[go: up one dir, main page]

RU2696218C1 - Method of managing queues in routers of transport communication network - Google Patents

Method of managing queues in routers of transport communication network Download PDF

Info

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
Application number
RU2018138494A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Борисович Трегубов
Сергей Юрьевич Андреев
Михаил Владимирович Стремоухов
Сергей Викторович Козлов
Дмитрий Александрович Васинев
Хюи Дык Чан
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации
Priority to RU2018138494A priority Critical patent/RU2696218C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2696218C1 publication Critical patent/RU2696218C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10Flow control; Congestion control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

FIELD: communication equipment.
SUBSTANCE: invention relates to telecommunication networks. When controlling queues in routers: receiving an incoming stream of data traffic, determining packet priority in the received data traffic stream, calculating the average queue length for each priority, congestion in a communication channel is determined by placing a packet into a queue of the corresponding priority in the absence of overload in the transport communication network. In addition, weight coefficients are formed for each priority, weighting factors are compared for each queue in accordance with priority of packets serviced in this queue. After determining overload in communication channel calculating probability of packet Presetting resetting Presetting, considering queue weight coefficient and queue average length. Decision is made on action on packet: packet is reset with probability Presetting or put in queue with probability 1-Presetting.
EFFECT: reduced average packet latency for priority traffic during communication channel overload.
3 cl, 1 tbl, 6 dwg

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

Figure 00000001
, принимают решение о действии над пакетом: пакет сбрасывают с вероятностью
Figure 00000001
, либо ставят в очередь с вероятностью
Figure 00000002
.The creation of a queue management method in the routers of the transport communication network is aimed at solving this technical problem, which reduces the average network packet delay for priority traffic during communication channel overload due to the fact that weighting factors for each priority are formed, weighting factors for each queue are compared in accordance with priority packets that are served in this queue, calculate the probability of packet dropping
Figure 00000001
, decide on the action on the packet: the packet is discarded with probability
Figure 00000001
, or queue with probability
Figure 00000002
.

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

Figure 00000003
, учитывая весовой коэффициент очереди и среднюю длину очереди. Принимают решение о действии над пакетом: пакет сбрасывают с вероятностью
Figure 00000001
, либо ставят в очередь с вероятностью
Figure 00000002
.In the claimed method, this technical problem is solved by the fact that in the queue management method in the routers of the transport communication network, which consists in receiving an incoming data traffic stream, determining the priority of the packet in the received data traffic stream, calculating the average queue length for each priority, determining the congestion in the communication channel, the packet is queued with the corresponding priority in the absence of congestion in the transport communication network. Additionally, weights are formed for each priority, and weights for each queue are compared in accordance with the priority of the packets that are served in this queue. After determining the congestion in the communication channel, the probability of packet dropping is calculated
Figure 00000003
given the weight of the queue and the average length of the queue. Make a decision about the action on the packet: the packet is discarded with probability
Figure 00000001
, or queue with probability
Figure 00000002
.

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

Figure 00000001
, учитывая весовой коэффициент очереди и среднюю длину очереди, принимают решение о действии над пакетом: пакет сбрасывают с вероятностью
Figure 00000001
, либо ставят в очередь с вероятностью
Figure 00000002
.A new set of essential features allows you to achieve the specified technical result due to the fact that weights are formed for each priority, weights are compared for each queue in accordance with the priority of the packets that are served in this queue, and the probability of packet dropping is calculated
Figure 00000001
, taking into account the weight coefficient of the queue and the average length of the queue, they decide on the action on the packet: the packet is discarded with probability
Figure 00000001
, or queue with probability
Figure 00000002
.

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

Figure 00000004
для каждого приоритета. Так как в поле TOS Precedence заголовка IP пакета и в поле DSCP заголовка IP пакета выделено три бита под приоритет пакетов, следовательно можно реализовать
Figure 00000005
различных вариантов значений весовых коэффициентов для различных приоритетов. Формирование весовых коэффициентов производят по следующему правилу: 12. Form weight factors
Figure 00000004
for each priority. Since in the TOS Precedence field of the IP packet header and in the DSCP field of the IP packet header three bits are allocated for the priority of the packets, therefore, it is possible to implement
Figure 00000005
different weighting options for different priorities. The formation of weights is carried out according to the following rule:

,, (1)(one)

где

Figure 00000004
– весовой коэффициент
Figure 00000006
-го приоритета,
Figure 00000007
.Where
Figure 00000004
- weight coefficient
Figure 00000006
priority
Figure 00000007
.

Например,

Figure 00000008
,
Figure 00000009
,…,
Figure 00000010
. For example,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
, ...,
Figure 00000010
.

13. Сопоставляют весовые коэффициенты для каждой очереди в соответствии с ее приоритетом (фиг. 3). При этом весовой коэффициент

Figure 00000011
сопоставляют для очереди, в которой обслуживаются пакеты наивысшего приоритета, а весовой коэффициент
Figure 00000012
сопоставляют для очереди, в которой обслуживаются пакеты наименьшего приоритета. 13. Compare the weights for each queue in accordance with its priority (Fig. 3). In this case, the weight coefficient
Figure 00000011
match for the queue in which packets of the highest priority are served, and the weight coefficient
Figure 00000012
map to the queue in which the lowest priority packets are served.

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:

,, (2)(2)

где

Figure 00000013
– вычисленное значение средней длины очереди для пакетов
Figure 00000006
-го приоритета;Where
Figure 00000013
- the calculated value of the average queue length for packets
Figure 00000006
priority;

Figure 00000014
– значение средней длины очереди в предыдущий момент времени для пакетов
Figure 00000006
-го приоритета;
Figure 00000014
- value of the average queue length at the previous moment in time for packets
Figure 00000006
priority;

Figure 00000015
– мгновенное значение длины очереди для пакетов
Figure 00000006
-го приоритета в текущий момент времени;
Figure 00000015
- instant queue length for packets
Figure 00000006
priority at the current time;

Figure 00000016
– экспоненциальный весовой фактор, который определяет администратор транспортной сети связи, при этом значения
Figure 00000016
находится в диапазоне от 0 до 10. Большое значение этого коэффициента
Figure 00000017
сильнее сглаживает разные изменения мгновенного значения длины очереди пакетов
Figure 00000006
-го приоритета в текущий момент времени. По этой причине средняя длина очереди будет изменяться медленнее, чем мгновенное значение длины очереди. Как следствие алгоритм взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED не сразу начнет отбрасывать пакеты при резком изменении мгновенного значения длины очереди пакетов
Figure 00000006
-го приоритета, или же может продолжать отбрасывать пакеты даже когда присутствуют незначительные изменения мгновенного значения длины очереди пакетов
Figure 00000006
-го приоритета. В случае если
Figure 00000018
, алгоритм взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED перестанет реагировать на мгновенную перегрузку в канале связи. В случае, если значение 
Figure 00000016
  ежит в диапазоне
Figure 00000019
, среднее значение длины очереди практически совпадает c текущим значением длины очереди. В этом случае реакция алгоритма взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED на резкие изменения длины очереди становится практически мгновенной. Если значение 
Figure 00000020
 , алгоритм взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED становится чрезвычайно чувствителен к резким изменениям числа пакетов в очереди, в этом случае значение средней длины очереди численно совпадает с мгновенным значением длины очереди.
Figure 00000016
- exponential weighting factor, which is determined by the administrator of the transport communication network, while the values
Figure 00000016
is in the range from 0 to 10. The large value of this coefficient
Figure 00000017
smoothes out different changes in the instantaneous value of the packet queue length
Figure 00000006
priority at the current time. For this reason, the average queue length will change more slowly than the instantaneous queue length. As a result, the WRED weighted early congestion detection algorithm does not immediately start dropping packets when there is a sharp change in the instantaneous value of the packet queue length
Figure 00000006
priority, or it may continue to drop packets even when there are slight changes in the instantaneous value of the packet queue length
Figure 00000006
priority. If
Figure 00000018
, the WRED weighted early congestion detection algorithm will no longer respond to instantaneous congestion in the communication channel. In case the value
Figure 00000016
hedgehog in the range
Figure 00000019
, the average value of the queue length practically coincides with the current value of the queue length. In this case, the response of the weighted early detection algorithm for WRED congestion to sudden changes in the queue length becomes almost instantaneous. If the value
Figure 00000020
, the WRED weighted early congestion detection algorithm becomes extremely sensitive to sudden changes in the number of packets in the queue, in which case the average queue length is numerically the same as the instantaneous queue length.

15. Определяют перегрузку в транспортной сети связи по следующему правилу:15. Determine the overload in the transport communication network according to the following rule:

,, (3)(3)

где

Figure 00000021
– минимальный порог для очереди, в которой обслуживаются пакеты
Figure 00000022
-го приоритета. Если выражение (2) выполняется, то определяют что перегрузки нет и пакет
Figure 00000022
-го приоритета ставят в очередь , в которой обслуживаются пакеты соответствующего приоритета. Иначе определяют факт наличия перегрузки и проверяют следующее условие:Where
Figure 00000021
- minimum threshold for the queue in which packets are served
Figure 00000022
priority. If expression (2) is satisfied, then it is determined that there is no overload and the packet
Figure 00000022
-th priority is put in the queue in which packets of the corresponding priority are served. Otherwise, the fact of the presence of overload is determined and the following condition is checked:

(4)(four)

где

Figure 00000023
– максимальный порог для очереди, в которой обслуживаются пакеты
Figure 00000022
-го приоритета. Если выражение (3) выполняется, то вычисляют вероятность сброса пакета, иначе сбрасывают пакет.Where
Figure 00000023
- maximum threshold for the queue in which packets are served
Figure 00000022
priority. If expression (3) is satisfied, then the probability of packet dropping is calculated, otherwise the packet is discarded.

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

Figure 00000022
-го приоритета с учетом весового коэффициента очереди, в которой обслуживаются пакеты и ранее вычисленной средней длины очереди:16. The probability of packet dropping is calculated.
Figure 00000022
-th priority taking into account the weight coefficient of the queue in which the packets are served and the previously calculated average queue length:

,, (5)(five)

где

Figure 00000004
– весовой коэффициент очереди, в которой обслуживаются пакеты
Figure 00000022
 - го приоритета.Where
Figure 00000004
- weight of the queue in which packets are served
Figure 00000022
- first priority.

17. Принимают решение о действии над пакетом

Figure 00000022
-го приоритета: пакет сбрасывают с вероятностью
Figure 00000024
, либо ставят в очередь с вероятностью
Figure 00000025
. Для того, чтобы принять решение о действии над пакетом
Figure 00000022
-го приоритета необходимо сгенерировать случайное число
Figure 00000026
, равномерно распределенное в диапазоне от 0 до 1, если
Figure 00000027
, то пакет
Figure 00000022
-го приоритета сбрасывают, если
Figure 00000028
, то пакет
Figure 00000022
-го приоритета ставят в очередь.17. Decide on action on the package
Figure 00000022
priority: the packet is discarded with probability
Figure 00000024
, or queue with probability
Figure 00000025
. In order to decide on the action on the package
Figure 00000022
priority must generate a random number
Figure 00000026
uniformly distributed in the range from 0 to 1 if
Figure 00000027
then the package
Figure 00000022
priority are reset if
Figure 00000028
then the package
Figure 00000022
queue priority.

Например, вероятность сброса пакета

Figure 00000022
-го приоритета
Figure 00000029
, значение случайного числа
Figure 00000030
, поскольку
Figure 00000031
, следовательно пакет
Figure 00000022
-го приоритета сбрасывают.For example, the probability of a packet dropping
Figure 00000022
priority
Figure 00000029
random number value
Figure 00000030
, insofar as
Figure 00000031
therefore package
Figure 00000022
priority are reset.

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

Figure 00000001
, учитывая весовой коэффициент очереди и среднюю длину очереди, принимают решение о действии над пакетом: пакет сбрасывают с вероятностью
Figure 00000001
, либо ставят в очередь с вероятностью
Figure 00000002
.The claimed method of queue management in routers of a transport communication network allows to achieve the indicated technical result by reducing the average network delay of a packet for priority traffic during communication channel overload due to the fact that weighting factors for each priority are formed, weighting factors for each queue are compared in accordance with the priority of the packets, who are served in this queue calculate the probability of a packet dropping
Figure 00000001
taking into account the weight coefficient of the queue and the average length of the queue, they decide on the action on the packet: the packet is discarded with probability
Figure 00000001
, or queue with probability
Figure 00000002
.

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

Figure 00000032
; - the number of trunk routers in the communication network
Figure 00000032
;

- число источников информации

Figure 00000033
;- number of information sources
Figure 00000033
;

- скорость поступления пакетов

Figure 00000006
-го приоритета с
Figure 00000034
Мбит/с;- packet arrival rate
Figure 00000006
priority with
Figure 00000034
Mbps

- пропускная способность магистрального канала

Figure 00000035
Мбит/с.- throughput of the main channel
Figure 00000035
Mbps

На магистральный маршрутизатор

Figure 00000036
поступают
Figure 00000037
потоков трафика данных, имитируя
Figure 00000037
приоритетов. На узле
Figure 00000038
настроен модифицированный алгоритм взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED со следующими настройками для каждой очереди: длина очереди равна
Figure 00000039
пакетов, минимальный порог очереди равен
Figure 00000040
пакетов, максимальный порог очереди равен
Figure 00000041
пакетов. Все
Figure 00000037
потоков трафика данных направлены в магистральный узел
Figure 00000042
. Планировщик (scheduler) настроен с учетом принципа справедливого распределения ресурса в выходном канале связи WFQ (Weighed Fair Queuining), то есть каждому приоритету выделено по 1 Мбит/с от общей пропускной способности канала связи. В таблице 2 представлены результаты имитационного моделирования фрагмента транспортной сети связи в сетевом эмуляторе NS-2. Задержка пакетов восьмого приоритета с весовым коэффициентом
Figure 00000043
эквивалентна задержке полученной при реализации алгоритма взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED описанном в способе, выбранном в качестве прототипа.To the trunk router
Figure 00000036
arrive
Figure 00000037
data traffic flows by simulating
Figure 00000037
priorities. On the node
Figure 00000038
A modified algorithm for weighted early detection of WRED congestion is configured with the following settings for each queue: queue length is
Figure 00000039
packets, the minimum queue threshold is
Figure 00000040
packets, the maximum queue threshold is
Figure 00000041
packages. Everything
Figure 00000037
data traffic flows are routed to the trunk node
Figure 00000042
. The scheduler is configured taking into account the principle of fair distribution of resources in the output WFQ (Weighed Fair Queuining) communication channel, that is, 1 Mbps of the total communication channel bandwidth is allocated to each priority. Table 2 presents the results of simulation modeling of a fragment of a transport communication network in a network emulator NS-2. Eight priority packet delay with weight
Figure 00000043
equivalent to the delay obtained by implementing the weighted early detection algorithm WRED overload described in the method selected as a prototype.

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

Номер
приори-тета
room
priori theta
Скорость поступления потоков
трафика данных,
Мбит/с
Flow rate
data traffic
Mbps
Весовой
коэффициент
Weight
coefficient
Часть
пропускной
способности в
исходящем
канале связи, Мбит/с
Part
bandwidth
abilities in
outgoing
communication channel, Mbps
Среднесетевая
задержка пакетов, мс
Medium network
packet delay, ms
Средняя
длина
очереди,
пакеты
Average
length
queues
packages
Коэффициент
потерь
пакетов
Coefficient
of losses
packages
1one 2,42,4 0,1250.125 1one 9292 22,89422,894 0,5830.583 22 2,42,4 0,1430.143 1one 9494 23,57723,577 0,5830.583 33 2,42,4 0,1670.167 1one 9999 24,63124,631 0,5830.583 4four 2,42,4 0,20.2 1one 105105 26,32826,328 0,5830.583 5five 2,42,4 0,250.25 1one 117117 29,30629,306 0,5830.583 66 2,42,4 0,3330.333 1one 139139 34,63534,635 0,5830.583 77 2,42,4 0,50.5 1one 177177 44,18744,187 0,5830.583 8eight 2,42,4 1one 1one 243243 60,83360,833 0,5830.583

Анализ результатов имитационного моделирования показывает, что среднесетевая задержка пакетов для приоритетного трафика данных (первого приоритета) в

Figure 00000044
раз меньше по сравнению с прототипом, а среднесетевая задержка пакетов для приоритетного трафика данных (седьмого приоритета) в
Figure 00000045
раз меньше по сравнению с прототипом. На фиг. 5 представлены функции, описывающие вероятность потери пакетов для различных весовых коэффициентов. Так, например, при весовом коэффициенте
Figure 00000043
функция, описывающая вероятность сброса пакетов линейна и соответствует алгоритму взвешенного раннего обнаружения перегрузки WRED, описанную в способе прототипе, остальные функции, позволяющие осуществить вероятность сброса пакетов имеют нелинейный характер. На фиг. 6 показаны законы распределения числа пакетов в очереди для различных весовых коэффициентов, полученные в результате имитационного моделирования.An analysis of the simulation results shows that the average network delay of packets for priority data traffic (first priority) in
Figure 00000044
times less than the prototype, and the average network delay of packets for priority data traffic (seventh priority) is
Figure 00000045
times less compared to the prototype. In FIG. 5 shows functions describing the probability of packet loss for different weights. So, for example, with a weight coefficient
Figure 00000043
the function that describes the probability of packet dropping is linear and corresponds to the algorithm for weighted early detection of WRED congestion, described in the prototype method, other functions that allow the probability of dropping packets are non-linear. In FIG. Figure 6 shows the laws of the distribution of the number of packets in a queue for various weights obtained as a result of simulation.

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

Figure 00000001
, учитывая весовой коэффициент очереди и среднюю длину очереди, принятия решения о действии над пакетом: пакет сбрасывают с вероятностью
Figure 00000001
, либо ставят в очередь с вероятностью
Figure 00000002
.The claimed method of queue management in routers of a transport communication network provides a reduction in the average network delay of packets for priority traffic during communication channel congestion by generating weights for each priority, matching weights for each queue in accordance with the priority of the packets that are served in this queue, computing packet drop probabilities
Figure 00000001
, taking into account the weight coefficient of the queue and the average length of the queue, deciding on the action on the packet: the packet is discarded with probability
Figure 00000001
, or queue with probability
Figure 00000002
.

Claims (3)

1. Способ управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи, в котором 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 канале связи, отличающийся тем, что после определения приоритета пакета в принятом потоке трафика данных, формируют весовые коэффициенты для каждого приоритета, сопоставляют весовые коэффициенты каждой очереди в соответствии с приоритетом пакетов, которые обслуживаются в этой очереди, после определения перегрузки в транспортной сети связи вычисляют вероятность сброса пакета Pсброса, учитывая весовой коэффициент очереди и среднюю длину очереди, принимают решение о действии над пакетом: пакет сбрасывают с вероятностью Pсброса, либо ставят в очередь с вероятностью 1-Pсброса.1. A method for managing queues in routers of a transport communication network in which an incoming data traffic stream is received, packet priority in a received data traffic stream is determined, the average queue length for each priority is calculated, congestion in the communication channel is determined, the packet is queued for the corresponding priority when the absence of congestion in the communication channel, characterized in that after determining the priority of the packet in the received data traffic stream, weights are formed for each priority, corresponded weighting coefficients each queue according to priority of packets are serviced in the queue after determining an overload in the transport network connection calculated probability reset packet P reset, given weighting queue coefficient and an average queue length, taking a decision on the action on the packet: dropping a packet with probability P of a reset , or queue with a probability of 1-P reset . 2. Способ по п.1, в котором определение приоритета пакета осуществляется согласно полю TOS Precedence заголовка IP пакета либо на основе поля DSCP заголовка IP пакета.2. The method according to claim 1, in which the determination of the priority of the packet is carried out according to the TOS Precedence field of the IP packet header or based on the DSCP field of the IP packet header. 3. Способ по п.1, в котором весовые коэффициенты формируются в соответствии полем TOS Precedence заголовка IP пакета либо в соответствии с полем DSCP заголовка IP пакета. 3. The method according to claim 1, in which the weights are generated in accordance with the TOS Precedence field of the IP packet header or in accordance with the DSCP field of the IP packet header.
RU2018138494A 2018-10-31 2018-10-31 Method of managing queues in routers of transport communication network RU2696218C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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