流量控制或拥塞避免技术专利技术分析

来文燕 孟姗



流量控制或拥塞避免技术专利技术分析

来文燕 孟姗

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450001

首先给出流量控制或拥塞避免的基本概念，然后着重介绍了流量控制或拥塞避免中的拥塞避免和恢复技术发展路线，最后介绍了流量控制或拥塞避免技术在专利领域的申请情况以及专利技术发展概况，对进一步研究流量控制或拥塞避免技术具有指导意义。

流量控制；拥塞避免；专利

1 流量控制或拥塞避免技术简介

分组交换网络的快速发展与应用，导致网络系统经常会出现拥塞现象。网络中的拥塞来源于网络资源和流量分布的不均衡性，要提高网络的性能，需要对网络进行流量控制或拥塞避免。流量控制主要包括有流量整形，队列调度，负载均衡等多个方面。而拥塞避免也是通过流量控制来实现的，主要包括有使流量远离拥塞节点，监控网络流量，采用丢包或速率控制避免拥塞，根据带宽，QoS对流量进行分类，带宽分配。

2 流量控制或拥塞避免技术发展路线

1988 年Van Jacobson 提出了慢开始（Slow Start）和拥塞避免（Congestion Avoidance）两种算法[1]。

慢开始算法的思路：当主机开始发送数据时，因为并不知道当前的网络是否拥塞，网络的负载情况怎么样，所以并不是立即把大量数据字节注入到网络中，而是由小到大的逐渐增大发送窗口，也就是逐渐增大拥塞窗口值。TCP链路的数据发送方可以通过慢开始算法，有效地探测网络的负载情况，确保发送方不会盲目地去向已经出现拥塞的网络中注入过多的数据。

拥塞避免算法：当探测到网络发生拥塞时，将拥塞窗口的改变方式由指数增长变为线性增长。拥塞避免算法的思路是拥塞窗口大小增加到门限阈值ssthresh时，让拥塞窗口cwnd缓慢地增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍。这样，拥塞窗口cwnd按线性方式缓慢增加，比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢得多。

1990年，提出的TCP Reno版本又增加了两个新的拥塞避免算法：快速恢复（Fast Recovery）和快速重传（Fast Retransmit）。这两个算法主要是针对慢开始算法在拥塞现象不是很严重时，过大减小拥塞窗口的问题而提出的。此后的TCP 拥塞避免方法基本上都是在此基础上的一些改进。TCP基于窗口的拥塞避免机制对于Internet的鲁棒性起到了关键性的作用。然而，随着Internet本身的迅猛发展，其规模越来越庞大，结构也日趋复杂，研究者们也认识到仅仅依靠TCP端到端的拥塞避免是不够的，网络也应该参加资源的控制工作[2]。目前，关于IP层拥塞避免的研究也越来越多，已经形成了一个新的热点研究方向。IP 层拥塞避免就其本质来说是通过对路由器缓冲区队列中的分组实施调度和管理来影响TCP拥塞避免的动态性能以达到目的[3]。已经出现了一系列的队列调度和管理的算法来实现拥塞避免：先进先出（FIFO）、公平排队（FQ）和加权公平排队（WFQ）（1990—1993年）、随机检测算法（RED）（1993年）、显示拥塞指示算法（ECN）（1999年）、适应性虚拟队列（AVQ）（2001年）[2]。

3 关于流量控制或拥塞避免专利申请概况

从1993年开始出现了关于拥塞避免和恢复的专利申请，在2002之前，关于拥塞避免和恢复的专利申请主要集中在国外公司，具有代表性的公司为诺基亚、艾利森、西门子。其拥塞避免方案主要是基于缓存和速率的控制。2002年之后中国的公司开始有所涉及，具有代表性的公司为华为、中兴。2002—2008年期间，国内外大型公司企业关于拥塞避免和恢复专利技术申请属于初步发展阶段。2009—2011年期间，国内高校以及国内众多公司开始涉及关于拥塞避免和恢复的专利申请，这个时期属于拥塞避免和恢复专利技术申请的蓬勃发展期；2011年至今，拥塞避免和恢复专利技术的申请量又上了一个新的台阶，处于一个新的发展阶段。

专利申请中更多的讲究的是实用性，因此，基于流量控制和拥塞避免的专利申请都是将现有的拥塞避免算法应用到某个特定的系统中，并根据系统特点进行流量控制。2002年，申请号为CN02148902的专利申请提出来一种城域传输设备中虚容器映射通道的流量控制方法，通过标识是否拥塞的流控报文中的通道标识号暂停转发该虚容器映射通道的业务数据报文来控制流量。2005年，申请号为CN200680004385的专利申请提出来一种在网络中拥塞通知的方法，通过确定是否遇到拥塞并且将网络拥塞的指示引入数据包中发送至源节点来进行拥塞避免。2007年，申请号为CN200780026281的专利申请提出来一种控制聚合链路中的拥塞的方法，通过确定来自所述多个远端站点的数据传输率是否超过阈值，通知所述多个远端站点中的至少一个远端站点降低数据传输率进行流量控制。2013年，申请号为CN201310323965的专利申请提出来一种避免拥塞的路由方法，根据从网络中各交换机获取LSA报文和NCA报文，构造出全局网络拓扑图和全局拥塞信息，根据全局网络拓扑图和全局拥塞信息，构造流传输路径。分享上述具有代表性的专利技术申请可以得出，根据显示拥塞通知来调整数据传输速率或者数据传输路径的拥塞避免方法是专利申请的热点，其具体的根据不同的系统特征来作对应的改进，主要的改进点集中在拥塞通知的获取与反馈方法上，数据速率的调整与路径选择上[3]。

4 小结

根据以上分析，可以看出，前期关于流量控制和拥塞避免的研究主要集中在国外研究所和公司，近些年，随着越来越多优秀的中国企业的出现，中国在流量控制和拥塞避免方面的研究也取得了令人瞩目的成绩。但值得注意的是中国在这方面的研究还停留在对已有的核心技术的改进和应用的层面上，在流量控制和拥塞避免的研究上中国仍有较长的路要走。

[1]V.Jacobson.Congestion Avoidance and Control[J].ACM SIGCOMM，1988，18（4）：314-329.

[2]任丰原，林闯，刘卫东.IP网络中的拥塞避免[J].计算机学报，2003，26（9）：1025-1034.

[3]闫友彪，罗晓曙，等.Internet拥塞避免研究的最新进展分析与展望[J].计算机应用研究，2005，22（2）：8-13.

TP393.02

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1009-6434（2016）02-0049-01