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1 Internet路由器主動(dòng)式隊(duì)列管理機(jī)制綜述( 三 )

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避免了"死鎖"現(xiàn)象：AQM能夠通過確保到來的包幾乎總是有可用的隊(duì)列空間 ， 從而阻止"死鎖"行為的發(fā)生 。也因?yàn)檫@個(gè)原因 ， AQM能防止路由器對(duì)低帶寬高突發(fā)的流的偏見 。
RED擁塞控制機(jī)制的基本思想是通過監(jiān)控路由器輸出端口隊(duì)列的平均長(zhǎng)度來探測(cè)擁塞 ， 一旦發(fā)現(xiàn)擁塞逼近 ， 就隨機(jī)地選擇連接來通知擁塞 ， 使他們?cè)陉?duì)列溢出導(dǎo)致丟包之前減小擁塞窗口 ， 降低發(fā)送數(shù)據(jù)速度 ， 從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞 。由于RED是基于FIFO隊(duì)列調(diào)度策略的 ， 并且只是丟棄正進(jìn)入路由器的數(shù)據(jù)包 ， 因此其實(shí)施起來也較為簡(jiǎn)單 。
3.1 隨機(jī)早期檢測(cè)的設(shè)計(jì)目標(biāo)
RED主要試圖達(dá)到以下目標(biāo)：
最小化包丟失率和排隊(duì)延遲
避免全局同步現(xiàn)象
避免對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)的偏見：網(wǎng)絡(luò)中含有大量的突發(fā)數(shù)據(jù) ， 而傳統(tǒng)的"去尾"算法對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)有很大的偏見 。在采用"去尾"算法的路由器中 ， 假如某個(gè)流的突發(fā)性越高 ， 則當(dāng)該流的包進(jìn)入隊(duì)列時(shí)越輕易造成隊(duì)列溢出 ， 從而導(dǎo)致連續(xù)地丟棄大量的該流的包 。
即使在缺乏傳輸層協(xié)議有效配合的情況下也能控制平均隊(duì)列長(zhǎng)度 ， 從而避免擁塞 。
為了達(dá)成以上目標(biāo) ， RED采用了基于時(shí)間的平均隊(duì)列長(zhǎng)度 ， 并且隨機(jī)地選擇正進(jìn)入路由器地包進(jìn)行丟棄 。這種方法能被有效地實(shí)施而無需在路由器中維持每個(gè)流（per-flow）的狀態(tài)信息 。
3.2 隨機(jī)早期檢測(cè)算法
RED算法主要分為兩個(gè)部分 。首先是計(jì)算平均隊(duì)列長(zhǎng)度 ， 以此作為對(duì)擁塞程度的估計(jì) 。另一個(gè)就是計(jì)算丟棄包的概率 。
3.2.1 計(jì)算平均隊(duì)列長(zhǎng)度
由于Internet數(shù)據(jù)的突發(fā)性 ， 假如一個(gè)隊(duì)列很多時(shí)候是空的 ， 然后迅速被布滿 ， 又很快被取空 ， 這時(shí)就不能說路由器發(fā)生擁塞而需要向源端發(fā)送擁塞指示 。因此 ， RED在計(jì)算平均隊(duì)長(zhǎng)avgQ時(shí) ， 采用了類似低通濾波器（low-pass filter）帶權(quán)值的方法：
avgQ = (1-w)×avgQ q×w
其中 ， w為權(quán)值 ， q為采樣測(cè)量時(shí)實(shí)際隊(duì)列長(zhǎng)度 。這樣由于Internet數(shù)據(jù)的突發(fā)本質(zhì)或者短暫擁塞導(dǎo)致的實(shí)際隊(duì)列長(zhǎng)度暫時(shí)的增長(zhǎng)將不會(huì)使得平均隊(duì)長(zhǎng)有明顯的變化 ， 從而"過慮"掉短期的隊(duì)長(zhǎng)變化 ， 盡量反映長(zhǎng)期的擁塞變化 。
在計(jì)算平均隊(duì)長(zhǎng)的公式中 ， 權(quán)值w相當(dāng)于低通濾波器的時(shí)間常數(shù) ， 它決定了路由器對(duì)輸入流量變化的反應(yīng)程度 。因此對(duì)w的選擇非常重要 ， 假如w過大 ， 那么RED就不能有效地過慮短暫的擁塞；假如w太小 ， 那么avgQ就會(huì)對(duì)實(shí)際隊(duì)列長(zhǎng)度的變化反應(yīng)過慢 ， 不能合理地反映擁塞狀況 ， 在這種情況下 ， 路由器就不能有效檢測(cè)到早期的擁塞 。w的值應(yīng)根據(jù)不同情況預(yù)先設(shè)置 ， 一般來說 ， 它是由路由器答應(yīng)發(fā)生的突發(fā)業(yè)務(wù)的大小和持續(xù)的時(shí)間所決定的 。
3.2.2 計(jì)算丟棄包的概率
計(jì)算平均隊(duì)長(zhǎng)的目的就是為了反映擁塞狀況 ， 根據(jù)擁塞的程度來計(jì)算丟棄包的概率 ， 從而有效地控制平均隊(duì)列長(zhǎng)度 。
RED有兩個(gè)和隊(duì)列長(zhǎng)度相關(guān)的閾值：minth和maxth 。當(dāng)有包達(dá)到路由器時(shí) ， RED計(jì)算出平均隊(duì)長(zhǎng)avgQ 。若avgQ小于minth ， 則沒有包需要丟棄；當(dāng)minth≤avgQ≤maxth時(shí) ， 計(jì)算出概率P ， 并以此概率丟棄包；當(dāng)avgQ>maxth時(shí) ， 所有的包都被丟棄（如圖1所示） 。由于RED使用的是基于時(shí)間的平均隊(duì)長(zhǎng) ， 就有可能會(huì)發(fā)生實(shí)際隊(duì)長(zhǎng)大于平均隊(duì)長(zhǎng)的情況 ， 假如隊(duì)列已滿 ， 則到達(dá)的包只能被丟棄 。
計(jì)算概率P的方法如下：
Pb = maXP×(avgQ-minth) / (maxth-minth)
P = Pb / (1-count×Pb)

我們注重到P不僅和avgQ有關(guān) ， 而且還和從上一次丟包開始到現(xiàn)在進(jìn)入隊(duì)列的包的數(shù)量count有關(guān) 。隨著count的增加 ， 下一個(gè)包被丟棄的可能性也在緩慢增加 。這主要是為了在到來的包之間均勻間隔地丟包 ， 避免連續(xù)丟包 ， 從而避免對(duì)突發(fā)流的偏見和產(chǎn)生全局同步現(xiàn)象 。

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