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重新思考BBR拥塞控制算法的速率估计

资源天下 2019/11/19 19:41:12

   摘要: 压缩的ACK使BBR的带宽估计不够准确,这导致了在低丢包率环境下的高排队时延。额外的排队时延会影响一些交互式应用的体验,例如Skype。为了解决上述问题,本文提出了一个新颖的方法,即CBE,通过它去修正带宽的估计值。CBE可以精确地检测到不真实反映带宽大小的ACK速率,并且广泛的仿真实验证明了CBE的有效性。
   关键词: 带宽估计; BBR; 排队时延
   Rethinking the Rate Estimation of BBR Congestion Control
   Su Bo
   Abstract: The ACK compression makes the available bandwidth estimation in BBR inaccurate which result in the high queuing delay under low packet loss rate environments. The additional queuing delay affects the user experience of interactive applications like Skype. To solve the above-mentioned issue, this letter presents a novel method, named CBE, to calibrate the bandwidth estimation. The CBE can detect the implausible ACK rates accurately and the extensive simulation prove the effectiveness of CBE.
   Key words: bandwidth estimation; BBR; queuing delay
   1 引言
   在现今网络结构的多样化快速发展和不断增长的应用需求下,TCP的拥塞控制算法仍然是当今的研究热点[1][2]。由于只在拥塞时才降低拥塞窗口,传统的以拥塞窗口为基础的TCP在大缓存下会遭受bufferblot的问题[3],并且在高丢包率环境下,其带宽利用率低下[4]。不同于传统的以时延为基础和以丢包为基础的拥塞控制算法,BBR[5]是一个以速率为基础的算法,它的拥塞窗口只作为已发出数据包的上限。不再采用丢包作为拥塞控制信号,不再使用ACK时钟去控制数据包的发送,BBR通过计算反映可用带宽大小的ACK速率和探测最小来回时延(RTT)解决了上述问题。
   在蜂窝、Wi-Fi和有线带宽网络下,为了避免延迟和聚集的ACK[6]使带宽探测引擎失速,BBR通过将拥塞窗口设置为2倍的带宽时延积(BDP)来持续地以估计的带宽大小发送数据包。有时候压缩的ACK会导致过大的ACK速率,BBR通过简单地比较数据包发送速率和ACK的接受速率并取其小的方法过滤掉不真实反映带宽大小的ACK速率。然而,这个简单的方法不能完全过滤掉不真实的ACK速率[7]。因此,BBR会因为2倍BDP设置的拥塞窗口而造成额外的排队时延。BBR会持续占据1个BDP大小的中间链路缓存。直到探索最小RTT的阶段,BBR才会排空缓存队列中的数据包,如此循环。
   通过分析BBR的ACK速率测量机制和服务器端发送ACK的行为,我们在本文中提出一个更为精确的可用带宽测量方法CBE。我们的主要贡献在于展现了整体上发现不真实反应实际带宽的ACK速率的可能性。与原来的BBR相比较,这个修正带宽估计算法CBE在0%-5%的低丢包环境下可以实现更低的队列时延,并且保持高带宽利用率,与BBR相比只有略微的下降。
   2 相关工作
   在BBR之前,TCP WestWood[8]算法就采用了类似的带宽估计算法。WestWood算法控制的是在快速恢复阶段退出时的拥塞窗口值,这是一个不包括队列缓存在内的带宽时延积,即一个大小BDP。标准的WestWood算法在估计带宽时十分粗糙,它将一个TCP连接的生命周期分解为一段一段的采样周期,通过每个采样周期内采集的ACK字节数,除以采样周期的间隔,最后将得到的结果做指数移动平均。在WestWood阶段,TCP的拥塞控制框架限制了带宽估计的精准性,在BBR出现后,google团队修改了Linux内核的拥塞控制框架,引入了struct rate_sample参数,以实现更为精确的带宽估计。在新的TCP控制框架中,对于每个ACK,提供估计的带宽大小和是应用层限制了发送速率的指示,其中具体的带宽估计机制由下文给出。
   ...........

  附件下载:重新思考BBR拥塞控制算法的速率估计全文及源程序

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