[发明专利]增强AQM以对抗无线损失

说明书

为了维持互联网路由器缓冲器处的小、稳定积压，主动队列管理（AQM）算法在拥塞的开始处概率性地丢弃分组。这导致传输控制协议（TCP）数据流率降低。然而，无线损失可能被误解释为拥塞损失并且引起流率中的伪降低。利用随机早期检测（RED）的现有技术AQM无法在时变无线损失之下维持稳定积压。然而，本发明能够解决该问题并且提供积压对预设参考水平的鲁棒追踪，通过应用控制理论工具——内模原理以实现这样的追踪。积分控制器（IC）被用作在各种网络场景之下对于抵挡时变无线损失而言是鲁棒的原理的实施例。

对相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2012年5月30日提交的美国专利申请序列号61/653,143的优先权，所述专利申请特此以其全部内容通过引用而并入。

技术领域

本文所公开的主题涉及在面对可能被误解释为由于路由器处的数据拥塞所致的数据损失的无线损失的情况下在处于主动队列管理（AQM）之下的互联网路由器缓冲器处创建稳定积压（backlog）。

背景技术

拥塞控制调整由终端系统注入到通信网络中的数据业务量，从而防止持续网络过载。在因特网中，这是典型地由传输控制协议（TCP）和队列管理算法以分布式方式联合实现的任务。在运行于终端系统处的情况下，TCP将分组损失视为网络过载的信号，并且在检测到任何损失时减缓或后退（back off）数据流动速率。在运行于中间路由器的情况下，队列管理算法监视路由器缓冲器的队列长度，并且基于缓冲器占用而丢弃分组。

主动队列管理（AQM）是一类在20世纪90年代首次提出的队列管理算法。与直到缓冲器溢出才丢弃分组的传统队列管理算法相比，AQM基于从过去和/或目前的队列长度确定的丢弃率在缓冲器溢出之前概率性地丢弃分组。这将路由器缓冲器处的积压保持为小并且对终端系统的后退去同步。当有效操作时，AQM将分组队列稳定化在低水平附近，使得1）可以降低端到端延迟并且可以使延迟抖动平滑；2）维持充足缓冲器空间以吸收具有数据突发的业务，并且3）瓶颈链路被保持积压并且因而被完全利用。

使用H-infinity控制理论来用于通过最小化由任何外部扰动强加的不确定性来维持稳定和小队列大小的AQM公开于Li Yu等人的文章“Design of parameter tunablerobust controller for active queue management based on H-infinity controltheory（用于基于H-infinity控制理论的主动队列管理的参数可调的鲁棒控制器的设计）”Journal of Network and Computer Applications 34 (2011)，第750-764页中。Yu的论文公开了表示TCP过程和AQM策略的闭环反馈系统，其中队列长度被用作输出并且参考队列大小被用作输入。通信错误和网络拥塞被视为外部扰动。在论文中存在所提出的AQM控制器（R-PID）与随机早期检测（RED）和其它常见AQM控制器的队列大小的比较，其示出Yu控制器提供了稳定和小的队列大小。然而，该现有技术控制器仅应对有线网络，即未覆盖无线损失。

下一代网络被预期为网络的异构网络，包括有线和无线组件二者。无线网络可能超出接入网络而延伸到回程网络甚至是主干网络。无线链路的特性构成对基于可能在无线环境中无法保持的某些原理设计的现有拥塞控制机制的巨大挑战。更明显地，通过无线链路传播的信号遭受严重的干扰、噪声和传播损失。通过无线链路传输的分组可能被损害到超出错误控制代码（如果有的话）的恢复能力的程度，并且因此被丢弃。这构成除拥塞损失之外的分组损失的另一原因，其被本发明人所发现。无线损失对拥塞控制的设计的含义是两面的。