一种用于无线局域网的缓冲队列管理方法技术

本发明专利技术提供一种用于无线局域网的缓冲队列管理方法。在无线局域网中，当关联站点数量较多、数据量较大时，将发生网络拥塞现象。为了在拥塞尚未发生或拥塞发生的初期检测网络拥塞，交换节点（如ＡＰ）缓冲队列管理方法实现数据包的入队列检测，通过丢包或设置ＩＰ包头的显式拥塞通知（Ｅｘｐｌｉｃｉｔ　ＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＮｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＥＣＮ）位向发送端通知拥塞，从而缓解网络拥塞。本发明专利技术提供的缓冲队列管理方法采用队列长度和流量速率为拥塞度量，可以更加准确的评估网络拥塞程度，并在此基础上，按照缓存队列的优先级不同，为各队列计算不同的丢包概率，实现不同优先级的随机丢包，从而达到区分丢包率的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线网络通信领域的一种缓冲队列管理方法，尤其涉及一种利用速率估计值和瞬时队列长度值作为拥塞度量的缓冲队列管理方法。
技术介绍
在无线局域网中，当关联站点数量较多、数据量较大时，将发生网络拥塞现象。无线局域网的拥塞现象源于网络资源和网络流量分布的不均衡性，具体来说就是，在各转发节点，网络流量的到达速率大于链路输出带宽，导致分组在队列中累积，提高局部的网络处理能力不能消除拥塞。理想情况下，队列中的分组应该略有累积，这说明流量的到达速率略大于链路处理能力，链路处理能力得到完全的利用。如果流量到达速率小于链路处理能力，队列为空，则此时链路利用率偏低。反之，流量到达速率过大，分组在队列中累积超过一定程度导致拥塞，丢包率将急升，对控制排队延迟和抖动也极为不利。一般的缓冲队列管理方法是尾丢弃(tail drop)。队列按照先进先出(FIFO)的规则处理到来的分组。由于缓冲队列长度总是有限的，因此当队列已满时，随后到达的分组都将被丢弃。这称为尾丢弃策略。尾丢弃拥塞控制方法简单、直观、容易实现，但对突发流量不公平，且易引发全局同步(global synchronization)，降低网络吞吐量。另一种常用的缓冲队列管理方法是随机早期检测(Random Early Detection，RED)，其基本思想是通过监控转发节点输出端口队列的平均长度来评估拥塞程度。一旦发现拥塞迹象，则通过随机选择连接的方式通知拥塞，使队列在溢出导致丢包之前减小拥塞窗口，降低发送速率，从而缓解网络拥塞。由于随机早期检测只是根据队列平均长度评估拥塞程度，因此，存在的主要问题是对由于突发流量引发的拥塞反应迟钝，且对参数设置敏感。因此，将队列长度和流量到达速率作为拥塞的度量能够结合二者优点，更加精确的评估网络拥塞状况。保持队列长度的稳定可以提供一个可预期的最大排队延迟，也可尽可能的减少延迟抖动，这对视频和音频等多媒体流量很重要。仅仅将队列长度作为拥塞度量不能准确预测网络状态的变化，通过监测到达速率的变化可以预测拥塞变化的趋势，将其作为拥塞度量可以改善系统的响应速度，间接地保证排队延迟和丢包率。缓冲队列管理方法的基础是掌握流量状态，流量速率是每个流的最基本的状态之一。众多实验测量数据表明，实际的网络流量在很长的时间范围内都具有相关性，即流量到达是长相关的。因此，当前无线局域网流量更适采用具有长相关性的模型，自相似模型就是其中的-->一个代表。在自相似流量中，历史速率值对当前速率值的影响随时间推移呈幂律形式下降。因此，采用本专利技术的自相似流量估计方法可以得到更准确的流量速率估计值。令X为一随机变量，若X满足重尾分布，则当X→∞，0<α<2时，补累积分布函数为P[X>x]:x-α。当α减小，概率质量集中在分布的尾部，形成重拖尾。分组到达时间间隔或突发数据的长度的重尾分布是决定网络流量自相似特征的主要物理因素。由于实际环境下可获得的参数为表征流量突发性的自相似系数H，H取值范围为[0.5，1]。因此，参数α与H系数的关系为α＝3-2H可满足α取值范围要求。不同应用对丢包率的要求不同。在无线局域网中，需要对具有不同优先级属性的缓冲队列采用不同的丢包策略。IEEE 802.11e或IEEE 802.11n标准中对丢包率策略未作规定，但支持区分优先级的丢包率是QoS保证的应有之意。为了在无线局域网中支持丢包率区分，本专利技术提供的缓冲队列管理方法采用队列长度和流量速率为拥塞度量，可以更加准确的评估网络拥塞程度，并在此基础上，按照缓存队列的优先级不同，为各队列计算不同的丢包概率，实现不同优先级的随机丢包，从而达到区分丢包率的目的。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于无线局域网的缓冲队列管理方法，以期达到按照缓冲队列优先级不同实现区分丢包率的目的。为实现这一目标，本专利技术公开了一种利用瞬时队列长度和流量速率估计值作为拥塞度量的缓冲队列管理方法，本专利技术包括一个流量速率估计方法，一个区分优先级丢包概率计算方法。其中：所述流量速率估计方法由驱动软件实现，该方法根据网络流量的长相关特性和当前测得的流量速率瞬时值估计下一时刻的流量速率。所述区分优先级丢包概率计算方法，该方法根据到达数据包的优先级和期望队列长度，计算得到AC(Access Category)缓冲队列的丢包概率，并根据丢包概率随机丢弃到达缓冲队列的数据包。本专利技术的特征依次包括如下步骤：(1)驱动软件判断当前事件或中断类型。如果是上层数据包到达，根据IP包的DSCP值或IEEE 802.11e协议规定的数据包优先级，将数据包放入相应AC缓冲队列，AC缓冲队列由驱动软件生成并维护，数据包优先级到AC的映射关系由协议定义；(2)驱动软件按照公式(1)估计流量速率，并保存估计结果。-->R^(t+1)=(1-Ts2H-3)lTs+Ts2H-3R(t)---(1)]]>公式(1)中，R(t)为当前时刻测量得到的流量速率，为下一时刻估计的流量速率，Ts为采样间隔，l为当前到达数据包长度，H为表征流量突发性的自相似系数，该系数由已知R/S估计、Whittle估计等成熟方法得到。(3)与数据包优先级对应的AC缓冲队列瞬时长度变量加1，该变量在每一数据包到达时加1。(4)驱动软件按照公式(2)计算与数据包优先级对应的AC缓冲队列期望队列长度，该期望队列长度是本专利技术提供的缓冲队列管理方法期望控制的队列长度，即AC缓冲队列长度不能超过该期望队列长度。Qopt=max_threshold-ACI×(max_threshold-min_threshold)6---(2)]]>公式(2)中，ACI为各AC对应的序号，AC_VO为0，AC_VI为1，AC_BE为2，AC_BK为3；Qopt为与ACI对应的AC缓冲队列期望队列长度；max_threshold为最大队列长度阈值，该阈值由上层管理软件设置；min_threshold为最小队列长度阈值，该阈值由上层管理软件设置；(5)比较AC缓冲队列瞬时队列长度与min_threshold。如果AC缓冲队列瞬时队列长度小于min_threshold，说明此时拥塞尚未发生，当前到达数据包可进入AC缓冲队列等待发送；否则，转步骤(6)。(6)比较AC缓冲队列瞬时队列长度与Qopt，该阈值由上层管理软件设置。如果AC缓冲队列瞬时队列长度大于Qopt，说明此时拥塞严重，直接将当前到达数据包删除；否则，转步骤(7)。(7)AC缓冲队列瞬时队列长度介于min_threshold和Qopt之间，说明此时拥塞征兆已经出现，但尚未达到十分严重的程度，驱动软件应执行随机丢包。驱动软件按照公式(3)计算随机丢包概率：p(t+1)=R^(t+1)Ts-Qopt-C+Q(t)R^(t+1)Ts---(3)]]>公式(3)中，p(t+1)为下一时刻t+1计算得到的随机丢包概率，为下一时刻t+1估计得到的流量速率，Ts为采样间隔，C为出链路发送数据包长度，其中-->C＝V×Ts，V为调度算法分配的服务量，等效于驱动软件可达到的最大吞吐量，Q(t)为当前时刻t的AC缓冲队列瞬时队列长度。(8)驱动软件计算0到1之间均匀分布的伪随机数，伪随机数可采用线性同余等已知成熟方法得到。如果计算得到伪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线局域网的缓冲队列管理方法，其特征在于，包括一个流量速率估计方法，一个区分优先级丢包概率计算方法，其中：　所述流量速率估计方法由驱动软件实现，该方法根据网络流量的长相关特性和当前测得的流量速率瞬时值估计下一时刻的流量速率；所述区分优先级丢包概率计算方法根据到达数据包的优先级和期望队列长度，计算得到ＡＣ（Ａｃｃｅｓｓ　Ｃａｔｅｇｏｒｙ）缓冲队列的丢包概率，并根据丢包概率随机丢弃到达缓冲队列的数据包。

【技术特征摘要】
1、一种用于无线局域网的缓冲队列管理方法，其特征在于，包括一个流量速率估计方法，一个区分优先级丢包概率计算方法，其中：所述流量速率估计方法由驱动软件实现，该方法根据网络流量的长相关特性和当前测得的流量速率瞬时值估计下一时刻的流量速率；所述区分优先级丢包概率计算方法根据到达数据包的优先级和期望队列长度，计算得到AC(Access Category)缓冲队列的丢包概率，并根据丢包概率随机丢弃到达缓冲队列的数据包。2、如权利要求1所述的一种用于无线局域网的缓冲队列管理方法，其特征在于，所述流量速率估计方法根据当前时刻流量实际测量速率值和表征流量突发程度的自相似系数估计下一时刻流量速率，如公式(1)所示，R(t)为当前时刻测量得到的流量速率，为下一时刻估计的流量速率，Ts为采样间隔，l为当前到达数据包长度，H为表征流量突发性的自相似系数，该系数由已知成熟方法得到。R^(t+1)=(1-Ts2H-3)lTs+Ts2H-3R(t)---(1)]]>3、如权利要求1所述的一种用于无线局域网的缓冲队列管理方法，其特征在于，所述区分优先级丢包概率计算方法根据数据包优先级分别为相应的AC缓冲队列维护不同的期望队列长度Qopt，Qopt按照公式(2)计算得到：Qopt=max_threshold-ACI×(max_threshold-min_threshold)6---(2)]]>公式(2)中，ACI为各AC对应的序号，AC_VO为0，AC_VI为1，AC_BE为2，AC_BK为3；Qopt为与ACI对应的AC缓冲队列期望队列长度；max_threshold为最大队列长度阈值，该阈值由上层管理软件设置；min...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪岩，
申请(专利权)人：北京中电华大电子设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]