[发明专利]用于减少递送延迟抖动的计算机实现的方法、系统以及可读介质

说明书

系统和方法减少递送网络中的递送延迟抖动。处理器标识始发节点与目的地节点之间的多个路由。每个路由具有相应的平均递送延迟时间和相应的递送延迟抖动。处理器针对递送延迟的多个值求解凸优化问题，从而产生多个解。每个解表示业务在多个路由当中的对应分配。业务的每个分配具有对应的平均递送延迟时间和对应的平均递送延迟抖动。处理器从多个解中选择所选择的解，所选择的解具有小于多个路由中的任何路由的递送延迟抖动的平均递送延迟抖动。根据业务的与所选择的解相对应的分配在多个路由之上自动地分发业务。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月12日提交的标题为“Diversity Routing to ImproveDelay-Jitter Tradeoff in Uncertain Network Environments”的美国临时专利申请No.62/745,061的权益，该申请的全部内容特此通过引用并入本文，以用于所有目的。

有关联邦赞助的研究或开发的声明

本发明是在美国国家科学基金会许可号CNS1717199下利用政府支持做出的。政府在本发明中享有某些权利。

技术领域

本发明涉及计算机通信分组、物理包裹、产品或服务递送网络，并且更具体地，本发明涉及用于减少此类网络中的抖动的系统和方法。

背景技术

联网世界正在为在即将到来的十年中采用时间敏感和高带宽应用时的空前增长做准备。据思科称，到2021年IP视频业务将为所有IP 业务的82％，高于2016年的73％[1,2]。相同的报告预测实况视频增长15倍，同时虚拟现实(VR)和增强现实(AR)业务将在同一时期中增加20倍。这些应用的交互式性质要求低等待时间，但更重要地，这些应用对延迟的变化极其敏感，延迟的变化常常被称为“抖动”。在分组交换网络中，抖动常常被定义为分组延迟的标准偏差，并且我们应在分析和阐释中使用抖动的这种定义。作为示例，假设分组根据速率λ (分组每秒)的泊松过程到达，则分组到达间隔将具有均值为1/λ秒并且标准偏差为1/λ的指数分布。前述标准偏差是我们将称为抖动的东西，抖动测量给定分组的延迟与“平均值”偏离有多少。

诸如高频交易和远程外科手术的其他应用也对抖动极其敏感。例如，高频交易者希望保证他们的订单同时(即在彼此的不到约1ms内) 到达各个交易所，否则在给定交易处所执行第一订单可能向能够通过提前运行订单的其余部分来操纵市场价格的其他投资者透露其意图。类似地，想要对患者进行远程手术(远程外科手术)的外科医生期望能够递送响应和无抖动的触觉反馈的网络。这些应用的激增为网络工程师呈现了鸡与蛋问题：一方面，这些应用要求低等待时间和低抖动，但同时，其业务的突发性和动态性质引入不可预测的延迟并且增加抖动。

除了早期示例之外，我们还应该注意，抖动是动态网络环境的症状特性并且作为网络内的动态资源消耗和耗尽的结果自然地出现。在此类网络中，用户和应用能够将突发性和不可预测的新流引入到给定分组流中。将潜在大规模新流引入到给定流中引起对可用网络资源的附加竞争，该附加竞争在队列处引起附加缓冲并且增加沿着那些路径的延迟。类似地，当应用终止大流时，这种终止减少各个队列处的拥塞和缓冲，从而减小沿着那些路径的延迟。连接起点-目的地(OD)对的路径的端到端延迟中的这种快速变化在当今网络中很常见，并且应用将其影响体验为抖动。

由外来业务引入的连续变化和突然变化在网络中造成临时瓶颈，这些瓶颈本身表现为抖动。传统上，部署分组缓冲器以抵抗抖动的负面影响。当队列处的瞬时分组到达速率超过队列的输出速率时，分组被存储在缓冲器中，直到能够通过传出端口传送口袋为止。不足为奇的是，增加缓冲器大小不是有吸引力的解决方案，因为它是昂贵的并且增加过度延迟和抖动的可能性。其他解决方案包括为超额配置网络或向此类应用提供专用路径/电路，这两者都是不经济的。