CN104488239B - 用于实现可变瓶颈速率的主动队列管理增强的***和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明原则对现有技术的贡献在于提供一种用于缓冲区管理方案的***和方案的新方案。本发明的特定实施方式改善具有可控参数的AQM方案对瓶颈缓冲区的输出速率变化的响应。在瓶颈速率未被担保或固定的大部分情况下，对TCP性能的影响是实质性的。无论瓶颈速率的连续变化，新方案允许AQM方案实现队列稳定。

Description

用于实现可变瓶颈速率的主动队列管理增强的***和方法

技术领域

概括地，本发明涉及通信***，并且更具体地涉及为IP网络中的网络单元的分组缓冲区进行存储器分配。

背景技术

自从S.Floyd和V.Jacobson在“用于避免拥塞的随机早期检测网关(Random earlydetection gateways for congestion avoidment)”(IEEE/ACM网络会刊，1(4):397-413，1993)中首次提出随机早期检测(RED)，在近20年中已经提出了许多主动队列管理(AQM)方案。相对于仅在分组发现队列满载时才丢弃到达分组的传统尾部丢弃策略，AQM方案在队列还远未装满时开始丢弃分组。通过适当地间隔早期分组丢弃决策，AQM使由于经历分组丢失的TCP源减小的主动性从数据路径去除的分组量，和持续加入数据路径的全部其它源的分组量相同。

AQM的性能已经被深入研究，但几乎都集中于固定的瓶颈速率。由于服务质量的标准框架，例如参见S.Blake等的“用于不同服务的架构(An architecture fordifferentiated services)”，IETF RFC 2475，1998年12月，和IEEE 802.1Q http://www.ieee802.org/1/pages/802.1Q-2011.html，具体地相对于其他类型的业务，将低调度优先级分配给TCP，实际上TCP缓冲区的输出率由高优先级业务的到达速率持续调制。缓冲区管理方案的链路利用性能上的瓶颈速率变化的相当负面的影响在Y.Zheng、M.Lu和Z.Feng的“可变带宽网络中自适应AQM算法的性能估计(Performance evaluation ofadaptive AQM algorithms in variable bandwidth network)”(IEICE通信会刊E86-B(6)：2060-2067，2003年6月)和J.Zhou、F.Ren和C.Liu的“可变带宽对TCP吞吐量影响的建模(Modeling the effects of variable bandwidth on TCP throughput)”(ICCCN 2009，旧金山，CA，2009年8月)中记载。此外，在A.Baiocchi和F.Vacirca的“具有可变容量瓶颈速率的TCP流建模(TCP fluid modeling with a variable capacity bottleneck link)”(IEEE INFOCOM 2007，安克雷奇，AK，2007年5月)中给出的结果，指示这些结果主要由TCP连接的往返时间(RTT)和瓶颈速率函数(BRF)的基本时间常量之间的关系控制，其中该关系表示瓶颈速率随时间的演进。当瓶颈速率变化的幅度大于缓冲区大小时，AQM几乎不能防止TCP缓冲区溢出。然而，有效的AQM方案可帮助为TCP连接准备快速的吞吐量恢复，从而缓冲区溢出的长期影响是非常轻微的。

所希望的是改善AQM方案对瓶颈速率变化的响应的方法，从而将这些变化对TCP吞吐量的负面影响最小化。

发明内容

根据本发明原理对现有技术的贡献在于给出用于缓冲区管理方案的***和方法的新途径。本发明的特定实施方式改善了具有可控参数的AQM方案对瓶颈缓冲区的输出速率变化的响应。在瓶颈速率未被担保为固定值的大部分情况下，对TCP性能的影响是实质性的。尽管瓶颈速率的连续变化，新方案允许AQM方案实现队列稳定。

在本发明的一个实施方式中，提供一种用于在通信网络中操作分组缓冲区的方法，其中分组缓冲区可用于接受多个分组流。包括操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区可用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度(AQL)值，所述方法包括：

将AQL与第一门限进行比较，其中只要AQL小于第一门限，分组丢弃率保持不变；

跟踪表示自最近的缓冲区溢出事件以来的时间的第一定时器，表示自缓冲区上一次为空以来的时间的第二定时器，以及表示自分组丢失上一次被主动队列管理(AQM)决策所触发以来的时间的第三定时器；和

如果所述AQL大于所述第一门限且与所述第一定时器的比较指示在指定时间内未发生缓冲区溢出以及与所述第二定时器的比较指示在指定时间内缓冲区未空，或者与所述第三定时器的比较指示在指定时间内已由所述AQM决策触发至少一个分组丢弃，则更新分组丢弃率。

在一些实施方式中，其中计算所述缓冲区的瞬时队列长度(IQL，InstantaneousQueue Length)值，所述操作分组缓冲区的方法进一步包括：

将IQL与第二门限进行比较；和

当IQL大于所述第二门限时，在持续时间基于所述IQL和所述第二门限之间距离的时间间隔，触发分组丢失。

在一些实施方式中，所述IQL和所述第二门限之间的距离越大，时间间隔越小。

在一些实施方式中，当AQL大于所述第二门限时，AQM方案在基于AQL和所述第二门限之间的距离的时间间隔更新控制分组丢弃决策的参数。

在一些实施方式中，AQL和所述第二门限之间的距离越大，更新的频率越高。

在一些实施方式中，当AQL位于第三门限和所述第二门限之间时，更新的频率小于由IQL控制的额外分组丢失的频率，但是高于由AQM方案触发的丢弃决策参数的更新频率，其中所述第三门限是不大于所述第二门限的AQL门限，其中在高于AQL门限时AQM方案能够普通地更新控制分组丢弃决策的参数。

在一些实施方式中，当缓冲区溢出时将丢弃时间段减小指定量。

在一些实施方式中，当所述缓冲区溢出时检测所述丢弃时间段定时器，其中如果所述丢弃时间段定时器已到期，则将丢弃时间段减小所述指定量，其中所述丢弃时间段定时器控制分组丢弃时间段的周期性更新。

在一些实施方式中，所述指定量为一半。

另一实施方式包括一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区可用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度(AQL)值，所述分组缓冲区包括具有丢弃时间段的主动队列管理(AQM)方案，其中丢弃时间段的到期触发所述AQL的采样，所述方法包括：

提供第一定时器，τ_u，其中当更新分组丢弃时间段时将第一定时器复位；第二定时器，τ_o，其中当缓冲区溢出时复位，第三定时器，τ_e，其中当缓冲区为空时失效和在缓冲区离开空状态时复位，以及第四定时器，τ_d，其中当AQM方案丢弃分组时复位；

当第五定时器τ_q到期时，计算新AQL，并且将所述新AQL值与第一门限比较，其中如果AQL超过所述第一门限，进行检测以确定是否所述定时器τ_u和所述定时器τ_o到期，所述定时器τ_e未失效，以及定时器τ_d已到期；和

如果所述新AQL值大于所述第一门限，并且所述第二定时器和第三定时器到期或所述第二定时器和第四定时器到期，则更新分组丢弃时间段。

另一实施方式包括一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区可用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度(AQL)值，并且其中计算所述缓冲区的瞬时队列长度(IQL，Instantaneous Queue Length)值，所述方法包括：

当IQL到达缓冲区饱和水平时，增加分组丢弃决策的频率而不降低丢弃时间段。

在一些实施方式中，当IQL超过安全门限时，如果在指定的IQL暂停时间内未发生分组丢弃，则丢弃下一分组。

在一些实施方式中，进一步包括如果自最近的丢弃时间段更新以来经过了指定的暂停时间，当AQL超过安全门限时降低丢弃时间段。

在一些实施方式中，在分组丢弃决策时复位定时器并且定时器时间后到期。

在一些实施方式中，在控制分组丢弃时间段的周期性更新的定时器τ_p到期的时间，或者在分组丢弃时间段更新时，定时器复位，所述定时器时间后到期。

在包括所述定时器的一些实施方式中，包括用于更新AQL的定时器τ_q，其中当所述定时器τ_q到期时，检测是否且定时器已到期，其中如果是，则丢弃下一到达的分组。

另一实施方式包括一种具有存储器的通信设备，所述存储器已在其中存储多个指令，所述设备进一步包括分组缓冲区，分组缓冲区可用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度(AQL)值，其中多个指令在被处理器执行时，促使处理器执行以下步骤：

将AQL与第一门限进行比较，其中只要AQL小于第一门限，则分组丢弃率保持不变；

跟踪表示自最近的缓冲区溢出事件以来的时间的第一定时器，表示自缓冲区上一次为空以来的时间的第二定时器，以及表示自分组丢失上一次被主动队列管理(AQM)决策所触发以来的时间的第三定时器；和

如果所述AQL大于所述第一门限且与所述第一定时器的比较指示在指定时间内未发生缓冲区溢出，和与所述第二定时器的比较指示在指定时间内缓冲区未空，或者与所述第三定时器相比指示在指定时间内已由所述AQM决策触发至少一个分组丢弃，则更新分组丢弃率。

在一些实施方式中，计算所述缓冲区的瞬时队列长度(IQL)值，进一步包括：

将IQL与第二门限进行比较；和

当IQL大于所述第二门限时，在其持续时间基于所述IQL和所述第二门限之间距离的时间间隔，触发分组丢失。

在一些实施方式中，所述IQL和所述第二门限之间的距离越大，时间间隔越小。

在一些实施方式中，当AQL大于所述第二门限时，AQM方案在基于AQL和所述第二门限之间的距离的时间间隔更新控制分组丢弃决策的参数。

在一些实施方式中，AQL和所述第二门限之间的距离越大，更新的频率越高。

另一实施方式包括一种具有存储器的通信设备，所述存储器已在其中存储多个指令，所述设备进一步包括分组缓冲区，分组缓冲区可用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度(AQL)值，并且其中计算所述缓冲区的瞬时队列长度(IQL)值其中多个指令在被处理器执行时，促使处理器执行以下步骤：

当IQL到达缓冲区饱和水平时，增加分组丢弃决策的频率，而不降低丢弃时间段；和

其中当IQL超过安全门限，如果在指定的IQL暂停时间内未发生分组丢弃，则丢弃下一分组。

在一些实施方式中，进一步包括如果自最近的丢弃时间段更新以来经过指定的暂停时间，当AQL超过安全门限时降低丢弃时间段。

在一些实施方式中，进一步包括检测是否且是否定时器已到期，其中如果是则降低分组丢弃时间段。

附图说明

通过下面的详细描述并结合附图，可以容易地理解本发明的教导。其中

图1、2、3、4和5描述了在每个图所描述的不同方案下的平均和瞬时队列长度的示意图

图6描述了根据示例性实施方式的丢弃时间段更新的示例性伪代码；

图7a、7b、7c、7d和7e描述了本发明方法的示例性流图；以及

图8描述了用于实现本发明方法的示例性通信设备的高级框图；

图9和10描述了在应用和未应用第四实施方式时两个不同业务混合情况下瞬时队列长度的示意图，和

图11描述了当应用第四实施方式时控制分组丢弃确定的缓冲区门限中一个的时间演进的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的示例性实施方式，在下列的描述过程中几个附图可能会同时涉及。然而，在描述本发明之前，我们将继续与本发明各方面相关的现有技术的一些讨论。

在背景技术部分提到的RED主动队列管理方案本质上具有良好的动态属性，这是由于它即时调整分组丢弃率，从而平均队列长度(AQL)防止瞬时队列长度(IQL)被截断。然而，RED遇到的通常问题是没有适用于全部可能业务配置的配置参数的单一选择。给定用于配置参数的一组值，RED队列会在稳定状态下很好地执行，并仅在业务混合与参数兼容时具有可变的瓶颈速率。RED不能利用大量的业务方案很好地进行工作，这就是为什么数据网络团体持续设计新AQM方案的原因。

S.Floyd、R.Gummadi和S.Shenker撰写的自适应RED(ARED)方案，“自适应RED：用于增强RED的主动队列管理健壮性的算法(Adaptive RED，An algorithm for increasingthe robustness of RED’s active queue management)”，2001年8月，http://icir.org/floyd/papers/adaptiveRed.pdf，通过增加动态调整AQL的最大丢弃概率(RED参数中的一个)的控制机制，尝试解决RED的限制。如果AQL增长得太大，ARED增加最大丢弃概率以降低AQL。如果AQL太低，ARED减小最大丢弃概率以增加AQL。最大丢弃概率的更新发生在固定的时间间隔，具体地大到足够包括业务混合中大部分TCP连接的往返时间(RTT)。不幸的是，如最初定义的，调节最大丢弃概率的控制循环在结束时***地将最大丢弃概率锁定为其最小允许的值。其结果是，ARED执行的方式与RED将最大丢弃概率设置为等于ARED允许的参数的最小值相同。图1描述了当由ARED对于最大丢弃概率允许的最小值相对于实验的业务混合太高时IQL和AQL的演进实施例。如图所示，发生多个队列长度振荡10，由AQL和IQL变量登记的连续峰谷表示。包括在队列中没有分组的扩展时间间隔的队列长度振荡指示由ARED参数与业务混合不兼容导致的不稳定。

时间段早期检测(PED)方案在A.Francini的“超越RED：用于网络单元中片上缓冲区存储器的时间段早期检测”(IEEE HPSR 2011论文集，喀他赫纳，西班牙，2011年7月)和在美国专利申请No.13/006142(标题为用于实现网络单元的片上缓冲区存储器中的时间段早期丢弃的***和方法，2011年1月13日提交)中提出，其中两者都整体引入作为参考，在扩展的时间时间段使用固定的分组丢弃速率(而不是随AQL立即变化，如在RED和ARED中)。在持续时间T的固定时间间隔，确定大小所利用的标准与由ARED控制最大丢弃概率所利用的标准相似，PED审视AQL以评估当前分组丢弃率在保持队列长度平衡的成功。如果AQL小于门限PED减小分组丢失率。如果AQL大于门限PED增加分组丢失率。如果AQL处于两个门限之间，则PED保持分组丢弃率不变。PED展示出良好的稳定状态性能。一旦将配置参数调整至最大输出率C_max，它们可利用稳定的瓶颈率对任何业务混合进行很好的工作。这是PED超过RED的最重要的实际优势。然而，如最初指出的，在瓶颈速率变化后，PED在将分组丢弃率移动到将队列恢复到平衡状态的范围中会较慢。发现平衡状态速率的延迟转换为在不利情况下链路使用率的丢失是不利的。图2描述了PED不能将分组丢弃率快速移动到希望范围的后果的第一实施例：在PED可有效控制队列长度前缓冲区溢出。也就是，图2描述了当PED不能在缓冲区溢出前发现分组丢弃率的正确值时的多个队列振荡20。该行为与由ARED在锁定允许的最大丢弃概率的最小值所展示的行为相似。图3描述了对瓶颈速率中临时变化响应慢的负面影响的第二实施例：在破坏事件后恢复瓶颈链路的完全使用需要10秒以上，这可转化为TCP吞吐量的长期损失。更具体的，图3解释了在瓶颈速率短暂下降后由PED恢复瓶颈链路的完全使用的延迟30。

本发明的实施方式公开了提供对瓶颈速率变化的AQM响应的方法。特别集中于AQM方案，例如但不限于自适应RED和时间段早期检测，其采取用于周期性调整驱动分组丢弃决策的参数的在线控制机制。在自适应RED的特定情况下，本发明的一些实施方式改善了最大丢弃概率的控制，从而ARED不会被锁定到所允许的最小值。在PED的特定情况下，本发明的实施方式改善了分组丢弃速率的控制，从而其快速达到保持队列处于平衡状态的数值范围。在本发明全部情况的实施方式中，由AQM方案影响连续的分组丢弃决策之间时间的设置，简单地将其称之为分组丢弃时间段。

在本发明的一个实施方式中，提供一种当由于与AQM方案的操作不相关而发现队列长度较小时不减少分组丢弃决策的频率的方法。应用该方法可防止在AQM方案实际开始丢弃分组前，将分组丢弃决策的频率设置为允许的最小值。

该实施方式依赖于检测队列中低占用条件的手段和方法，其中低占用条件不是由AQM方案触发的过度分组丢失的结果。这样的手段包括将AQL与门限b_lock<b_min进行比较(b_min是AQL缓冲区门限，低于该门限AQM方案可更新其参数以减少分组丢弃决策的频率)，从而只要AQL小于b_lock，则分组丢弃频率不变化。该手段还包括测量自最后缓冲区溢出事件以来的时间τ₀，自队列最后为空以来的时间τ_e，自分组丢失最后直接被AQM方案触发以来的时间τ_d。当AQL大于b_lock，如果将三次测量与各门限进行比较，指示近期没有发生缓冲区溢出、队列不为空，或者未发生缓冲区溢出并且至少一个分组丢失直接由AQM方案触发，则仅允许更新分组丢弃率。

本发明的第二实施方式在队列长度快速演变为饱和且可能溢出可利用的缓冲区空间时增加了分组丢弃决策的频率。在第二实施方式中方法的应用在缓冲区溢出前增加了早期分组丢弃事件的频率，有助于TCP源在瓶颈链路上实现全利用吞吐量的较快恢复。

第二实施方式的方法依赖于将IQL与门限b_safe>b_max进行比较，其中b_max是AQL门限，高于该门限时AQM方案可通常更新控制分组丢弃决策的参数，从而分组丢弃决策的频率增加。随着IQL的增长大于b_safe，AQM方案在时间间隔触发分组丢失，时间间隔的时间段基于IQL和b_safe之间的距离，距离越大，连续分组丢弃决策之间的时间间隔越短。当AQL还超过b_safe时，在基于AQL和b_safe之间距离的时间间隔，AQM方案更新控制连续分组丢弃决策之间的时间间隔的参数：距离越大，参数更新的频率越高。当AQL在b_max和b_safe之间，这样的更新在频率上小于由IQL控制的额外分组丢失，但在频率上大于由AQM触发的丢弃决策参数的更新。

第三实施方式提供一种用于更新当缓冲区溢出时驱动分组丢弃决策的方法，以增加分组丢弃决策的频率，将最大频率施加给这些更新，从而分组丢弃决策的频率不会不确定地增加。当业务混合产生队列长度的快速振荡，应用该方法确保分组丢弃决策的频率不会保持锁定在非常小的数值上。

第四实施方式限定一种用于调节控制分组丢弃时间段的缓冲区门限和针对由瓶颈缓冲区处理的业务混合的分组丢弃决策的方法。该方法基于利用业务混合的特性(TCP流的数量，流总体中的RTT分布)观测队列长度振荡的宽度变化。应用该方法确保由分组经历的排队延迟非常接近于与瓶颈链路的全部利用相兼容的最小值。

图4描述了在得到图2的曲线的相同业务配置下将第一实施方式的方法应用于PED方案的优势。

参照图5，描述了将本发明的第二和第三实施方式应用于PED方案。可以看到，在瓶颈率再次设置后，早期分组丢失更频繁地为快速吞吐量恢复准备TCP源。

图9和10描述了将本发明第四实施方式应用于PED方案，以分享瓶颈链路的两个不同大小的流总体。当使用本实施方式的方法时，瞬时队列长度，和由全部分组经历的排队延迟显著变小(10倍以上)。在全部清空下链路利用是100％。图11描述了门限演进的实施例。通过构建，动态门限不会设置为固定值，这是因为本发明的方法总是尝试降低全部门限。然而，在两种情况下门限振荡的宽度相对于振荡范围的中心值较小，这是非常令人满意的。

图9描述了当本发明的第四实施方式应用于PED缓冲区管理方案(D-PED)和不应用(S-PED)的瞬时队列长度(与排队延迟成比例)。50个TPC流，全部具有200ms的RTT，共享1Gbps的瓶颈链路。全部缓冲区空间是25MB，如传统的带宽延迟产品所规定的。

图10描述了将本发明的第四实施方式应用到和不应用到PED缓冲区管理方案的瞬时队列长度(与排队延迟成比例)。200个TCP流。

图11描述了在将本发明的第四实施方式应用于PED缓冲区管理方案时门限的时间演进。大量的流能够使门限的值较小，从而转换为较低的排队延迟。

下面的描述涉及本发明用于时间段早期检测(PED)AQM方案的方法的实施方式。在描述实施方式前对PED方案进行了概括。

基本的PED规范

PED包括在不同时间量程上操作的三个同步过程。首先，在分组时间量程上，当拥塞的迹象明显时，PED在固定的时间间隔丢弃分组。第二，在往返(RTT)时间量程上，控制算法针对AQL的演进调整分组丢弃率，其中AQL的演进由第三过程维护。

PED使用具有时间段τ_D的丢弃定时器来触发IQL q和AQL的采样。随后其利用各门限和比较q和如果和PED丢弃下面到来的分组；否则其接受下面的分组和其后的全部分组进入队列，直到丢弃时间段的下一次期满为止。

在不小于时间常量T(大到足以包括大部分TCP连接的RTT值的)的时间间隔，PED将与进行比较，第二门限为如果则增加τ_D，如果则减小τ_D。时间段修正的大小在时间段增加时由调整，在时间段减小时由调整。当AQL采样位于两个门限之间时时间段τ_D保持不变。图6的伪代码概述了从前次更新开始至少经过时间T后丢弃时间段的更新。在公式中，是最小值，也是丢弃时间段的初始值，是最大值。

参照图6，伪代码描述丢弃时间段更新的实施方式实现。代码概述了从最近的丢弃时间段更新开始至少经过时间T后分组丢弃时间段的更新。在图6的公式中，α是AQL和最小PED门限之间的比(对于时间段增加)或者最大PED门限和AQL之间的比(对于时间段减小)。时间段修正在α＝0时最大。

维护AQL的处理的时间段τ_q大于在链路的全部容量下特定大小的分组的发送之间的时间(例如，τ_q≥1500B/10Gbps＝1.2μs)，但是不大于目标平均延迟(τ_q≤0.05·1ms＝50μs)的一小部分(例如，5％)。PED计算作为指数加权移动平均其中权重w是平均时间段和PED时间常量之间的比：w＝τ_q/T。

下面是驱动PED操作的配置参数的示例性列表，包括用于10Gbps链路的示例性推荐的设置：(a)Q_max是全部可利用的缓冲区空间；Q_max＝8MB将平均排队延迟较好地保持在5ms以下，并能够进行缓冲区存储器的片上实现；(b)是选通PED门限，Q_max的10％(c)是最小PED门限，Q_max的20％(d)是最大PED门限，Q_max的40％(e)τ_q是用于AQL的更新时间段(τ_q＝10μs)；(f)T是连续丢弃时间段修正之间的时间，与计算的低通滤波器的截止频率的倒数相符；T＝500ms覆盖大部分RTT分布；(g)w是AQL的平均权重(w＝τ_q/T＝0.00002)；(h)是最小和初始的丢弃时间段，稍大于τ_q 和(i)是最大的丢弃时间段，从不大于T

全部参数的值基于链路容量，但不基于通过PED缓冲区的TCP流的数量、类型和RTT分布。这是PED优于RED的最确切实际的优势。

应用PED的第一示例性实施方式(暂停丢弃时间段增加)

在具有大的平均RTT的业务配置中，在全局同步事件后TCP源使链路容量再次饱和需要一个长的时间。在吞吐量恢复时间过程中，AQL较好地保持为低于从而每次T期满时增加的τ_D的可容易地升至其最大值从而，在AQL超过时，PED仅以可能最低的速率丢弃分组。对于发生的丢弃时间段的第一次向下修正，PED必须等待，直到AQL超过为止，这对于防止队列溢出和重新开始相同的循环来说太迟了。

如果丢弃时间段低仅是因为普通的TCP动态，PED不应简单地增加丢弃时间段。修正应当仅在清楚短的丢弃时间段已触发太多分组丢失时发生。新的门限，例如执行下列原则：当时，丢弃时间段被锁定且不能更新。不幸的是，该调整单独地造成持续过小的丢弃时间段引入的队列不稳定的相对危险。如果AQL在和之间快速增长，在PED开始以非常高的速度丢弃分组之前，丢弃时间段没有时间增加，造成缓冲区快速耗尽。这样丢弃时间段绝无机会到达平衡队列的数值，链路保持低利用状态。

当AQL在和之间，通过允许更频繁地更新丢弃时间段可排除该问题。无需等待T的到期，PED必须使用自己的多个时间段(τ_D，作为一贯工作良好的实施例)对丢弃时间段进行调整：丢弃时间段越大，丢弃时间段需要增加的越小。最后，仅当丢弃时间段太小时触发时间段增加是令人满意的。在τ_D适于增加时，在缓冲区溢出之后不久(丢弃时间段可能太大)、或者在队列访问空状态后不久(TCP源仍工作以恢复链路吞吐量)，或者由PED直接触发的分组丢失后很长时间(丢弃时间段不对当前AQL的安置负责)，可在和之间发现AQL：根据本发明的增强PED，在通过将自从最近发生的三个事件中每一个以来经过的时间和从时间常量T导出的各门限进行比较检测到这些条件中的任意一个时，跳过时间段增加。

在本发明的第一示例性实施方式中，利用四个独立定时器的支持实现PED：快速更新定时器τ_u，溢出定时器τ_o，最近AQM丢弃定时器τ_d，空缓冲区定时器τ_e。快速更新定时器τ_u每次在时间段更新定时器τ_p到期时复位(τ_p控制分组丢弃时间段的周期性更新)，或者当分组丢弃时间段τ_D更新时复位；在作为多个分组丢弃时间段(例如，10τ_D)的时间后τ_u到期。溢出定时器τ_o每次在缓冲区溢出和在等于时间常量T的时间之后期满时复位。当缓冲区变为空时空缓冲区定时器τ_e无效，并在缓冲区离开空状态时复位；它在时间T/2后到期。最近AQM丢弃定时器τ_d每次在PED丢弃分组(这包括了由于缓冲区溢出的分组丢弃事件)时复位，并在时间T后到期。当AQL更新时(当AQL定时器τ_q到期时)，PED检测是否定时器τ_u已到期和定时器τ_o已到期。如果是，进行检测以确定是否定时器τ_e未失效和定时器τ_e已到期。如果是，使用用于丢弃时间段增加的PED公式更新分组丢弃时间段。如果不是，进行检测以确定是否定时器τ_d已到期。如果不是，使用用于丢弃时间段增加的PED公式更新分组丢弃时间段，否则不改变丢弃时间段。当时间段更新定时器到期τ_p时，PED还执行相同顺序的操作。

应用PED的第二示例性实施方式(分组丢弃决策的早期加速)

当瓶颈速率变化的幅度相比于全部缓冲区空间太大时，AQM方案难以防止缓冲区溢出。然而，即使当缓冲区确实溢出，存在对缩短随后吞吐量恢复时间和从长远角度激活更高链路利用率的效果提高AQM响应的空间。利用PED，提高对尖锐的瓶颈速率波动的响应的一种方式是，当IQL快速漂移至饱和水平时，增加分组丢弃决策的频率而无需降低丢弃时间段。虽然加速的丢失有助于将缓冲区溢出部分在较长的时间上扩散，产生较少灾难性的全局同步效果，但在TCP连接的新混合开始设置前，丢弃时间段不应被大量修改。当且IQL超过安全门限如果其在暂停时间未处理，则PED丢弃下一分组。在IQL接近时接近τ_D，在IQL接近Q_max时接近下面的示例性功能很好地服务该目的：在连续分组丢失决策之间的时间选择的目的是当IQL连续超过时建立单调增加的分组丢弃率。

在第二实施方式中，自从最近的时间段更新以来在经过暂停时间之后，如果丢弃时间段也会降低(由于在该特定情况下对q截尾)。

第二实施方式在支持两个附加定时器的PED中实现。每次在PED丢弃分组时定时器复位。其在时间后到期。每次在控制分组丢弃时间段的周期性更新的定时器τ_p到期时、或者当分组丢弃时间段更新时，定时器复位；其在时间后到期。当用于更新AQL的定时器τ_q到期时，PED检测是否且定时器已到期。如果是，PED丢弃下一到来的分组。接下来，PED检测是否且定时器已到期。如果是，PED使用用于时间段减小的公式减小分组丢弃时间段。当控制分组丢弃时间段的周期性更新的定时器τ_p到期时，PED对q和执行相同的检测。

应用PED的第三示例性实施方式(在缓冲区溢出时减小分组丢弃时间段)

在第三实施方式中，当缓冲区溢出时将丢弃时间段减半，利用更新之间的最小时间T：如果缓冲区溢出的时间大于T，这意味着新业务混合正在增加链路负担，当其设置时很可能要求更高的丢弃率。

一个示例性实施方式在支持定时器τ_p的PED中实现。当缓冲区溢出时，PED检测是否定时器τ_p已超期。如果是，分组丢弃时间段减半，定时器τ_p复位。如果不是，PED不对丢弃时间段和定时器τ_p进行改变。

应用PED的第四示例性实施方式(调整对业务混合的缓冲区门限)

在第四实施方式中，周期性地调整缓冲区门限和以确保排队延迟非常接近保持全链路利用的最小值。这样的最小排队延迟基于瓶颈速率和瓶颈链路上业务混合的特性。

一个示例性实施方式利用时间常量T的固定多个τ_th(例如，τ_th＝20T)。每次当时间常量T到期时更新分组丢弃时间段，该方法检测是否第一实施方式的相同的空缓冲区定时器τ_e已到期(设置的时间T/2之后)，以确定是否在当前时间之前的T/2时间段中队列从未空过。如果队列已空，该方法将全部缓冲区门限乘以放大因子π⁺>1，将定时器τ_th复位，将最小的瞬时队列长度q_min复位为任意大值。该方法在每次分组离开缓冲区时更新q_min：q_min＝min(q_min,q)。如果相反队列未空，该方法检测自从上次其进行设置以来是否定时器τ_th已到期。如果定时器已到期，该方法通过自从缓冲区门限的上次更新以来检测的最小队列长度q_min的减小因子π^-<1，减小的当前值：复位定时器τ_th，最小的瞬时队列长度q_min，和其它缓冲区门限，从而保持它们对的原始比。

为了防止门限值的振荡，放大因子应当接近1(例如，π⁺＝1.1)，减小因子应当接近0(例如，π^-＝0.2)。

如上所述，示例性配置参数反映本发明的一个示例性实施方式。本领域技术人员会认识到可选择其它参数和参数值。

操作

现在参照图7a，流图100描述了根据本发明方法实施方式的实现。流程在开始点A102开始。接下来，在第一步骤104，到达判断框，确定是否新分组已到达。如果没有，流程进入到转换点B 106。如果新分组已到达，流程进入到步骤107，其确定是否缓冲区为满。如果不是，到达另一判断框108，其确定是否AQM正等待丢弃分组。如果是，在步骤110丢弃分组，在步骤112对最近的AQM丢弃定时器复位。在步骤112之后方法进入到转换点B 106。返回到判断框108，如果AQM不是等待丢弃分组，则到达另一判断框114以确定是否缓冲区为空。如果缓冲区为空，则在步骤116将缓冲区定时器复位。在步骤118将分组添加到缓冲区，方法进入到转换点B 106。如果在判断框107缓冲区为满，则在步骤120分组被丢弃。在判断框122，确定是否溢出定时器已到期。如果不是，方法进入到转换点B 106。如果溢出定时器已到期，则更新丢弃时间段，在步骤214将时间段更新定时器复位。溢出定时器在步骤126和快速更新定时器在步骤128也复位。该方法从而进入到转换点B 106。

参照图7b，该方法在转换点B 106再次开始。在该点，流图进入到判断框130，其确定是否分组传输已结束。如果是，在判断框132，确定是否缓冲区为空。如果是，则空缓冲区定时器在步骤134无效。如果在步骤130和132，传输已结束或缓冲区为空，则流程进入到转换点C 136。

参照图7c，在到达转换点C 136后，该方法进入到判断框138，其确定是否AQL定时器已到期。如果不是，方法进入转换点E 140。如果AQL定时器已到期，在步骤142，AQL定时器复位，AQL值更新。接下来，在判断框144，其且AQL门限是否在AQL锁定和AQL选通门限之间。如果是，从判断框146的快速更新定时器开始检测多个定时器，以判断它们是否已到期。接下来，在判断框148检测溢出定时器的到期。如果是，在判断框150确定是否空缓冲区定时器已到期。如果快速更新定时器或溢出定时器都未到期，则方法进入转换点D 154。如果AQL值不在两个门限之间，方法进入判断框156。

返回到步骤150，如果空缓冲区还为到期，则方法进入到判断框152，其检测是否AQM丢弃定时器已到期。如果是，方法进入到转换点D 154。如果不是，或者如果空缓冲区定时器确实到期，则在步骤158，将丢弃时间段更新，将时间段更新定时器复位。快速更新定时器还在步骤160复位，方法进入转换点D 154。

在图7c的判断框156，确定AQL值是否高于安全门限。如果是，到达判断框162，其确定是否AQL暂停时间已过。如果不是，或者如果AQL值不高于安全门限，则方法进入转换点D。在步骤162如果AQL暂停时间已过，则在步骤164设置AQM丢弃决策。接下来，在步骤166设置用于AQL暂停时间的开始时间，在步骤168更新丢弃时间，复位时间段更新定时器。接下来，在步骤170复位快速更新定时器，在该步骤之后，方法回到开始的转换点A 102。

参照图7d，方法到达转换点D 154。这将该方法带到判断框172，其确定是否IQL值高于安全门限。如果是，确定是否已经过IQL暂停时间。如果是，则在步骤178设置AQM丢弃决策，在步骤180设置IQL暂停时间的开始时间。之后到达转换点E 182。在步骤172如果IQL值不高于安全门限，或者在174还未经过IQL暂停时间，则方法进入转换点E 182。

参照图7e，在转换点E 182之后，到达判断框184，其确定是否时间段更新定时器已到期。如果是，到达另一判断框186，其确定是否AQL值在锁定门限和选通门限之间。如果是，在判断框188检测多个定时器中的第一个，即溢出流是否到期。如果在步骤184的时间段更新和在步骤188的溢出定时器均未到期，方法进入转换点A 102。在步骤188如果溢出定时器已到期，则在判断框190检测空缓冲区定时器是否到期。如果不，方法进入下一判断框192，其确定是否最近的AQL丢弃定时器已到期。如果AQM丢弃定时器已到期，方法进入转换点A102。如果最近的丢弃定时器还未到期，或者如果在步骤190空缓冲区定时器已到期，则方法进入步骤198。

在步骤186，如果AQL值不在锁定门限和选通门限之间，则方法进入判断框194。这里，确定是否AQL值高于安全门限。如果是，则方法移动到步骤196，其中设置AQM丢弃决策。在下一步骤198，更新丢弃时间段，复位时间段更新定时器。在下一步骤200，复位快速更新定时器。该方法从而进入转换点A 102。在判断框194，如果AQL不高于安全门限，则到达下一判断框202。这里，确定是否IQL值高于安全门限。如果是，则在204设置AQM丢弃决策。如果不是，该方法进入转换点A 102。

参照图8，描述了能够实现本发明方法的通信节点300的一个示例性实施方式。可以看到，节点300包括与***存储器304(例如，任何形式的随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM))耦合的至少一个处理器302。通信节点还包括多个输入和输出端口305、306。利用一个或多个存储器缓冲区308对接收从通信节点300发送的通信业务进行缓冲区。可以理解的是，处理器执行存储在存储器中的程序代码以便执行通信节点的所描述功能。用于执行本发明所描述方法的程序代码可存储在***存储器304中并由处理器302执行。

上述描述仅解释了本发明的原则。可以理解的是，本领域技术人员能够设计出各种配置，其尽管未在这里具体描述和说明，但可实施本发明的原则，并可包括在其精神和范围内。此外，所有的实施例和列举的条件语言仅意在作为启发性的目的，帮助读者理解本发明的原则和由发明人对促进现有技术所贡献的概念，并非意在限制到这样的具体列举的实施例和条件。此外，这里列举的本发明原则、方面和实施方式的全部声明、以及其特定实施例，意在涵盖其结构和功能等效物。此外，这样的等效物意在包括当前已知的等效物、以及在未来开发的等效物，也就是说，所开发的执行相同功能的任意单元，不考虑其结构。本发明原则的许多其它修改和应用对本领域技术人员来说是明显的，并可由这里给出的教导所预期。因此，本发明的保护范围仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度AQL值，所述方法包括：

将AQL与第一门限进行比较，其中只要AQL小于第一门限，则分组丢弃率保持不变；

跟踪表示自最近的缓冲区溢出事件以来的时间的第一定时器，表示自缓冲区上一次为空以来的时间的第二定时器，以及表示自主动队列管理AQM决策上一次触发分组丢失以来的时间的第三定时器；以及

如果所述AQL大于所述第一门限且所述第一定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内未发生缓冲区溢出，以及所述第二定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内缓冲区未空，则更新分组丢弃率，或者

如果所述AQL大于所述第一门限且所述第一定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内未发生缓冲区溢出，以及所述第三定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内存在由所述AQM决策触发至少一个分组丢弃，则更新分组丢弃率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述缓冲区的瞬时队列长度IQL值，所述方法进一步包括：

将IQL与第二门限进行比较；和

当IQL大于所述第二门限时，按照第一时间间隔触发分组丢失，其中所述第一时间间隔的持续时间取决于所述IQL和所述第二门限之间距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述IQL和所述第二门限之间的距离越大，所述时间间隔越短。

4.根据权利要求3所述的方法，其中当AQL大于所述第二门限时，AQM方案按照第二时间间隔更新控制分组丢弃决策的参数，其中所述第二时间间隔取决于AQL和所述第二门限之间距离，并且其中所述第一门限小于所述第二门限。

5.根据权利要求4所述的方法，其中AQL和所述第二门限之间的距离越大，更新的频率越高。

6.根据权利要求5所述的方法，其中当AQL位于第三门限和所述第二门限之间时，更新的频率小于由IQL控制的额外分组丢失的频率，但是高于由AQM方案触发的丢弃决策参数的更新频率，其中所述第三门限小于所述第二门限，其中当AQL高于所述第三门限时，AQM方案能够正常地更新控制分组丢弃决策的参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其中当缓冲区溢出时，将丢弃时间段减小指定量。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括控制分组丢弃时间段的周期性更新的丢弃时间段定时器，当所述缓冲区溢出时检测所述丢弃时间段定时器，其中如果所述丢弃时间段定时器已到期，则将分组丢弃时间段减小所述指定量。

9.一种用于操作分组缓冲区的方法，分组缓冲区用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度AQL值，所述缓冲区包括具有丢弃时间段的主动队列管理AQM方案，其中丢弃时间段的到期触发所述AQL的采样，所述方法包括：

提供第一定时器，τ_u，其中当更新分组丢弃时间段时将第一定时器复位；第二定时器，τ_o，其当缓冲区溢出时被复位；第三定时器，τ_e，其当缓冲区为空时失效和在缓冲区离开空状态时被复位，第四定时器，τ_d，其当AQM方案丢弃分组时被复位，以及第五定时器τ_q，其指示AQL的平均时间段；

当第五定时器τ_q到期时，计算新AQL值，并且将所述新AQL值与第一门限比较，其中如果AQL超过所述第一门限，进行检测以确定是否所述定时器τ_u和所述定时器τ_o到期，所述定时器τ_e未失效，以及定时器τ_d已到期；以及

如果所述新AQL值大于所述第一门限且所述第二定时器到期，以及所述第三定时器到期，则更新分组丢弃时间段，或者

如果所述新AQL值大于所述第一门限且所述第二定时器到期，以及所述第四定时器未到期，则更新分组丢弃时间段。

10.一种用于操作分组缓冲区的设备，分组缓冲区用于接受多个分组流，其中计算所述分组缓冲区的平均队列长度AQL值，所述设备包括：

用于将AQL与第一门限进行比较的装置，其中只要AQL小于第一门限，则分组丢弃率保持不变；

用于跟踪表示自最近的缓冲区溢出事件以来的时间的第一定时器，表示自缓冲区上一次为空以来的时间的第二定时器，表示自分组丢失上一次被主动队列管理AQM决策所触发以来的时间的第三定时器的装置；以及

用于如果所述AQL大于所述第一门限且所述第一定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内未发生缓冲区溢出，以及所述第二定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内缓冲区未空，则更新分组丢弃率的装置，或者用于如果所述AQL大于所述第一门限且所述第一定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内未发生缓冲区溢出，以及所述第三定时器指示在所述跟踪的指定持续时间内存在所述AQM决策触发至少一个分组丢弃，则更新分组丢弃率的装置。