dccp ccid-3: Preventing Oscillations
authorGerrit Renker <gerrit@erg.abdn.ac.uk>
Thu, 4 Sep 2008 05:30:19 +0000 (07:30 +0200)
committerGerrit Renker <gerrit@erg.abdn.ac.uk>
Thu, 4 Sep 2008 05:45:43 +0000 (07:45 +0200)
This implements [RFC 3448, 4.5], which performs congestion avoidance behaviour
by reducing the transmit rate as the queueing delay (measured in terms of
long-term RTT) increases.

Oscillation can be turned on/off via a module option (do_osc_prev) and via sysfs
(using mode 0644), the default is off.

Overflow analysis:
------------------
 * oscillation prevention is done after update_x(), so that t_ipi <= 64000;
 * hence the multiplication "t_ipi * sqrt(R_sample)" needs 64 bits;
 * done using u64 for sqrt_sample and explicit typecast of t_ipi;
 * the divisor, R_sqmean, is non-zero because oscillation prevention is first
   called when receiving the second feedback packet, and tfrc_scaled_rtt() > 0.

A detailed discussion of the algorithm (with plots) is on
http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gerrit/dccp/notes/ccid3/sender_notes/oscillation_prevention/

The algorithm has negative side effects:
  * when allowing to decrease t_ipi (leads to a large RTT) and
  * when using it during slow-start;
both uses are therefore disabled.

Signed-off-by: Gerrit Renker <gerrit@erg.abdn.ac.uk>
net/dccp/ccids/ccid3.c
net/dccp/ccids/ccid3.h
net/dccp/ccids/lib/tfrc.h

index 7cd76c6c790c1cb53b36d81a2480e4e910ad4174..06cfdad84a6a5518098259e3a450cf0498bf8ca0 100644 (file)
@@ -49,6 +49,8 @@ static int ccid3_debug;
 /*
  *     Transmitter Half-Connection Routines
  */
+/* Oscillation Prevention/Reduction: recommended by rfc3448bis, on by default */
+static int do_osc_prev = true;
 
 /*
  * Compute the initial sending rate X_init in the manner of RFC 3390:
@@ -296,6 +298,9 @@ static int ccid3_hc_tx_send_packet(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
                hctx->s = ccid3_hc_tx_measure_packet_size(sk, skb->len);
                ccid3_update_send_interval(hctx);
 
+               /* Seed value for Oscillation Prevention (sec. 4.5) */
+               hctx->r_sqmean = tfrc_scaled_sqrt(hctx->rtt);
+
        } else {
                delay = ktime_us_delta(hctx->t_nom, now);
                ccid3_pr_debug("delay=%ld\n", (long)delay);
@@ -400,6 +405,38 @@ done_computing_x:
                               hctx->s, hctx->p, hctx->x_calc,
                               (unsigned)(hctx->x_recv >> 6),
                               (unsigned)(hctx->x >> 6));
+       /*
+        * Oscillation Reduction (RFC 3448, 4.5) - modifying t_ipi according to
+        * RTT changes, multiplying by X/X_inst = sqrt(R_sample)/R_sqmean. This
+        * can be useful if few connections share a link, avoiding that buffer
+        * fill levels (RTT) oscillate as a result of frequent adjustments to X.
+        * A useful presentation with background information is in
+        *    Joerg Widmer, "Equation-Based Congestion Control",
+        *    MSc Thesis, University of Mannheim, Germany, 2000
+        * (sec. 3.6.4), who calls this ISM ("Inter-packet Space Modulation").
+        */
+       if (do_osc_prev) {
+               r_sample = tfrc_scaled_sqrt(r_sample);
+               /*
+                * The modulation can work in both ways: increase/decrease t_ipi
+                * according to long-term increases/decreases of the RTT. The
+                * former is a useful measure, since it works against queue
+                * build-up. The latter temporarily increases the sending rate,
+                * so that buffers fill up more quickly. This in turn causes
+                * the RTT to increase, so that either later reduction becomes
+                * necessary or the RTT stays at a very high level. Decreasing
+                * t_ipi is therefore not supported.
+                * Furthermore, during the initial slow-start phase the RTT
+                * naturally increases, where using the algorithm would cause
+                * delays. Hence it is disabled during the initial slow-start.
+                */
+               if (r_sample > hctx->r_sqmean && hctx->p > 0)
+                       hctx->t_ipi = div_u64((u64)hctx->t_ipi * (u64)r_sample,
+                                             hctx->r_sqmean);
+               hctx->t_ipi = min_t(u32, hctx->t_ipi, TFRC_T_MBI);
+               /* update R_sqmean _after_ computing the modulation factor */
+               hctx->r_sqmean = tfrc_ewma(hctx->r_sqmean, r_sample, 9);
+       }
 
        /* unschedule no feedback timer */
        sk_stop_timer(sk, &hctx->no_feedback_timer);
@@ -749,6 +786,9 @@ static struct ccid_operations ccid3 = {
        .ccid_hc_tx_getsockopt     = ccid3_hc_tx_getsockopt,
 };
 
+module_param(do_osc_prev, bool, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(do_osc_prev, "Use Oscillation Prevention (RFC 3448, 4.5)");
+
 #ifdef CONFIG_IP_DCCP_CCID3_DEBUG
 module_param(ccid3_debug, bool, 0644);
 MODULE_PARM_DESC(ccid3_debug, "Enable debug messages");
index 342235c57bf34dda7611ecb188b9769cb93a5f1e..af6e1bf937d949b46d5f6555322d2b0ca99be323 100644 (file)
@@ -47,8 +47,8 @@
 /* Two seconds as per RFC 3448 4.2 */
 #define TFRC_INITIAL_TIMEOUT      (2 * USEC_PER_SEC)
 
-/* Parameter t_mbi from [RFC 3448, 4.3]: backoff interval in seconds */
-#define TFRC_T_MBI                64
+/* Maximum backoff interval t_mbi (RFC 3448, 4.3) */
+#define TFRC_T_MBI                (64 * USEC_PER_SEC)
 
 /*
  * The t_delta parameter (RFC 3448, 4.6): delays of less than %USEC_PER_MSEC are
@@ -76,6 +76,7 @@ enum ccid3_options {
  * @x_recv - Receive rate    in 64 * bytes per second
  * @x_calc - Calculated rate in bytes per second
  * @rtt - Estimate of current round trip time in usecs
+ * @r_sqmean - Estimate of long-term RTT (RFC 3448, 4.5)
  * @p - Current loss event rate (0-1) scaled by 1000000
  * @s - Packet size in bytes
  * @t_rto - Nofeedback Timer setting in usecs
@@ -94,6 +95,7 @@ struct ccid3_hc_tx_sock {
        u64                             x_recv;
        u32                             x_calc;
        u32                             rtt;
+       u16                             r_sqmean;
        u32                             p;
        u32                             t_rto;
        u32                             t_ipi;
index bb47146ac7d1fc6baaf8cf7ae82808aee71dd089..ede12f53de5a2f7c318a1cac793d7d45e60d2b1e 100644 (file)
@@ -47,6 +47,21 @@ static inline u32 scaled_div32(u64 a, u64 b)
        return result;
 }
 
+/**
+ * tfrc_scaled_sqrt  -  Compute scaled integer sqrt(x) for 0 < x < 2^22-1
+ * Uses scaling to improve accuracy of the integer approximation of sqrt(). The
+ * scaling factor of 2^10 limits the maximum @sample to 4e6; this is okay for
+ * clamped RTT samples (dccp_sample_rtt).
+ * Should best be used for expressions of type sqrt(x)/sqrt(y), since then the
+ * scaling factor is neutralised. For this purpose, it avoids returning zero.
+ */
+static inline u16 tfrc_scaled_sqrt(const u32 sample)
+{
+       const unsigned long non_zero_sample = sample ? : 1;
+
+       return int_sqrt(non_zero_sample << 10);
+}
+
 /**
  * tfrc_ewma  -  Exponentially weighted moving average
  * @weight: Weight to be used as damping factor, in units of 1/10