LEDBAT协议优先级反转抑制的启发式动态阈值算法

发布时间：2021-09-01 15:18

　　近年来,随着通信技术和网络传输能力的大幅度提升,应用需求呈现多元化的增长态势（视频会议、在线游戏等交互式应用要求低时延、低抖动,而软件更新等应用则要求高吞吐）.为满足时延不敏感的数据传输并保证高效的瓶颈带宽利用率,低优先级拥塞控制算法（如LEDBAT（low extra delay background transport））受到广泛关注.该类算法能在链路空闲时占用未被使用的带宽,而在链路负载较高时释放占用的带宽以保证时延敏感数据的传输.然而,当中间路由器部署主动队列管理算法时,低优先级拥塞控制算法存在优先级反转问题,即链路高负载时无法释放占用的带宽,使其退化为普通拥塞控制算法.为解决该问题,针对LEDBAT中的固定时延阈值造成的优先级反转,提出启发式的动态阈值调整算法,其在运行时动态搜索最优的动态时延阈值,确保LEDBAT与主动队列管理算法共存时仍能保持低优先级特性,同时不降低链路的利用率.为验证算法的有效性,在网络模拟NS2中建立了不同网络场景并对算法进行大量的评估.实验结果表明:与已有低优先拥塞控制算法相比,新算法能够有效解决优先级反转的问题,同时保证链路的带宽利用率. 

【文章来源】：计算机研究与发展. 2020,57(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

哑铃型实验拓扑

图1 哑铃型实验拓扑为了验证LEDBAT与AQM相互作用而导致的优先级反转问题,本文进行的实验拓扑如图1所示,队列管理算法设置为RED.实验结果如图3所示,与图2相比,LEDBAT的吞吐量明显上升了,且具有与Reno一样的侵略性.由图2可知,LEDBAT能保持较低吞吐量,而不影响标准TCP的性能.在图3中,RED算法计算的平均队列长度超过特定阈值并按概率进行丢包,标准TCP减小其发送速率导致排队时延减小,LEDBAT随之增加其拥塞窗口的值,吞吐量上升,从而影响了标准TCP的性能.

为了验证LEDBAT与AQM相互作用而导致的优先级反转问题,本文进行的实验拓扑如图1所示,队列管理算法设置为RED.实验结果如图3所示,与图2相比,LEDBAT的吞吐量明显上升了,且具有与Reno一样的侵略性.由图2可知,LEDBAT能保持较低吞吐量,而不影响标准TCP的性能.在图3中,RED算法计算的平均队列长度超过特定阈值并按概率进行丢包,标准TCP减小其发送速率导致排队时延减小,LEDBAT随之增加其拥塞窗口的值,吞吐量上升,从而影响了标准TCP的性能.表1展示了LPCC与AQM相互作用的结果,PTCP是指链路中标准TCP所占的份额,Qavg表示平均队列长度.可以看出,AQM显著减小了平均队列长度,减小了排队时延,解决了“Bufferbloat”问题.以LEDBAT为例,相比于DropTail算法,部署了RED的链路中的PTCP减少了38.35%,部署了DRR的链路中的PTCP减少了42.42%.这表明部署了AQM之后,LPCC具有与标准TCP相同的侵略性.在减小排队时延方面,相比于部署了DropTail的链路的Qavg,部署了RED的链路的Qavg减少了86.94%,部署了DRR的链路的Qavg减少了57.54%.

【参考文献】：
期刊论文
[1]低时延网络:架构,关键场景与研究展望[J]. 左旭彤,王莫为,崔勇.  通信学报. 2019(08)
[2]基于无线信道状态信息的缓存膨胀问题求解方案[J]. 刘晓兰,舒然,张彤,任丰原.  清华大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]基于RED的差异型丢包队列管理算法[J]. 朱海婷,丁伟.  计算机学报. 2015(03)



本文编号：3377211