[发明专利]针对移动蜂窝网络的可配置低延迟拥塞控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种针对移动蜂窝网络的可配置低延迟拥塞控制方法及系统，包括：使用最小滤波器从最近的RTT样本序列中估计最新的RTT；使用线性回归方法根据历史RTT向量计算RTT梯度；使用估计的RTT和RTT梯度检测拥塞并计算动态步长调节拥塞窗口。本发明基于网络延迟提取拥塞信号，并根据估计的RTT和RTT梯度迅速调整拥塞窗口，可以对快速变化的移动蜂窝网络做出反应，增强了实际应用的适用性和可行性。

技术领域

本发明涉及媒体网络传输领域，具体地，涉及一种针对移动蜂窝网络的可配置低延迟拥塞控制方法及系统。

背景技术

由于蜂窝技术的快速进步，移动蜂窝网络得到了广泛普及。低端到端延迟对于延迟敏感的应用程序(例如视频会议和实时云游戏)至关重要。高交互延迟将显着降低用户的体验质量(QoE)。然而，针对蜂窝网络中极低的延迟意味着相对较低的带宽利用率。大多数对延迟敏感的应用程序都有最大目标延迟阈值。如果平均延迟保持在目标值以下，则可以提供足够好的QoE。例如，小于200毫秒的端到端延迟可以为实时视频会议提供良好的体验。因此，我们可以设计一种新颖的控制机制，在保持端到端延迟低于目标值的同时，尽可能多地获得可用吞吐量是可行的。

网络拥塞控制是现代网络协议中的重要方法，其目标是通过控制源的发送速率或拥塞窗口来保持高吞吐量和低延迟。然而，由于几个独特的蜂窝网络特性，传统的TCP机制在蜂窝网络中受到长端到端延迟或低吞吐量的影响。首先，蜂窝网络的可用带宽变化很快，因此很难预测网络的即时容量。其次，基站会为每个连接分配一个深度缓冲区，这对基于丢包的方法是有害的。第三，蜂窝网络存在因步行或驾驶时信号衰减或基站切换等原因造成的随机损耗。

Cubic等基于损失的拥塞控制可以通过填充蜂窝网络瓶颈中的缓冲区来充分利用带宽。然而，这个动作会导致“bufferbloat”问题，最终导致高队列延迟。Cubic在遇到随机丢失时也有吞吐量低的问题，因为Cubic无法区分拥塞丢失和随机丢失，它总是在丢失事件之后将拥塞窗口减半。传统的基于延迟的方法，例如TCP Vegas可以在蜂窝网络中保持非常低的延迟，同时牺牲带宽利用率。

延迟敏感的应用程序需要将端到端延迟保持在某个目标值以下，并在此限制下最大化吞吐量。一些方法来解决这个问题，例如LEDBAT、PropRate和DeepCC。其中LEDBAT是最简单的方法，它使用单向延迟作为拥塞信号。一旦测量的即时延迟偏离目标值，LEDBAT使用简单的负反馈回路来调整拥塞窗口。LEDBAT在稳定的有线网络中表现良好，但在蜂窝网络中很可能会超过目标延迟。

因此如何设置一个可配置的低延迟拥塞控制方法并将其应用到移动蜂窝网络环境中具有重要的现实意义。主要存在如下问题：

一、蜂窝网络的可用带宽变化很快，因此很难预测网络的即时容量。传统的拥塞控制方法或者可以利用全部带宽，但是端到端延迟非常高；或者端到端延迟较低，但是带宽利用率低；

二、基站会为每个连接分配一个深度缓冲区，因为基于丢包的方法倾向于填充缓冲区，导致相当高的延迟。

三、蜂窝网络存在因步行或驾驶时信号衰减或基站切换等原因造成的随机损耗，基于丢包的方法会误判为拥塞丢包并且降低发送速率，导致很低的带宽利用率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种针对移动蜂窝网络的可配置低延迟拥塞控制方法及系统。该方法及系统适用于移动蜂窝网络，可以控制端到端平均延迟在目标延迟以内，并且最大化网络吞吐量。

本发明的第一方面，提供一种针对移动蜂窝网络的可配置低延迟拥塞控制方法，包括：

使用最小滤波器从最近的RTT样本序列中估计当前最新的RTT值；

使用线性回归方法根据历史RTT向量计算RTT梯度；

使用估计的RTT和RTT梯度检测拥塞，并计算动态步长调节拥塞窗口。