CN112822116B - 一种tcp拥塞控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络通信技术领域，尤其为一种TCP拥塞控制方法及装置，S1，对TCP拥塞控制的改进；S2，TCP拥塞控制算法中慢启动阈值设定的改进，本发明通过对目前的TCP拥塞控制机制的改进,与改进中需要设定的参数的调整使得新的改进比目前的TCP拥塞控制制更加高效,不仅提高了网络资源的利用率,更提高了发送方的传输速率，进而本方法通过设计使得新的拥塞控制机制更适应当今的网络,也为拥塞控制制的更新与发展提供更广阔的思路。

Description

一种TCP拥塞控制方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种TCP拥塞控制方法及装置。

背景技术

Internet中拥塞控制的大部分工作是由CP完成的,目前标准TCP协议的实现都包含了一些避免和控制网络拥塞的算法。当今Internet的可靠性和稳定性与TCP拥塞控制机制密不可分,而TCP的成功也要归功于其稳固的拥塞控制机制。随着应用要求的日益丰富和技术的不断发展,要想完全依赖实现在终端***上的策略和算法很难满足服务质量(QoS)这样复杂的要求,为了解决相应的问题,相网络技术逐渐转向网络的中间节点即路由器上,通过增强它们的功能来实现端到端无法达到的技术,从而达到有效的拥塞控制,保持网络的良好性能。

当一个网络中出现太多报文分组的时候,网络的性能开始下降,这种情况称为拥塞，拥塞是一种持续过载的网络状态,此时用户对网络资源的需求超过了其固有的容量,这是生拥塞的根本原因,而端到端之间却存在着直接的原因,主要有:1.存储空间相对不足；主要表现在路由器上,虽然增加存储空间时可以缓解拥塞的产生,但有时候不但不能缓解拥塞,反而会加剧拥塞；2.带宽容量不足。低速链路对高速数据流的输入也会产生拥塞；3.链路与CPU的处理速度不匹配,造成处理能力弱,速度慢从而引起拥塞。

目前TCP拥塞控制方法中,当出现丢包事件发生时(以下泛指收到三个重复的ACK或者超时事件发生为丢包事件),会将阈值设置为当前拥塞窗口大小的一半,之后进入拥塞避免阶段或者将拥塞窗口大小变为1进入慢启动阶段,到达阈值后再进入拥塞避免阶段。实际上到达拥塞避免阶段,由于要尽量避免网络拥塞事件的发生,此时拥塞窗口大小再以指数形式增长已经不可行了,相比慢启动阶段的增长速度,拥塞避免阶段拥塞窗增长耗时。

综上所述，本发明通过设计一种TCP拥塞控制方法及装置来解决存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TCP拥塞控制方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种TCP拥塞控制方法，包括以下步骤：

S1，对TCP拥塞控制的改进；

S2，TCP拥塞控制方法中慢启动阈值设定的改进。

优选的，所述S1中对TCP拥塞控制的改进的具体步骤如下：

S11，当s>>(w-s),即慢启动阈值远大于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小,假设数据包最大长度为1000B,在高速网络环境中假设某一次s＝100MB,再假设达到阈值后的拥塞避免阶段只经历一个回合,即w＝100MB+1000B,此时可以看到,慢启动阶段所增加的拥塞窗口大小远大于拥塞避免阶段增加拥塞窗口数量,这时候发生丢包事件,慢启动阈值变为w/2；

S12，s<(w-s),即慢启动阶段阈值远小于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小,假设数据包最大长度为1000B,设＝65KB,W＝10MB,当发生丢包事件时,也就是拥塞窗口大小为10MB时,阈值将变为w/2。

优选的，所述S2中TCP拥塞控制方法中慢启动阈值设定的改进的具体步骤如下：

S21，初始化TCP的Ky s为65KB,cwnd大小为1,发送方开始发送数据；

S22，cwnd>＝s时进入拥塞避免阶段,直至发生丢包事件,此时记录当前cwnd值,令w＝cwnd；

S23，定义变量I＝w/s；

S24，由于Ⅰ的值在两次测量中相等的概率为0,所以可以定义在区间Ⅰ的最大值和最小值内的百分比,定义方法如下:在二维函数图像上用描点记录的方法得出一个网络中的最大值最小I值(采样要多,尽量覆盖网络最繁忙时段,及较为空闲时段,图像上的特殊情况点除外),定义Imax＝最大I值,Imin＝最小值,定义区间[Imin,Imax],定义I的百分比Xn,令Xn＝Imin/Imax。

S25，规定新的慢启动阈值区间:由于Xn可能接近1或者0,所以必须规定百分比的上限和下限,在此规定上限为75％,下限为25％,即当拥塞避免阶段拥塞窗口增大数远大于慢启动阶段拥塞窗口增大数,发生丢包事件后新的阈值设置也不能超过当前的拥塞窗口大小的75％,此做法是尽量保证网络不会在第二次慢启动阶段就发生拥塞,或者直接进入拥塞避免阶段,导致初始拥塞窗口值过大,很少回合内就导致网络拥塞，设置下限的目的是让新的阈值不会太小,在让网络快速缓解拥塞的同时保证传输速率不会过小，上下限的大小个根据当前网络的状况适当调整,但上限值不易调整过大,原因也是尽量避免网络过早拥塞,下限值可以适度下调,

优选的，所述S25中两个值的具体步骤如下：

S251，当收到3个重复ACK时,把s设置为cwnd的一半,把cwnd设置为s的值加3,然后重传丢失的报文段,加3的原因是因为收到3个重复的ACK；

S252，收到重复的ACK时,拥塞窗口增加1；

S253，当收到新的数据包的ACK时,把cwnd设置为第一步中的ssthres的值。原因是因为该ACK确认了新的数据,说明从重复ACK时的数据都已收到,该恢复过程已经结束,可以回到恢复之前的状态了,也即再次进入拥塞避免状态；在此规定下,可设置当发生丢包事件后的阈值：

当Imin/Imax大于75％设为75％,小于25％设为25％,所以nst>＝w*25％&&nst<＝w*75％；

在新的慢启动阈值大小改进思路中可以看到其中规定了发生丢包事件时拥塞窗口大小与慢启动阈值之比的上限(75％)和下限(25％),具体的设定可根据具体设定可根据网络状况适当调整。假设一个网络的状况逐渐趋于良好,此时网络拥塞的可能性较小,因此w的值可能会逐渐增大,也就是每次发生丢包事件时的拥塞窗口大小都比上一次的要增大,这个顶点成一个上升型的趋势,可根据相邻的两顶点的比例,来适当扩大所规定的上限值,同理,当这些丢包事件的顶点成一个下降趋势,就可以适当减小上限值，由于下限值为了保证发送方的发送速率。

一种TCP拥塞控制放入装置，其特征在于，包括路由器、存储器和处理器，所述存储器为存储有可执行程序代码的存储器，所述处理器为存储器耦合的处理器，所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，所述路由器为基于5G网络进行数据接收和传送。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过对目前的TCP拥塞控制机制的改进,与改进中需要设定的参数的调整使得新的改进比目前的TCP拥塞控制制更加高效,不仅提高了网络资源的利用率,更提高了发送方的传输速率，进而本方法通过设计使得新的拥塞控制机制更适应当今的网络,也为拥塞控制制的更新与发展提供更广阔的思路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：

一种TCP拥塞控制方法，包括以下步骤：

S1，对TCP拥塞控制的改进；

S2，TCP拥塞控制方法中慢启动阈值设定的改进。

进一步的，所述S1中对TCP拥塞控制的改进的具体步骤如下：

S11，当s>>(w-s),即慢启动阈值远大于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小,假设数据包最大长度为1000B,在高速网络环境中假设某一次s＝100MB,再假设达到阈值后的拥塞避免阶段只经历一个回合,即w＝100MB+1000B,此时可以看到,慢启动阶段所增加的拥塞窗口大小远大于拥塞避免阶段增加拥塞窗口数量,这时候发生丢包事件,慢启动阈值变为w/2；

S12，s<(w-s),即慢启动阶段阈值远小于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小,假设数据包最大长度为1000B,设＝65KB,w＝10MB,当发生丢包事件时,也就是拥塞窗口大小为10MB时,阈值将变为w/2。

进一步的，所述S2中TCP拥塞控制方法中慢启动阈值设定的改进的具体步骤如下：

S21，初始化TCP的s为65KB,cwnd大小为1,发送方开始发送数据；

S22，cwnd>＝s时进入拥塞避免阶段,直至发生丢包事件,此时记录当前cwnd值,令w＝cwnd；

S23，定义变量I＝w/s；

S24，由于Ⅰ的值在两次测量中相等的概率为0,所以可以定义在区间Ⅰ的最大值和最小值内的百分比,定义方法如下:在二维函数图像上用描点记录的方法得出一个网络中的最大值最小I值(采样要多,尽量覆盖网络最繁忙时段,及较为空闲时段,图像上的特殊情况点除外),定义Imax＝最大I值,Imin＝最小I值,定义区间[Imin,Imax],定义I的百分比x,令Xn＝Imin/Imax。

S25，规定新的慢启动阈值区间:由于Xn可能接近1或者0,所以必须规定百分比的上限和下限,在此规定上限为75％,下限为25％,即当拥塞避免阶段拥塞窗口增大数远大于慢启动阶段拥塞窗口增大数,发生丢包事件后新的阈值设置也不能超过当前的拥塞窗口大小的75％,此做法是尽量保证网络不会在第二次慢启动阶段就发生拥塞,或者直接进入拥塞避免阶段,导致初始拥塞窗口值过大,很少回合内就导致网络拥塞，设置下限的目的是让新的阈值不会太小,在让网络快速缓解拥塞的同时保证传输速率不会过小，上下限的大小个根据当前网络的状况适当调整,但上限值不易调整过大,原因也是尽量避免网络过早拥塞,下限值可以适度下调,

进一步的，所述S25中两个值的具体步骤如下：

S251，当收到3个重复ACK时,把s设置为cwnd的一半,把cwnd设置为s的值加3,然后重传丢失的报文段,加3的原因是因为收到3个重复的ACK；

S252，收到重复的ACK时,拥塞窗口增加1；

S253，当收到新的数据包的ACK时,把cwnd设置为第一步中的s的值。原因是因为该ACK确认了新的数据,说明从重复ACK时的数据都已收到,该恢复过程已经结束,可以回到恢复之前的状态了,也即再次进入拥塞避免状态；在此规定下,可设置当发生丢包事件后的阈值：

当Imin/Imax大于75％设为75％,小于25％设为25％,所以nst>＝w*25％&&nst<＝w*75％；

在新的慢启动阈值大小改进思路中可以看到其中规定了发生丢包事件时拥塞窗口大小与慢启动阈值之比的上限(75％)和下限(25％),具体的设定可根据具体设定可根据网络状况适当调整。假设一个网络的状况逐渐趋于良好,此时网络拥塞的可能性较小,因此w的值可能会逐渐增大,也就是每次发生丢包事件时的拥塞窗口大小都比上一次的要增大,这个顶点成一个上升型的趋势,可根据相邻的两顶点的比例,来适当扩大所规定的上限值,同理,当这些丢包事件的顶点成一个下降趋势,就可以适当减小上限值，由于下限值为了保证发送方的发送速率。

进一步的，一种TCP拥塞控制放入装置，包括路由器、存储器和处理器，所述存储器为存储有可执行程序代码的存储器，所述处理器为存储器耦合的处理器，所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，所述路由器为基于5G网络进行数据接收和传送。

具体实施案例：

设置一次慢启动阈值为s,发生丢包事件时塞窗口大小为w：

(1)当s>>(w-s),即慢启动阈值远大于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小,假设数据包最大长度为1000B,在高速络环境中假设某一次s＝100MB,再假设达到阈值后的拥塞避免阶段只经历一个回合,即w＝100MB+1000B,此时可以看到,慢启动阶段所增加的拥塞窗口大小远大于拥塞避免阶段增加拥塞窗口数量,这时候发生丢包事件,慢启动阈值变为w/2；

上述情况可以看出:在慢启动阶段过后,仅经历了很小的一段时间的拥塞避免阶段,这样的情况下很有可能在未进入拥塞避免阶段网络就已经拥塞,造成大量的数据包的重传,降低了网络资源的利用率,所以适当的减小新一轮的慢启动阈值，增大拥塞避免阶段的回合数，尽量避免网络在慢启动阶段就发生丢包事件有一定的必要性。

(2)当s＜(w-s)，即慢启动阶段阈值远小于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小，假设数据包最大长度为1000B，设＝65KB，W＝10MB，当发生丢包事件时，也就是拥塞窗口大小为10MB时，阈值将变为w/2上述情况的问题在于：TCP经历了一次相对长时间的拥塞避免，所以当发生丢包事件时，阈值的大小设定将以拥塞避免阶段为主导因素。在此，适当的增大新一回合中的慢启动阈值，加大慢启动回合数可以提高网络发送速率，给用户带来更加快捷的服务质量；

对目前TCP拥塞控制方法中慢启动阈值设定的改进方法的具体步骤如下：

(1)初始化TCP的s为65KB，cwnd大小为1，发送方开始发送数据；

(2)cwnd＞＝s时进入拥塞避免阶段，直至发生丢包事件，此时记录当前cwnd值，令w＝cwnd；

(3)定义变量I＝w/s；

(4)由于I的值在两次测量中相等的概率为0，所以可以定义在区间I的最大值和最小值内的百分比，定义方法如下：在二维函数图像上用描点记录的方法得出一个网络中的最大值最小I值(采样要多，尽量覆盖网络最繁忙时段，及较为空闲时段，图像上的特殊情况点除外)，定义Imax＝最大I值，Imin＝最小值，定义区间[Imin，Imax]，定义I的百分比x，令Xn＝Imin/Imax，如下表1，

I	I0(Imin)	I2	I3	……	In(Imax)
						I值	测量值	测量值	测量值	……	测量值
定义百分比	0％	X1％	X2％	……	100％

表1中的测量值不是直接测量I,是由每次测量w与s的值的商得出来的；

(5)规定新的慢启动阈值区间:由于Xn可能接近1或者0,所以必须规定百分比的上限和下限,在此规定上限为75％,下限为25％,即当拥塞避免阶段拥塞窗口增大数远大于慢启动阶段拥塞窗口增大数,发生丢包事件后新的阈值设置也不能超过当前的拥塞窗口大小的75％,此做法是尽量保证网络不会在第二次慢启动阶段就发生拥塞,或者直接进入拥塞避免阶段,导致初始拥塞窗口值过大,很少回合内就导致网络拥塞，设置下限的目的是让新的阈值不会太小,在让网络快速缓解拥塞的同时保证传输速率不会过小。上下限的大小个根据当前网络的状况适当调整,但上限值不易调整过大,原因也是尽量避免网络过早拥塞,下限值可以适度下调,这两个值的具体步骤如下：

(1)当收到3个重复ACK时,把s设置为cwnd的一半,把cwnd设置为s的值加3,然后重传丢失的报文段,加3的原因是因为收到3个重复的ACK；

(2)收到重复的ACK时,拥塞窗口增加1；

(3)当收到新的数据包的ACK时,把cwnd设置为第一步中的s的值。原因是因为该ACK确认了新的数据,说明从重复ACK时的数据都已收到,该恢复过程已经结束,可以回到恢复之前的状态了,也即再次进入拥塞避免状态；在此规定下,可设置当发生丢包事件后的阈值：

当Imin/Imax大于75％设为75％,小于25％设为25％,所以nst>＝w*25％&&nst<＝w*75％；

在新的慢启动阈值大小改进思路中可以看到其中规定了发生丢包事件时拥塞窗口大小与慢启动阈值之比的上限(75％)和下限(25％),具体的设定可根据网络状况适当调整。假设一个网络的状况逐渐趋于良好,此时网络拥塞的可能性较小,因此w的值可能会逐渐增大,也就是每次发生丢包事件时的拥塞窗口大小都比上一次的要增大,这个顶点成一个上升型的趋势,可根据相邻的两顶点的比例,来适当扩大所规定的上限值,同理,当这些丢包事件的顶点成一个下降趋势,就可以适当减小上限值，由于下限值为了保证发送方的发送速率，综上通过对目前的TCP拥塞控制机制的改进,与改进中需要设定的参数的调整使得新的改进比目前的TCP拥塞控制制更加高效,不仅提高了网络资源的利用率,更提高了发送方的传输速率，进而本方法通过设计使得新的拥塞控制机制更适应当今的网络,也为拥塞控制制的更新与发展提供更广阔的思路。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种TCP拥塞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，对TCP拥塞控制的改进；

所述对TCP拥塞控制的改进包括：

S11，当s>>(w-s),即慢启动阈值远大于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小,假设数据包最大长度为1000B,在高速网络环境中假设某一次s＝100MB,再假设达到阈值后的拥塞避免阶段只经历一个回合,即w＝100MB+1000B,此时看到,慢启动阶段所增加的拥塞窗口大小远大于拥塞避免阶段增加拥塞窗口数量,这时候发生丢包事件,慢启动阈值变为w/2；

S12，s<(w-s),即慢启动阶段阈值远小于拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小,假设数据包最大长度为1000B,设s＝65KB,w＝10MB,当发生丢包事件时,也就是拥塞窗口大小为10MB时,阈值将变为w/2；

S2，对TCP拥塞控制方法中慢启动阈值设定的改进；

所述S2中对TCP拥塞控制方法中慢启动阈值设定的改进的具体步骤如下：

S21，初始化TCP的s与cwnd后,发送方开始发送数据；

S22，cwnd>＝s时进入拥塞避免阶段,直至发生丢包事件,此时记录当前cwnd值,令w＝cwnd；

S23，定义变量I＝w/s；

S24，定义区间Ⅰ的最大值和最小值的百分比,定义方法如下:在二维函数图像上用描点记录的方法得出一个网络中的最大I值与最小I值,定义Imax＝最大I值,Imin＝最小I值,定义区间[Imin,Imax],定义I的百分比Xn,令Xn＝Imin/Imax；

S25，规定新的慢启动阈值区间:由于Xn接近1或者0,所以必须规定百分比的上限和下限,在此规定上限为75％,下限为25％,即当拥塞避免阶段拥塞窗口增大数远大于慢启动阶段拥塞窗口增大数,发生丢包事件后新的阈值设置也不能超过当前的拥塞窗口大小的75％；

其中，所述s表示为慢启动阈值，所述w表示为拥塞避免阶段所增加的拥塞窗口大小。

2.根据权利要求1所述的一种TCP拥塞控制方法，其特征在于，所述S25中的具体步骤如下：

S251，当收到3个重复ACK时,把s设置为cwnd的一半,把cwnd设置为s的值加3,然后重传丢失的报文段,加3的原因是因为收到3个重复的ACK；

S252，收到重复的ACK时,拥塞窗口增加1；

S253，当收到新的数据包的ACK时,把cwnd设置为第一步中的s的值，原因是因为该ACK确认了新的数据,说明重复ACK的数据都已收到,也即再次进入拥塞避免状态；在此规定下,设置当发生丢包事件后的阈值：

当Imin/Imax大于75％设为75％,小于25％设为25％；

在新的慢启动阈值大小改进思路中看到其中规定了发生丢包事件时拥塞窗口大小与慢启动阈值之比的上限75％和下限25％。