ti(yellow)＜＝Ti(yellow)-Di(yellow)*fi；其中fi代表為該流傳輸?shù)淖止?jié)量。
15.一種實現(xiàn)差異化服務流的自動擁塞避免的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括存儲在計算機可讀介質上的計算機可執(zhí)行指令，其中，所述指令被自動擁塞避免設備執(zhí)行時使自動擁塞避免設備執(zhí)行以下步驟識別一個帶寬控制信號，所述帶寬控制信號代表擁塞信息；響應所述識別的帶寬控制信號，計算流的雙傳輸幾率；所述雙傳輸幾率包括第一顏色的第一傳輸幾率和第二顏色的第一傳輸幾率；識別分組的標記顏色；以及選擇性地用所述分組的所述標記的顏色和所述計算的雙傳輸幾率來作出分組丟棄決定。
16.權利要求15所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，所述指令被自動擁塞避免設備執(zhí)行時使自動擁塞避免設備執(zhí)行以下步驟存儲在所述帶寬控制信號指示無擁塞時在雙傳輸幾率計算步驟中使用的第一和第二遞增常數(shù)。
17.權利要求16所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，所述被存儲的第一和第二遞增常數(shù)由對應紅分組和黃分組的Ci(red)和Ci(yellow)來代表；并且，所述第一遞增常數(shù)Ci(red)的值小于所述第二遞增常數(shù)Ci(yellow)。
18.權利要求15所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，所述指令被自動擁塞避免裝置執(zhí)行時使自動擁塞避免設備執(zhí)行以下步驟存儲在所述帶寬控制信號指示擁塞時在雙傳輸幾率計算步驟中使用的第一和第二遞減常數(shù)。
19.權利要求18所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，所述第一和第二遞減常數(shù)由對應紅分組和黃分組的Di(red)和Di(yellow)來代表，并且所述第一遞減常數(shù)Di(red)的值大于所述第二遞減常數(shù)Di(yellow)。
全文摘要
提供一種實現(xiàn)用于通信網(wǎng)絡中的差異化服務流的自動擁塞避免的方法和設備。識別一個代表擁塞信息的帶寬控制信號。響應所述識別的帶寬控制信號，為每個流計算雙傳輸幾率。雙傳輸幾率包括第一顏色的第一傳輸幾率和第二顏色的第一傳輸幾率。識別分組的標記顏色。選擇性地用分組的標記顏色和所計算的雙傳輸幾率來作出分組丟棄決定。
文檔編號H04L12/56GK1505348SQ20031011792
公開日2004年6月16日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權日2002年11月27日
發(fā)明者M·D·貝洛斯, M D 貝洛斯 申請人:國際商業(yè)機器公司