RU2696218C1 - Method of managing queues in routers of transport communication network - Google Patents
Method of managing queues in routers of transport communication network Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696218C1 RU2696218C1 RU2018138494A RU2018138494A RU2696218C1 RU 2696218 C1 RU2696218 C1 RU 2696218C1 RU 2018138494 A RU2018138494 A RU 2018138494A RU 2018138494 A RU2018138494 A RU 2018138494A RU 2696218 C1 RU2696218 C1 RU 2696218C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- packet
- queue
- priority
- probability
- packets
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 9
- HRULVFRXEOZUMJ-UHFFFAOYSA-K potassium;disodium;2-(4-chloro-2-methylphenoxy)propanoate;methyl-dioxido-oxo-$l^{5}-arsane Chemical compound [Na+].[Na+].[K+].C[As]([O-])([O-])=O.[O-]C(=O)C(C)OC1=CC=C(Cl)C=C1C HRULVFRXEOZUMJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 208000027744 congestion Diseases 0.000 description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 10
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 241000289669 Erinaceus europaeus Species 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L47/00—Traffic control in data switching networks
- H04L47/10—Flow control; Congestion control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области телекоммуникационных сетей связи, в частности, к способам борьбы с перегрузками в транспортных сетях связи.The invention relates to the field of telecommunication communication networks, in particular, to methods of dealing with congestion in transport communication networks.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время остро стоит проблема перегруженности транспортных сетей связи с коммутацией пакетов. Учитывая тот факт, что к 2020 году к сетям общего пользования будут подключено более 50 миллиардов устройств Интернета вещей и Промышленного интернета, есть риск, что транспортные сети связи не справятся с трафиком, генерируемым таким количеством узлов. В существующих транспортных сетях связи реализуется ряд механизмов, позволяющих предотвратить перегрузки: маршрутизация с учетом состояния трафика (traffic-aware routing), управление доступом (admission control), регулирование трафика (traffic throttling), сброс нагрузки (load shedding). Данные процедуры реализуются в маршрутизаторах транспортной сети связи или сети доступа. Чтобы избежать перегрузок при пульсирующем (пачечном) трафике достаточно эффективны активные алгоритмы управления очередями, которые предполагают сброс пакетов, такие как произвольное раннее обнаружение перегрузки RED (Random Early Detection), взвешенный WRED (Weighed Random Early Detection), активный ARED (Adaptive Random Early Detection).Currently, there is an acute problem of congestion of transport communication networks with packet switching. Given the fact that by 2020 more than 50 billion Internet of Things and Industrial Internet devices will be connected to public networks, there is a risk that transport communication networks will not cope with the traffic generated by so many nodes. The existing transport communication networks implement a number of mechanisms to prevent congestion: routing based on the state of traffic (traffic-aware routing), access control (admission control), traffic regulation (traffic throttling), load shedding. These procedures are implemented in routers of a transport communication network or access network. To avoid congestion during pulsating (packet) traffic, active queue management algorithms are quite effective, which include packet rejection, such as random early detection of RED congestion (Random Early Detection), weighted WRED (Weighed Random Early Detection), active ARED (Adaptive Random Early Detection) )
Известно устройство «Случайное раннее отбрасывание пакетов и дифференциальное управление потоками пакетов в очередях коммутатора» (патент US 7756977 В2 от 13.07.2010 г.), включающее в себя множество портов, в которых хотя бы один порт принимает входящий поток пакетов, классификатор пакетов, который классифицирует входящие пакеты по приоритетам на основе заголовка пакета, модуль расчета времени пребывания пакета в очереди, модуль сброса пакета.A device is known "Random early drop of packets and differential control of packet flows in the queues of the switch" (patent US 7756977 B2 dated 07/13/2010), which includes many ports in which at least one port receives an incoming packet stream, packet classifier, which classifies incoming packets by priority based on the packet header, the module for calculating the time that the packet has been in the queue, the packet reset module.
Известен способ «Случайное раннее отбрасывание пакетов в соответствии с классом пошаговой маршрутизации PHB» (патент US 7349336 В2 от 25.05.2008 г.), включающий в себя получение пакета с соответствующим классом трафика, создание специализированного класса RED для регулирования различных классов трафика с пошаговой маршрутизацией PHB (Per Hop Behavior) в пределах одной очереди, управление соответствующим пакетом на основе параметров RED, специализированного класса RED и класса пошаговой маршрутизации PHB, установление минимального и максимального порога очереди с учетом специализированного класса RED и класса пошаговой маршрутизации PHB, определение вероятности маркировки пакета и вероятности постановки пакета в очередь на основе специализированного класса RED и класса пошаговой маршрутизации PHB, маркировку пакета в соответствии с рассчитанной вероятностью когда пакет находится между минимальным и максимальным порогом очереди, либо ставят в очередь согласно рассчитанной вероятности, если средняя длина очереди больше максимального порога очереди, то производится сброс пакета.The known method of "Random early drop packets in accordance with the class of step-by-step routing PHB" (US patent 7349336 B2 dated 05/25/2008), which includes receiving a packet with an appropriate traffic class, creating a specialized RED class for regulating various classes of traffic with step-by-step routing PHB (Per Hop Behavior) within the same queue, managing the appropriate package based on the RED parameters, the specialized RED class and the PHB step-by-step routing class, setting the minimum and maximum queue threshold taking into account the specialized RED class and the PHB step-by-step routing class, determining the probability of packet marking and the probability of queuing a packet based on the specialized RED class and the PHB step-by-step routing class, marking the packet in accordance with the calculated probability when the packet is between the minimum and maximum queue threshold, or queue according to the calculated probability, if the average queue length is greater than the maximum queue threshold, then the packet is discarded.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является «Способ дифференцированного сброса пакетов на основе алгоритма WRED и устройство его реализующее» (патент US 2017/0134282 A1 от 11.05.2017 г.), заключающийся в том, что принимают входящие пакеты, при отсутствии перегрузки в сети ставят пакет в очередь или очереди, при наличии перегрузки в сети либо ставят пакет в очередь, либо сбрасывают пакет на основе вероятности сброса пакета и приоритета услуги. Перегрузка в сети определяется в случае, если средняя длина очереди больше, чем минимальный порог. Пакет, возможно, поставить в очередь, если средняя длина очереди больше минимального порога и меньше максимального порога, иначе если средняя длина очереди больше максимального порога все пакеты сбрасываются. При этом входящие пакеты могут иметь приоритеты услуг, определяемые через идентификаторы в заголовке пакета первого, второго и третьего уровней. The closest in technical essence to the claimed method and selected as a prototype is the "Method of differential packet rejection based on the WRED algorithm and its device that implements" (patent US 2017/0134282 A1 of 05/11/2017), which consists in accepting incoming packets, if there is no congestion in the network, put the packet in a queue or queues, if there is congestion in the network, they either queue the packet or drop the packet based on the probability of packet dropping and the priority of the service. Network congestion is determined if the average queue length is greater than the minimum threshold. It is possible to queue a packet if the average queue length is greater than the minimum threshold and less than the maximum threshold; otherwise, if the average queue length is greater than the maximum threshold, all packets are discarded. In this case, incoming packets may have service priorities defined through identifiers in the packet header of the first, second, and third levels.
Технической проблемой данных аналогов и прототипа является высокая среднесетевая задержка пакетов для приоритетного трафика во время перегрузки канала связи. Причиной по которой это происходит является то, что в алгоритме взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED функции потерь пакетов различных приоритетов изменяются линейно с возрастанием перегрузки.The technical problem of these analogs and prototypes is the high average network delay of packets for priority traffic during communication channel congestion. The reason this happens is that in the WRED weighted early congestion detection algorithm, packet loss functions of different priorities change linearly with increasing congestion.
Создание способа управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи направлено на решение данной технической проблемы, который уменьшает среднесетевую задержку пакета для приоритетного трафика во время перегрузки канала связи за счет того, что формируют весовые коэффициенты для каждого приоритета, сопоставляют весовые коэффициенты для каждой очереди в соответствии с приоритетом пакетов, которые обслуживаются в этой очереди, вычисляют вероятность сброса пакета
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В заявленном способе эта техническая проблема решается тем, что в способе управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи, заключающемся в том, что принимают входящий поток трафика данных, определяют приоритет пакета в принятом потоке трафика данных, вычисляют среднюю длину очереди для каждого приоритета, определяют перегрузку в канале связи, осуществляют постановку пакета в очередь соответствующего приоритета при отсутствии перегрузки в транспортной сети связи. Дополнительно формируют весовые коэффициенты для каждого приоритета, сопоставляют весовые коэффициенты для каждой очереди в соответствии с приоритетом пакетов, которые обслуживаются в этой очереди. После определения перегрузки в канале связи вычисляют вероятность сброса пакета
Согласно одному из частных вариантов реализации определяют приоритета пакета в принятом потоке трафика данных согласно поля TOS (Type of Service) Precedence заголовка IP пакета, либо на основе поля DSCP (Differentiated Service Code Point) заголовка IP пакета.According to one particular embodiment, the priority of the packet in the received data traffic stream is determined according to the TOS (Type of Service) Precedence field of the IP packet header, or based on the DSCP (Differentiated Service Code Point) field of the IP packet header.
Согласно одному из частных вариантов реализации формируют весовые коэффициенты для каждого приоритета в соответствии полем TOS Precedence заголовка IP пакета, либо в соответствии с полем DSCP заголовка IP пакета.According to one particular embodiment, weights are generated for each priority in accordance with the TOS Precedence field of the IP packet header, or in accordance with the DSCP field of the IP packet header.
Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата за счет того, что формируют весовые коэффициенты для каждого приоритета, сопоставляют весовые коэффициенты для каждой очереди в соответствии с приоритетом пакетов, которые обслуживаются в этой очереди, вычисляют вероятность сброса пакета
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленных способа управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art made it possible to establish that there are no analogues that are characterized by a combination of features that are identical to all the features of the claimed method of queue management in routers of a transport communication network. Therefore, each of the claimed inventions meets the condition of patentability “novelty”.
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed object from the prototype showed that they do not follow explicitly from the prior art. The prior art also did not reveal the popularity of the impact provided by the essential features of the claimed invention, the transformations on the achievement of the specified technical result. Therefore, each of the claimed inventions meets the condition of patentability "inventive step".
Для более понятной иллюстрации технических решений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения ниже приведено краткое описание сопроводительных чертежей. To more clearly illustrate technical solutions according to embodiments of the present invention, a brief description of the accompanying drawings is given below.
На фиг. 1 – схема работы способа управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи;In FIG. 1 is a flow diagram of a method for managing queues in routers of a transport communication network;
на фиг. 2 – заголовок IP пакета;in FIG. 2 - IP packet header;
на фиг. 3 – таблица соответствия значений весовых коэффициентов со значениями поля TOS и поля DSCP заголовка IP пакета;in FIG. 3 - a table of correspondence of the values of weighting coefficients with the values of the TOS field and the DSCP field of the IP packet header;
на фиг. 4 – имитационная модель в сетевом эмуляторе NS-2;in FIG. 4 - simulation model in a network emulator NS-2;
на фиг. 5 – функции, описывающие вероятность потери пакетов для различных весовых коэффициентов;in FIG. 5 are functions describing the probability of packet loss for various weights;
на фиг. 6 – закон распределения числа пакетов в очередях для разных приоритетов.in FIG. 6 - the law of distribution of the number of packets in the queues for different priorities.
Реализация заявленного способа заключается в следующем (фиг. 1).Implementation of the claimed method is as follows (Fig. 1).
10. Принимают входной поток трафика данных, состоящий из пакетов разного приоритета.10. Accept the input data traffic stream, consisting of packets of different priority.
11. Определяют приоритет пакета в принятом потоке трафика данных. Приоритет пакета определяется согласно поля TOS Precedence заголовка IP пакета (фиг. 2), в котором выделено три бита под значение приоритета, либо в соответствии с полем DSCP заголовка IP пакета.11. Determine the priority of the packet in the received data traffic stream. The priority of the packet is determined according to the TOS Precedence field of the IP packet header (Fig. 2), in which three bits are allocated for the priority value, or in accordance with the DSCP field of the IP packet header.
12. Формируют весовые коэффициенты
где
Например,
13. Сопоставляют весовые коэффициенты для каждой очереди в соответствии с ее приоритетом (фиг. 3). При этом весовой коэффициент
14. Вычисляют среднюю длину очереди для каждого приоритета. Вычисление средней длины очереди для каждого приоритета производят по следующему правилу:14. Calculate the average queue length for each priority. The calculation of the average queue length for each priority is performed according to the following rule:
где
15. Определяют перегрузку в транспортной сети связи по следующему правилу:15. Determine the overload in the transport communication network according to the following rule:
где
где
Значения максимального порога очереди и минимального порога очереди определяет администратор транспортной сети связи для каждой очереди, в которой обслуживаются пакеты соответствующего приоритета. The values of the maximum threshold of the queue and the minimum threshold of the queue are determined by the administrator of the transport communication network for each queue in which packets of the corresponding priority are served.
16. Вычисляют вероятность сброса пакета
где
17. Принимают решение о действии над пакетом
Например, вероятность сброса пакета
Заявленный способ управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи позволяет достичь указанного технического результата уменьшение среднесетевой задержки пакета для приоритетного трафика во время перегрузки канала связи за счет того, что формируют весовые коэффициенты для каждого приоритета, сопоставляют весовые коэффициенты для каждой очереди в соответствии с приоритетом пакетов, которые обслуживаются в этой очереди, вычисляют вероятность сброса пакета
Правомерность теоретических предпосылок проверялась на фрагменте транспортной сети связи с помощью сетевого эмулятора NS-2 при следующих исходных данных (фиг. 4):The validity of the theoretical assumptions was checked on a fragment of the transport communication network using the NS-2 network emulator with the following initial data (Fig. 4):
- число магистральных маршрутизаторов в сети связи
- число источников информации
- скорость поступления пакетов
- пропускная способность магистрального канала
На магистральный маршрутизатор
Таблица 1 – Результаты имитационного моделирования фрагмента транспортной сети связи в сетевом эмуляторе NS-2Table 1 - The results of simulation of a fragment of a transport communication network in a network emulator NS-2
приори-тетаroom
priori theta
трафика данных,
Мбит/сFlow rate
data traffic
Mbps
коэффициентWeight
coefficient
пропускной
способности в
исходящем
канале связи, Мбит/сPart
bandwidth
abilities in
outgoing
communication channel, Mbps
задержка пакетов, мсMedium network
packet delay, ms
длина
очереди,
пакетыAverage
length
queues
packages
потерь
пакетовCoefficient
of losses
packages
Анализ результатов имитационного моделирования показывает, что среднесетевая задержка пакетов для приоритетного трафика данных (первого приоритета) в
Заявленный способ управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи обеспечивает уменьшение среднесетевой задержки пакетов для приоритетного трафика во время перегрузки канала связи за счет формирования весовых коэффициентов для каждого приоритета, сопоставления весовых коэффициентов для каждой очереди в соответствии с приоритетом пакетов, которые обслуживаются в этой очереди, вычисления вероятности сброса пакета
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018138494A RU2696218C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Method of managing queues in routers of transport communication network |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018138494A RU2696218C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Method of managing queues in routers of transport communication network |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2696218C1 true RU2696218C1 (en) | 2019-07-31 |
Family
ID=67587038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018138494A RU2696218C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Method of managing queues in routers of transport communication network |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2696218C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7342879B2 (en) * | 2003-05-09 | 2008-03-11 | Avaya Technology Corp. | Method and apparatus for detection of prioritization and per hop behavior between endpoints on a packet network |
| US9705812B2 (en) * | 2013-01-24 | 2017-07-11 | Cisco Technology, Inc. | Port-based fairness protocol for a network element |
-
2018
- 2018-10-31 RU RU2018138494A patent/RU2696218C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7342879B2 (en) * | 2003-05-09 | 2008-03-11 | Avaya Technology Corp. | Method and apparatus for detection of prioritization and per hop behavior between endpoints on a packet network |
| US9705812B2 (en) * | 2013-01-24 | 2017-07-11 | Cisco Technology, Inc. | Port-based fairness protocol for a network element |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| VINOD J. et al: "Deploying QoS for Cisco IP and Next Generation Networks: The Definitive Guide", 2009. * |
| КОРОЛЬКОВА А.В. и др. "К вопросу о классификации алгоритмов RED", ВЕСТНИК РУДН, 3, 2009, ст * |
| КОРОЛЬКОВА А.В. и др. "Метод расчета вероятности сброса пакетов в алгоритме RED", ВЕСТНИК РУДН, 2007, стр.32-36. КОРОЛЬКОВА А.В. и др. "К вопросу о классификации алгоритмов RED", ВЕСТНИК РУДН, 3, 2009, стр.34-46. * |
| КОРОЛЬКОВА А.В. и др. "Метод расчета вероятности сброса пакетов в алгоритме RED", ВЕСТНИК РУДН, 2007, стр.32-36. р.34-46. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8223642B2 (en) | Differentiated services using weighted quality of service (QoS) | |
| KR100656509B1 (en) | Packet Congestion Control Method for Guaranteeing Video Service Bandwidth | |
| Lu et al. | CHOKeR: A novel AQM algorithm with proportional bandwidth allocation and TCP protection | |
| JP3623420B2 (en) | Traffic control method | |
| RU2696218C1 (en) | Method of managing queues in routers of transport communication network | |
| Kubota et al. | CWC: Simple and stateless AQM capable of handling high priority thin flows to prevent bufferbloat | |
| Astuti | Packet handling | |
| Ahmed et al. | Implementation of Class-Based Low Latency Fair Queueing (CBLLFQ) Packet Scheduling Algorithm for HSDPA Core Network. | |
| Eshete et al. | Approximate fairness through limited flow list | |
| Zoriđ et al. | Fairness of scheduling algorithms for real-time traffic in DiffServ based networks | |
| Sharafzadeh et al. | {Self-Clocked}{Round-Robin} Packet Scheduling | |
| Hu et al. | A fairness-driven active queue management algorithm with hash table and circular buffer | |
| Giacomazzi et al. | Transport of TCP/IP traffic over assured forwarding IP-differentiated services | |
| Bodamer | A scheduling algorithm for relative delay differentiation | |
| Subash et al. | Performance analysis of scheduling disciplines in optical networks | |
| Balogh et al. | Performance of round robin-based queue scheduling algorithms | |
| Mohan et al. | Proportional bandwidth sharing using Bayesian inference in SDN-based data centers | |
| Ali et al. | Performance evaluation for LTE applications with buffer awareness consideration | |
| Hegde et al. | Service differentiation and guarantees for TCP-based elastic traffic | |
| Mohammed et al. | New class-based dynamic scheduling strategy for self-management of packets at the internet routers. | |
| Chollette et al. | A queue scheduling approach to quality of service support in Diff-Serv networks using fuzzy logic | |
| Kolarov | Study of the TCP/UDP fairness issue for the assured forwarding per hop behavior in differentiated services networks | |
| Kawahara et al. | Dynamically weighted queueing for fair bandwidth allocation and its performance analysis | |
| Yang | Pushout with Differentiated Dropping Queue Management for High-Speed Networks | |
| Wu et al. | On implementation architecture for achieving QoS provisioning in integrated services networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201101 |