CN101116293A - 3g无线接入中的拥塞通知 - Google Patents

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Abstract

公开了一种网络拥塞通知的方法、设备和***。源节点向目的地节点发送数据包。按照数据包的接收，如果检测到网络拥塞，则目的地节点将拥塞指示引入数据包中。包括拥塞指示的数据包被发送到源节点。

Description

3G无线接入中的拥塞通知
技术领域
本发明涉及第三代(3G)无线接入网络、通信量管理、拥塞通知和避免的领域。
背景技术
拥塞发生在高比特率无线载波和接入网络***中。拥塞控制是复杂的问题，因为它不能被孤立于协议层级的一个单独的层中。它部分地实现于网络内部的路由器或者交换机中，以及部分地实现于运行于主机上的传输协议中。
一个用于拥塞控制的机制处理在诸如存储器和处理的目的地处的资源分配。通常，根据流程控制，目的地设置传输率的限制，在此限制上，每个源向可以传输那个数据的目的地发送数据。源和目的地通过交换包含请求和确认的消息来协调数据的传递。在源开始传输诸如数据包的数据报之前，它将向目的地发送请求寻找开始传输的许可。响应于请求，目的地发送包含包数目的识别的消息，在没有进一步授权的情况下源可以向目的地发送。这个数目一般称为窗口尺寸。然后，源开始将授权数目的包传输到目的地并且等待目的地成功地接收包，它将包含表示包的成功接收的确认的消息发回到源，以及在某些情况下，授权源发送其他的包。以这种方式，在网络上从源向目的地传递的包的数目将从来不会大于授权的窗口尺寸。
然而，这个机制不能令人满意地处理网络中的通信量分发。即使这个机制就绪，在繁忙的网络上，也很可能存在很多源将同时结束通过网络到不止一个目的地的通信量。在很短的时间内，如果单个路由器上的这种通信量会聚太多，则通信网关或者路由器的有限的缓冲器能力将拒绝或者毁掉包。在此时，网络被认为是拥塞的。
一旦网络拥塞，网络性能显著下降。受到影响的源不得不重传丢失的或被拒绝的包。然而，重新传输需要使用诸如缓冲器存储、处理时间和链路带宽之类的网络资源以处理旧的通信量，从而，剩下更少的资源用于处理仍旧在等待第一次传输的那部分消息。当以上情况发生时，网络延迟急剧增加并且网络吞吐量下降。当网络已经正在经历高负载的情况时，由于某些网络资源在那时正在致力于处理重新传输，则存在拥塞扩散的实际风险并且从而闭锁整个网络。
存在两个处理网络拥塞的通常的方法。一个方法是严格的资源保留，其对在给出的任何时间将允许处于网络上的通信量做出限制。示例包括在路由器处缓冲器的预分配以确保存储器可用以存储到达的包直到它们可以被转发。第二个方法是拥塞控制。
在第一个方法中，通过允许阻挡而避免超载，但是第二个方法是使用了当检测到拥塞时减轻拥塞的方法。TCP/IP是典型的支持第一个方法的协议的示例，其中TCP通过当在端到端的路径中识别出拥塞时削减它的负载做出反应。TCP假设丢包是超载的指示，其在IP网络中是典型的情况。用于信道的传输资源的严格资源保留由于连接的高峰值数据率可能代价高昂。突发包数据的统计多路复用可以导致在传输网络部署中大量的节省。
资源保留可以导致传输网络超载的风险。超载对于最终用户性能具有严重的影响，除非有任何减轻拥塞的方法可用。这是因为在传输网络层(TNL)中的丢失将导致RLC重新传输请求，潜在地导致传输网络的持续超载。RLC重新传输率将升高，吞吐量将相反地下降，但是传输网络拥塞将流行。RLC“屏蔽”来自于端到端协议的TNL丢失，意味着例如TCP将不观察传输网络中涉及丢失的拥塞。
关于警告数据的发送者认识到在接口中检测到的拥塞存在问题。虽然存在接口的接收端可用于检测拥塞的方法，但是没有通知数据或者协议数据单元(PDU)的发送者关于拥塞的可用的方法。
发明内容
在本发明的一个示例中，描述了用于在网络中拥塞通知的方法。该方法包括在源节点处将数据包传输到目的地节点，每个数据包包括头部。该方法还包括确定是否遇到拥塞并且将网络拥塞的指示引入数据包的一部分。该方法还包括在接收器节点处将数据包传输到带有网络拥塞指示的数据包的源节点。
在另一个示例中，描述了用于网络中拥塞指示的设备。该设备包括用于在源节点处将数据包传输到目的地节点的第一传输装置，每个数据包包括头部。该设备还包括用于确定是否遇到拥塞的确定装置和用于将网络拥塞的指示引入数据包的一部分的***装置。该设备还包括在接收器节点处将数据包传输到带有网络拥塞指示的数据包的源节点的第二传输装置。
在另外的示例中，描述了用于拥塞通知的***。该***包括根据数据包的接收来确定网络拥塞的确定模块。该***还包括将网络拥塞指示引入数据包的拥塞指示模块。该***还包括将数据包传输到数据包的源的传输模块，其中数据包包括网络拥塞指示。
附图说明
图1根据本发明的示例阐明了包交换网络的示例；
图2A和图2B根据本发明阐明了用于包交换网络中的数据包；
图3是本发明示例性的实施例的流程图；
图4是信令图的示例性说明；以及
图5是根据本发明示例性实施例的***的说明。
具体实施方式
本发明致力于如何使数据的发送者认识到在Iub和Iur接口中检测到的拥塞。在3GPP陆地无线接入网络(UTRAN)中存在当前可用的***用于接口的接收端以检测接口中的拥塞。在此***中，检测可以基于监视传输延迟并且检测其增长，或者监视接收的协议数据单元(PDU)的序列并且检测序列中的PDU丢失。然而，不存在用于通知PDU的发送者关于拥塞的可用***。本发明的实施例的重要特征在于使发送者认识到拥塞以便发送者可以适当地反应，以及因而削减拥塞等级增长、或者拥塞持续时间扩展的可能性。
存在通知数据发送者检测到的拥塞的几个办法。图1是包交换网络100的示例。如图1所示，包交换网络100包括，源节点110和目的地节点120。链路202和204被用于将源节点110连接到目的地节点120。包交换网络可以包括因特网服务提供商(ISP)的TCP/IP网络、因特网以及不同的源和目的地网络，包括例如，链接源节点110和目的地节点120的包交换网络。
源节点110和目的地节点120已知包括但是不限于，PC、工作站、大型机、文件服务器、存储设备和其他类型的计算机、以及包含大量用于转发数据的通信链路的路由器或者通信网关，转发的数据通过一个链路到达另一个链路上用于传送到端***或者其他路由器。
图2A是在用户网络接口(UNI)处的ATM单元格式。以单元的最左边字节开始，最初四个比特用于普通流控制(GFC)。接下来的24比特包含8比特的虚拟路径标识符(VPI)和16比特的虚拟电路标识符(VCI)。VPI/VCI是用于识别虚拟连接的标识符。类型域具有3比特并且因而具有八个可能的值。当设置了第一比特时，该值的四个涉及管理功能。当第一比特被清空时，它是单元包含用户数据的指示。在此情况中，第二比特是“显式前向拥塞指示(EFCI)”比特。当进行了设置时，该EFCI比特可以由拥塞切换设置以告诉其他的节点它拥塞了。
下一个比特是单元丢弃优先级(CLP)比特，其被用于指示如果发生超载，则应该被优先丢掉的单元。头部的最后一个字节是八比特的头部错误检查。
图2B是TCP头部的TCP头部格式的说明。包括源端口号、目的地端口号、序列号、确认号、数据偏移量、用于将来使用的保留域、包括URG(紧急指针域有效)、ACK(确认域有效)、PSH(推送功能)、RST(重置连接)、SYN(同步序列号)和FIN(没有来自于发送者的更多数据)的控制比特、窗口、校验和、紧急指针、可变选项和填充项。确认号可以包含32比特用于指示TCP源正希望接收下个序列号的值。数据偏移量可以包含4比特用于指示数据从哪里开始。窗口可以包含16比特用于指示八位字节数据号，其开始于数据段的TCP发送者正希望接受的确认域中的一个指示。校验和可以包含16比特用于指示头部和正文中所有16比特字的补码和。紧急指针可以包含16比特用于指示跟着紧急数据的八位字节的序列号。可变选项可以在长度上包含多个8比特并且可以被包括于校验和中。可变头部填充可被用于确保TCP头部结束于并且数据开始于32比特边界。为了显式拥塞通知(ECN)到IP的目的，可以指定TCP头部120B的保留域中的一个比特(优选为比特#9)作为ECN-Echo标记，以便当拥塞经历的(CE)包已经被接收的时候，目的地节点可以通知源节点。可以指定TCP头部120B的保留域中的另一个比特(优选为比特#8)作为拥塞窗口减小(CWR)标记，以便源节点可以通知目的地节点拥塞窗口已经被减小，并且目的地节点可以确定何时停止设置ECN-Echo标记。另外，可以分别指定IPv4 TOS(服务类型)八位字节的比特#6和比特#7作为ECN-Capable传输(ECT)比特和CE比特。ECT比特(或者ECT标记)可以由源节点设置以指示传输协议的端***是ECN-capable的。相反，CE比特(或者CE标记)可以由中间节点130设置以指示另一个节点拥塞。
图3是说明本发明的示例性实施例的流程图。在310中，源节点将数据包传输到目的地节点。可以根据例如ATM协议或者TCP/IP协议传输帧。
在320中，确定或者检测在接收的包的反方向中存在网络拥塞。拥塞的检测可以由上面讨论的不同方法完成，诸如基于监视传输延迟并且检测其增长，或者监视接收的PDU或者包的序列并且在序列中检测PDU或包的丢失。如果没有检测到网络拥塞，则包传输正常进行。
然而，如果检测到网络拥塞，拥塞指示被引入330。下面讨论拥塞指示的示例。指示拥塞的方法取决于使用的协议类型或者可以由本领域的技术人员认识到的其他因素。另外，网络拥塞以这样的方式指示，已知网络拥塞的源处于目的地节点的下行链路方向。在示例性的实施例中，拥塞指示是显式拥塞指示(ECI)。
引入拥塞指示的示例是ECI。在此例中，指示被引入ATM的EFCI域，上面已经讨论过。引入ECI的其它示例包括，但不限于，将指示引入AAL2包头部或者因特网协议(IP)包头部。
一旦拥塞指示由目的地节点引入PDU或者包，则通知包的源节点网络拥塞。通过接收来自于目的地节点包括引入网络拥塞指示的PDU或者包，通知源节点网络拥塞。如上讨论，以诸如指示拥塞源方向的方式执行拥塞指示。在本发明的另一个示例性实施例中，带有引入的拥塞通知的PDU或包被直接从目的地节点发送到源节点。
一旦通知了源节点网络拥塞，源节点可以为了保持服务的可接受质量(QoS)采取步骤。例如可以重新发送包到目的地节点。
根据本发明的另一个示例性实施例，指示网络拥塞的其他方式是利用帧协议。根据该实施例，新的帧协议控制帧或者拥塞通知(CN)控制帧被引入以用于从目的地节点到源节点的拥塞指示。根据此实施例，存在四个用于拥塞指示的示例性方法。
根据此示例性实施例用于拥塞指示的第一方法是仅出现发送到源节点的CN控制帧。根据此示例性实施例用于拥塞指示的另一个方法是携带于CN控制帧中的二进制标记的出现。在此例中，既可以通过移除二进制标记，也可以通过改变二进制标记的值来指示拥塞的结束。
仍旧是根据此示例性实施例的另一个用于拥塞指示的方法，其在CN控制帧是有效载荷中使用新域。新域将指示例如，检测到的拥塞的等级或者严重性。此等级/严重性指示还将允许目的地节点应用避免进一步拥塞的适当措施。例如，适当措施包括但不限于，对于拥塞没有反应、传输的数据量减少，或者停止数据传输。
仍旧是根据此示例性实施例的另一个用于拥塞指示的方法，其使用CN控制帧的有效载荷段。根据此示例，有效载荷段被用于指示拥塞的等级/严重性两者，以及引起拥塞的数据发起者的用户或者无线小区。
在另一个示例性实施例中，另一个方法通知源节点拥塞。根据此示例性的实施例，相应的应用协议被用于将拥塞通知用信号发送给数据的源。在Iub(无线网络控制器和节点B之间的接口)上，应用协议是NBAP(节点B应用部分)，而在Iur(无线网络子***和***之间的接口)上是RNSAP(无线网络***应用部分)。NBAP和RNSAP是UTRAN无线网络层的协议。在这两个示例中，通过将称作拥塞通知IE的新信息元素(IE)引入现有或者新消息中，新消息或者一个现有的消息被引入应用协议。NBAP/RNSAP允许用信号发送拥塞通知、拥塞的等级和拥塞的发起者(用户、MAC-d flow、无线小区等)。
图4是根据NBAP协议的信令图的示例性说明。在NBAP协议的无线链路重新配置准备消息中，在IE中将传输层地址#1从RNC发送到节点B。然后，NBAP协议的无线链路重新配置就绪信令消息被用于将IE中的传输层地址#2和节点B的拥塞指示从节点B发送到RNC。新IE服务器作为拥塞指示的容器。使用RNSAP协议，一个类似的消息集合可以被使用。
图5是根据本发明示例性实施例的***的说明。***500通知源节点网络拥塞。***500包括三个组件。第一组件是确定模块510。确定模块510确定是否检测到网络拥塞。检测拥塞的各种办法如上讨论，包括但不限于诸如监视传输延迟并且检测其增长，或者监视收到的PDU或者包的序列并且在序列中检测PDU或包的丢失。
根据此示例性的实施例，***还包括拥塞指示模块520。一旦已经检测到网络拥塞，拥塞指示模块520将拥塞指示引入PDU或者包中。
该***，根据此示例性的实施例还包括传输模块530。传输模块将包含拥塞指示的PDU或者包发送到源节点。在源节点接收到PDU或者包后，可以采取适当的步骤以减轻拥塞。用于减轻网络拥塞的方法或***在本领域中已知。
本领域的普通技术人员将容易地理解如上讨论的本发明可以采用不同顺序的步骤，和/或在配置中采用那些不同于已公开的硬件元件所实现。例如，本发明可以至少作为包括配置以实现方法或***的计算机可读代码、芯片集或者ASIC或者处理器的计算机产品而得以实现。因而，尽管已经基于这些优选的实施例描述了本发明，在保持在本发明的精神和范围之内的情况下，对于本领域技术人员明显的是某些修改、变形和可选择的构造是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于在网络中拥塞通知的方法，该方法包括：
在源节点处将数据包传输到目的地节点，每个数据包包括头部；
确定是否遇到拥塞；
在该数据包的一部分中引入网络拥塞的指示；以及
在接收器节点处将该数据包传输到带有网络拥塞指示的该数据包的源节点。
2.根据权利要求1的方法，其中引入网络拥塞的指示包括提供显式拥塞指示作为网络拥塞的指示。
3.根据权利要求2的方法，其中根据异步传输模式(ATM)协议传输该数据包。
4.根据权利要求3的方法，其中引入网络拥塞的指示包括在异步传输模式适配层(AAL2)头部中引入该显式拥塞指示。
5.根据权利要求3的方法，其中引入网络拥塞的指示包括在ATM单元的显式前向拥塞指示(EFCI)域中引入该显式拥塞指示。
6.根据权利要求2的方法，其中根据因特网协议(IP)传输该数据包。
7.根据权利要求6的方法，其中引入网络拥塞的指示包括将该显式拥塞指示引入到IP包头部中。
8.根据权利要求1的方法，其中传输该数据包包括传输控制帧作为网络拥塞的指示，其中该控制帧包括拥塞的指示。
9.根据权利要求8的方法，其中传输包括该拥塞控制帧是网络拥塞的指示的该数据包。
10.根据权利要求8的方法，其中传输该数据包还包括包括在该拥塞控制帧中的二进制标记，以及
其中该二进制标记是网络拥塞的指示。
11.根据权利要求8的方法，其中传输该数据包还包括包括在该控制帧的有效载荷部分中的新域作为网络拥塞的指示，以及
其中该新域指示该网络拥塞的严重性等级。
12.根据权利要求11的方法，其中传输该数据包还包括进一步包括引起该拥塞的数据发起者的指示的该新域。
13.根据权利要求1的方法，其中传输该数据包包括使用应用协议以包括网络拥塞的指示。
14.一种用于在网络中拥塞通知的设备，所述设备包括：
第一传输装置，用于在源节点处将数据包传输到目的地节点，每个数据包包括头部；
确定装置，用于确定是否遇到拥塞；
***装置，用于在该数据包的一部分中引入网络拥塞的指示；以及
第二传输装置，用于在接收器节点处将该数据包传输到带有网络拥塞指示的该数据包的源节点。
15.根据权利要求14的设备，其中由该***装置***的网络拥塞指示包括显式拥塞指示。
16.根据权利要求15的设备，其中该传输装置根据异步传输模式(ATM)协议传输该数据包。
17.根据权利要求15的设备，其中该传输装置根据因特网协议(IP)传输该数据包。
18.根据权利要求17的设备，其中引入装置将该显式拥塞指示引入IP包头部中。
19.一种用于拥塞通知的***，该***包括：
确定模块，用于根据数据包的接收确定网络拥塞；
拥塞指示模块，用于将网络拥塞指示引入到数据包中；以及
传输模块，用于将数据包传输到该数据包的源，其中该数据包包括网络拥塞指示。
20.根据权利要求19的***，其中该拥塞指示模块引入是显式的拥塞通知的网络拥塞的指示。
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