下一代网络中滞后信令负载控制建模与SIP定位算法解析

### 下一代网络中滞后信令负载控制建模与SIP定位算法解析 #### 1. 滞后负载控制概率模型 在网络负载控制中，滞后负载控制是一种重要的策略。以两级滞后控制为例，系统状态用三元组 $(h, r, n) \in X$ 表示，其中所有状态集合 $X$ 可划分为 $X = X_0 \cup X_1 \cup X_2$。具体如下： - $X_0$ 为正常负载状态集合：$X_0 = \{(h, r, n) : h = 0, r = 0, 0 \leq n < H_1\}$。 - $X_1$ 为一级拥塞状态集合：$X_1 = X_{11} \cup X_{12} = \{(h, r, n) : h = 1, r = 0, L_1 \leq n < R_1\} \cup \{(h, r, n) : h = 1, r = 1, R_1 \leq n < H_2\}$。 - $X_2$ 为二级拥塞状态集合：$X_2 = X_{21} \cup X_{22} = \{(h, r, n) : h = 2, r = 1, L_2 \leq n < R_2\} \cup \{(h, r, n) : h = 2, r = 2, n = R_2\}$。 我们定义滞后控制所需的质量参数，即概率 $P_i = P (X_i)$，$i = 0, 1, 2$。若给定系统质量参数的限制条件，如 $P (X_i) \leq P^*_i$，则可确定拥塞起始阈值 $H_1$、拥塞缓解阈值 $L_1$ 和拥塞丢弃阈值 $R_1$。 #### 2. SIP过载控制 SIP（会话发起协议）常用于呼叫会话。一个成功的呼叫处理流程如下： 1. UA客户端向代理1发送INVITE消息发起连接。 2. 代理处理INVITE请求时，通常回复100（正在尝试）响应，以停止前一跳的INVITE重传。 3. 代码180的消息传输表示已分配信道资源。 4. UA服务器发送代码200的消息，UA客户端用ACK消息响应，会话建立。 5. 会话成功结束后，连接中断，释放分配的网络资源。 随着基于SIP协议的服务用户数量增加，SIP服务器会因用户代理注册、会话建立和终止资源不足而出现过载。过载分为两种类型： - 客户端到服务器过载（“client-to-server”）：在SIP服务器（注册服务器）中，由于SIP终端组产生的过大负载而出现。例如，大城市大面积停电后恢复供电，大量SIP设备几乎同时启动并发送SIP注册请求，容易使相应的SIP注册服务器过载。 - 服务器到服务器过载（“server-to-server”）：在SIP服务器（代理服务器）中，由于某些特殊事件（如突发流量高峰）而出现。 SIP协议通过503（服务不可用）响应代码提供基本的过载控制机制。无法转发请求的SIP服务器可返回503响应，还可在响应中插入Retry-After头，指定在一段时间内不接受上游邻居的进一步请求。但该机制存在以下问题： - 负载放大：在过载期间，该机制会显著放大负载，加剧问题，使网络更接近崩溃。 - 利用率不足：RFC 3261未规定503消息接收者的反应方式，在某些网络配置中，难以明确消息发送者，可能导致发送者降低整个服务器集群的负载，而不是针对实际过载的服务器。 - 开/关Retry-After问题：当发送者在少量接收者之间平衡请求时，带有Retry-After的503机制因采用全有或全无的技术而失效，即使在轻度过载下也会导致高度振荡行为。 - 模糊使用：标准未明确服务器何时必须发送代码503的消息，不同实现导致503消息用于表示不同状态。 根据发送者确定接收者状态和管理负载的方法，拥塞控制机制可分为基于反馈的显式过载控制机制和自限的隐式过载控制机制。过载控制可实现端到端、逐跳或本地控制。常见的显式过载控制反馈机制如下： | 机制名称 | 描述 | | ---- | ---- | | 基于速率的过载控制 | 根据接收者的当前性能值降低发送者的传输速率 | | 基于损失的过载控制 | 接收者请求发送者按一定百分比降低负载，该百分比由接收者根据当前负载计算 | | 基于窗口的过载控制 | 控制窗口大小，受TCP启发，允许发送者在收到传输中消息的确认之前发送一定数量的消息 | | 基于信号的过载控制 | 发送者将接收者的503服务不可用消息作为接收者过载的信号 | | 开/关过载控制 | 使用带有Retry-After头的503（服务不可用）响应，使接收者能够打开或关闭接收的流量 | #### 3. SIP服务器过载控制的排队模型 考虑一个具有工作假期和滞后拥塞控制的单服务器排队系统，记为 $M|M|1| \langle L \rangle|B|WV$。泊松