TCP KCC v1.0（卡尔曼拥塞控制）

TCP KCC v1.0（卡尔曼拥塞控制）

面向共享带宽 VPS 环境，结合 BBRv1 状态机与卡尔曼滤波器进行传播延迟估计的 TCP 拥塞控制模块。

工作概述

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卡尔曼滤波器
慢速路径 (每轮)
快速路径 (每 ACK)
FILTER 1
MIN 0
全局注入 (可选)
全局卡尔曼 BDP 滤波器

收集 PROBE_BW 巡航样本
kcc_init

新连接甜点速度初始化
状态机
STARTUP
DRAIN
PROBE_BW
PROBE_RTT
ACK + rate_sample 到达
kcc_main
kcc_agg_pipeline

ACK 聚合置信度评估
kcc_update_model
kcc_update_bw

滑动窗口最大带宽
kcc_update_ecn_ewma

ECN CE 标记率 EWMA
kcc_update_ack_aggregation

双窗口 extra_acked
kcc_update_cycle_phase

PROBE_BW 相位推进
kcc_check_full_bw_reached

STARTUP 退出检测
kcc_check_drain

DRAIN 进入/退出/跳过
kcc_update_min_rtt

卡尔曼 + 窗口 min-RTT
单状态卡尔曼滤波器

状态: x_est_us

预测: p_pred = p_est + Q

更新: K = p_pred / (p_pred + R)

自适应 Q/R, Q-Boost, 异常值门控
kcc_rtt_mode
x_est_us
min(x_est_us, min_rtt_us)
计算 BDP

target = bw × gain × model_rtt
增益分配

STARTUP: 2.885x

DRAIN: 0.347x

PROBE_BW: 相位增益表

PROBE_RTT: 排水
kcc_ecn_backoff

cwnd 增益 ECN 退避
kcc_set_cwnd

BDP + 边界 + 聚合补偿
kcc_set_pacing_rate

即时应用 pacing 余量
state

设计理念

拥塞控制算法需要在吞吐量、延迟、公平性和丢包容忍度之间取得平衡。KCC 采用务实的方案：

1. BBRv1 提供了经过验证的基础。 状态机、pacing、周期增益、STARTUP/DRAIN/PROBE_BW/PROBE_RTT ------ KCC 直接采用这些机制，不做修改。

2. 卡尔曼滤波器提升估计精度。 将真实传播延迟从排队延迟和测量抖动中分离出来，得到更准确的 min_rtt 估计，从而实现更紧致的 BDP 计算、更精准的 CWND 校准、更稳定的 pacing。

3. 跨算法动态遵循标准 TCP 竞争平衡。 KCC 不会人为限制发送速率以响应来自外部流的队列信号。增益衰减（基于排队的探测力度降低）可通过 kcc_cycle_decay_mask 选择启用，但默认关闭以保持完整探测强度。

4. 主动维护 KCC 内部公平性。 卡尔曼收敛确保共享瓶颈的 KCC 流获得一致的传播延迟估计，消除了纯 BBR 多流部署中导致严重不公平的赢家通吃反馈循环。

算法

TCP KCC 以可加载内核模块 tcp_kcc.ko 实现发送端拥塞控制。kcc_main() 在每次收到 ACK 时被调用，接收 rate_sample 结构（含带宽样本、RTT 样本、交付/丢失计数）。算法在两个时间域运作：每 ACK 快速路径 更新测量状态并计算即时发送速率和 cwnd；每轮慢速路径评估状态转换条件并重新计算增益。

核心测量管线由两部分组成：

1. 滑动窗口最大带宽滤波器 （linux/win_minmax.h 的 minmax_running_max）：窗口覆盖最近 kcc_bw_rt_cycle_len（默认 10）个往返。提供 BBR 兼容的 max_bw 估计。

2. 卡尔曼滤波器传播延迟估计 ：替代 BBRv1 的滑动窗口最小 RTT，并且是 BDP RTT 估计的默认来源（参见 [模型 RTT 策略](#模型 RTT 策略)）。单状态卡尔曼滤波器（Kalman 1960）在 kcc_kalman_scale × µs 定点单位下运作，将真实传播延迟建模为随机游走：

   • 状态方程：x[k] = x[k−1] + w[k], w ~ N(0, Q)
   • 观测方程：z[k] = x[k] + v[k], v ~ N(0, R)

定点单位：BW_UNIT = 1 << 24 作为带宽单位（segments * 2^24 / µs），BBR_UNIT = 1 << 8 = 256 作为无量纲增益单位。

模型 RTT 策略

KCC 引入了可配置的 BDP（带宽延迟积）计算用 RTT 估计策略，由 kcc_rtt_mode 控制：

模式	值	行为	适用场景
FILTER	1（默认）	直接使用 x_est_us ------原始卡尔曼/滑动窗口滤波器估计值	生产环境 WAN/VPS：抗路由突变，零吞吐断崖
MIN	0	min(x_est_us, min_rtt_us) ------用窗口最小值钳制卡尔曼估计	内核模块稳定性验证；RTT 固定的链路

FILTER 作为默认值的原因：

• 路由突变弹性 ：当 BGP 重路由使物理 RTT 增大（如 50 ms → 100 ms）时，卡尔曼增益 K_k 在几个 RTT 内即可跟踪到新的路径延迟。MIN 模式会死锁在旧 min_rtt_us 上，导致 BDP 减半。

• 内置防御：异常值门控在样本进入滤波器之前就将其拒绝。自适应 Q/R 噪声估计在网络嘈杂时降低卡尔曼增益，滤波器天然不信任瞬时排队堆积，将估计值保持在真实传播延迟附近。

• PROBE_RTT 解耦 ：FILTER 模式启用 kcc_probe_rtt_decouple 功能------卡尔曼滤波器无需周期性的 4 包排放即可跟踪 RTT 下限。

运行时切换：echo 0 > /proc/sys/net/kcc/kcc_rtt_mode 回退到 MIN 模式。

状态机

    ┌───> STARTUP ────┐
    │       │         │
    │       ▼         │
    │     DRAIN  ─────┤
    │       │         │
    │       ▼         │
    └─── PROBE_BW ────┘
    │      ^    │
    │      │    │
    │      └────┘
    │
    └─── PROBE_RTT <──┘

使用 struct KCC 的 2 位 mode 字段编码四种模式：

• STARTUP (0) ：初始状态。pacing_gain ≈ 2.885x（kcc_high_gain_val），cwnd_gain 同为 2.885x。指数级带宽探测。
• DRAIN (1) ：STARTUP 退出后进入。pacing_gain ≈ 0.347x（kcc_drain_gain_val），cwnd_gain 保持 2.885x。排空 STARTUP 累积队列。
• PROBE_BW (2)：稳态。按 256 槽位增益表循环（默认 8 相位重复：1.25x/0.75x/8×1.0x）。
• PROBE_RTT (3) ：定期排空至 kcc_cwnd_min_target（默认 4 段）以获取新鲜 RTT 样本。

STARTUP → DRAIN

当 full_bw_reached 置位时触发------kcc_full_bw_cnt（默认 3）个连续轮次中 max_bw 未能比先前峰值增长至少 kcc_full_bw_thresh_val（默认 1.25x）。BDP 在 1.0x 增益下写入 snd_ssthresh。qdelay_avg 归零以防止 STARTUP 队列积累影响 PROBE_BW。

DRAIN → PROBE_BW

EDT 在途数据量 ≤ 1.0x BDP 目标时触发。排水跳过优化 ：卡尔曼已收敛且 qdelay_avg 低于 kcc_drain_skip_qdelay_us（默认 1000 µs）时跳过 DRAIN------提前转 PROBE_BW。

进入 PROBE_BW 时循环相位索引随机化：cycle_idx = len − 1 − rand(kcc_probe_bw_cycle_rand)（默认 len − 1 − rand(8)），使共享瓶颈的并发流去同步。

PROBE_BW → PROBE_RTT

PROBE_RTT 间隔到期时触发（min_rtt_stamp 在计算间隔内未更新）。cwnd 存至 prior_cwnd，pacing 设为排水。

PROBE_RTT → PROBE_BW

在途数据降至 kcc_cwnd_min_target 或轮边界后，驻留至少 kcc_probe_rtt_mode_ms_val（默认 200 ms）且至少一轮完整轮次后退出。cwnd 恢复至 prior_cwnd，pacing 暂用 kcc_high_gain_val 覆盖以快速填充管道。

恢复与丢失

• TCP_CA_Loss：full_bw 和 full_bw_cnt 重置，round_start 设 1，packet_conservation 清 0。若 LT BW 未激活，注入合成丢失事件触发 LT 采样。
• 恢复入（TCP_CA_Recovery）：启用 packet_conservation，cwnd = 在途 + 已 ACK。
• 恢复出：恢复至 prior_cwnd，packet_conservation 清 0。
• kcc_undo_cwnd()：重置 full_bw 和 full_bw_cnt（保留 full_bw_reached），清除 LT BW 状态。

Round Detection（BBR 对齐）

next_rtt_delivered 初始化为 0（与标准 BBR 一致；Cardwell et al. 2016），因此第一个 ACK 立即开始第 1 轮检测，无需人为偏移。当 prior_delivered >= next_rtt_delivered 时检测到轮边界，使用 interval_us <= 0 守卫（匹配 BBR 的 delivered < 0 || interval_us <= 0）------捕获零值和负值间隔，防止它们污染测量流水线。

• next_rtt_delivered 初始化为 0（BBR 兼容）：首个 ACK 开始第 1 轮。
• interval_us <= 0 验证：与 BBR 完全一致，拒绝负值间隔。
• round_start 在 kcc_update_bw() 顶部、有效性检查之前重置为 0 ------匹配 BBR 的 bbr->round_start = 0 位置。

核心测量

带宽估计

滑动窗口最大带宽滤波器（minmax_running_max）在 kcc_bw_rt_cycle_len（默认 10）轮窗口。即时 bw = delivered × BW_UNIT / interval_us。仅非应用受限或 bw ≥ 现有最大值时馈入滑动窗口（BBR 规则）。

当 lt_use_bw 激活时，主动带宽估计切换至 lt_bw（LT 带宽估计）。

卡尔曼滤波器

单状态标量卡尔曼递推（O(1) 复杂度）：

预测:
  x_pred = x_est          (恒等转移)
  p_pred = p_est + Q      (协方差预测)

更新:
  innov   = z − x_pred    (创新值)
  K       = p_pred / (p_pred + R)   (卡尔曼增益 [0,1])
  x_est   = x_pred + K × innov      (状态更新)
  p_est   = (1 − K) × p_pred        (后验协方差)

自适应过程噪声 Q：

Q_base   = kcc_kalman_q (默认 100)
q_factor = max(kcc_kalman_q_min_factor_val, min_rtt_us / kcc_kalman_q_rtt_div)
Q        = min(Q_base × q_factor, Q_base × kcc_kalman_q_scale_cap)
Q        = min(Q, kcc_kalman_q_max)

自适应测量噪声 R：

R = R_base + max(0, jitter_ewma − kcc_jitter_r_thresh_us) × R_base / kcc_jitter_r_scale
R = min(R, R_base × kcc_kalman_r_max_boost)

Q-Boost 路径变化检测（置信度门控 + 冷却） ：当 |innovation| > kcc_kalman_q_boost_thresh_val（默认约 4 ms RTT 偏移）且滤波器已收敛（p_est ≤ kcc_kalman_converged_p_est_val，默认 500）时，p_est 被重置为 kcc_kalman_p_est_init_val，将卡尔曼增益提升至接近 1.0 以快速收敛。两次连续 qboost 事件之间存在 kcc_kalman_qboost_cdwn（默认 15）个样本的冷却间隔，防止在高抖动丢包路径上失控触发。

异常值门控 ：动态阈值 dyn_thresh = max(outlier_ms × 1000 × scale, jitter_ewma × outlier_jitter_mult × scale)。仅 p_pred ≤ kcc_kalman_converged_p_est_val 时应用。连续 kcc_kalman_max_consec_reject（默认 25）次拒绝后强制接受以防止自增强锁定。

协方差匹配噪声估计（BBR-S） ：q_est = (1−α) × q_est + α × (K × innov)²，r_est = (1−β) × r_est + β × max(0, innov² − p_pred)。组合模式：mode 0 = 仅启发式，mode 1 = max（默认），mode 2 = 加权混合。

卡尔曼接管 ：x_est > 0 且 sample_cnt ≥ kcc_kalman_min_samples（默认 5）时，min_rtt_us 被替换为 x_est / kcc_kalman_scale。min_rtt_stamp 不更新------PROBE_RTT 间隔独立保留。

模型 RTT 策略 ：BDP 计算使用的 RTT 估计由 kcc_rtt_mode 控制。FILTER 模式（默认）下，model_rtt = x_est_us 直接使用卡尔曼/滑动窗口估计值，不做钳制。MIN 模式下，model_rtt = min(x_est_us, min_rtt_us) ------卡尔曼估计值被窗口最小值钳制，确保 BDP 永不膨胀。生产环境 WAN/VPS 部署推荐使用 FILTER 默认值，尤其是路径延迟可能突变（BGP 重路由、低轨卫星切换、移动蜂窝切换）的场景。参见 [模型 RTT 策略](#模型 RTT 策略)。

BBR 增强特性

增益衰减（Gain Decay）

PROBE_BW 特定相位中通过 256 位位图 kcc_cycle_decay_mask[] 选择启用。衰减公式（已接受卡尔曼样本触发）：

max_red       = probe_gain − BBR_UNIT
conf_scale    = p_est 的反比缩放 (BBR_UNIT 满值)
qdelay_decay  = min(max(0, qdelay_avg − qthresh) × BBR_UNIT / qscale, max_red)
                    × conf_scale / BBR_UNIT
jitter_decay  = min(max(0, jitter_ewma − jthresh) × BBR_UNIT / jscale, remaining)
                    × conf_scale / BBR_UNIT
effective     = max(probe_gain − qdelay_decay − jitter_decay, BBR_UNIT)

卡尔曼置信度缩放：p_est > kcc_kalman_converged_p_est 时衰减量线性减少，避免滤波器不确定时过度退避。

ECN 退避

激活条件（全部满足）：

1. kcc_ecn_enable_val != 0
2. 卡尔曼已收敛（p_est < converged，sample_cnt >= min_samples）
3. ecn_ewma > 0（观测到 CE 标记）
4. qdelay_avg > kcc_ecn_qdelay_thresh_us_val（默认 2000 µs）
5. 模式非 PROBE_BW（PROBE_BW 中 cwnd_gain 固定为 2x）

探测阶段（pacing_gain > BBR_UNIT）中，ECN 退避按 BBR_UNIT² / pacing_gain 比例缩小------1.25x 探测时约保留 80% 退避，2.89x STARTUP 增益时约 65%。

ECN 标记率 EWMA：轮边界按 kcc_ecn_ewma_retained / kcc_ecn_ewma_total（默认 3/4）更新，无 CE 标记的 ACK 按 kcc_ecn_idle_decay_num / kcc_ecn_idle_decay_den（默认 31/32）衰退。

单流检测

当 KCC 检测到该流在瓶颈处可能为独享状态（低队列延迟、低抖动、无 ECN 标记、无 ACK 聚合、无 LT 带宽），它会自动切换至 BBR 纯净模式：

• kcc_get_model_rtt() 直接返回 min_rtt_us（绕过卡尔曼平滑估计------该估计因单侧测量噪声存在小幅正偏差）。
• kcc_ecn_backoff() 响应可通过 kcc_alone_bypass_ecn（默认 1）配置------单流路径不存在其他竞争发送方来共享 ECN 标记，任何标记均为 AQM 误报，跳过以匹配 BBR 的零 ECN 行为。设为 0 可在独狼模式下仍保留 ECN 退避（保守模式）。
• LT BW（限速器检测）条件可通过 kcc_alone_bypass_lt_bw（默认 1）配置------单流路径不存在 policer，LT BW 无法合法触发，跳过以防止假触发导致独狼模式退出。设为 0 恢复原始严格行为。

这消除了 KCC 与 BBR 之间的单流吞吐量差距，同时在多流场景下保留了 KCC 的完整保护环路（卡尔曼、ECN 退避、增益衰减、LT 带宽）。

迟滞机制 ：进入需要 kcc_alone_confirm_rounds（默认 3）个连续合格轮次------防止在多流竞争中的短暂安静期出现振荡（"保守加速"）。退出即时生效------任何条件不满足都将清除标志并重置确认计数器（"激进制动"）。

合格条件（在轮次边界上必须同时满足全部六项）：

0. 卡尔曼已收敛（sample_cnt >= kcc_kalman_min_samples）------ 信任 qdelay/jitter 作为队列信号

1. qdelay_avg < kcc_alone_qdelay_thresh_us（默认 1000 us）------ 队列接近为空

2. jitter_ewma < kcc_alone_jitter_thresh_us（默认 2000 us）------ 仅 ACK 时钟微抖动

3. ecn_ewma == 0 --- AQM 无拥塞标记

4. lt_use_bw == 0 --- 未处于限速器检测到的速率限制模式

5. agg_state <= max 按 kcc_alone_agg_state_level（默认 1）------ 三级可配置 ACK 聚合严格度：

   • 0 = 仅 IDLE（最严格，零聚合），1 = ≤ SUSPECTED（默认，允许瞬时聚合），2 = ≤ CONFIRMED（最宽松，仅拦截持续聚合）

动态 PROBE_RTT 间隔

将卡尔曼 p_est 映射至每连接 PROBE_RTT 间隔：

p_est ≤ converged:              interval = dyn_max (默认 30s)
p_est ≥ high (= mult × conv):   interval = base (默认 10s)
converged < p_est < high:       线性插值

高置信度（p_est 低）时减少 PROBE_RTT 频率，降低稳定路径吞吐抖动。低置信度时恢复经典 10s 间隔。

逐流入口抖动：为防止所有共存流同时进入 PROBE_RTT（排空至 4 包聚合 ~1.8 Mbps 然后以 2.89× 充填），每个流向其 PROBE_RTT 间隔添加哈希派生的抖动（0--845 ms 分布）。任意时刻最多 ~1 个流处于 PROBE_RTT，消除了导致 RTO 的同时排空/充填崩溃。

PROBE_RTT 解耦与智能重校准

BBRv1 的 PROBE_RTT 机制每隔约 10 秒将管道排空到 4 个包以测量 min_rtt_us。这对基于窗口的最小 RTT 估计器而言是必要的------窗口无法区分传播延迟和排队延迟，除非管道为空。代价是周期性的吞吐量断崖（BBR "锯齿"）。

在 FILTER 模式下，卡尔曼滤波器完全替代了窗口。它通过异常值门控和自适应噪声估计可以从排队噪声中分离出真实传播延迟------无需排放管道。参数 kcc_probe_rtt_decouple（默认 1）控制此行为：

模式	值	行为
解耦	1（默认）	卡尔曼健康 （p_est ≤ kcc_recal_p_est_thresh）：完全抑制 PROBE_RTT → 零吞吐断崖，零同步崩溃。卡尔曼发散（p_est > 阈值）：自动触发传统 PROBE_RTT 作为安全网 → 恢复滤波器基线，然后解耦自动恢复。
传统	0	盲目的周期性 PROBE_RTT，约每 10 秒一次（BBR 兼容）。

智能重校准启发式 （kcc_kalman_needs_recalibration()）：在稳定路径的稳态运行中，卡尔曼误差协方差 p_est 收敛到 p_est_floor（~4--10），远低于阈值 kcc_recal_p_est_thresh（250,000 = p_est_max 的 25%）。p_est 上升表明滤波器的内部模型无法再解释观测值------通常是因为路径发生了实质性变化。当 p_est 超过阈值时，一次传统 PROBE_RTT 排放即可恢复滤波器基线；卡尔曼重新收敛后解耦自动恢复。

这将 PROBE_RTT 从 盲目的周期性自残 转变为 智能的置信度驱动重校准------协议只在实际证据表明滤波器已失去置信度时才排放管道。

需要 kcc_rtt_mode == 1。在 MIN 模式下无效（MIN 模式依赖 PROBE_RTT 刷新 min_rtt_us）。

参数	默认	范围	描述
kcc_probe_rtt_decouple	1	0--1	启用 PROBE_RTT 解耦（仅 FILTER 模式）
kcc_recal_p_est_thresh	250,000	1--100,000,000	触发安全网重校准的 p_est 阈值

LT 带宽估计

丢失事件触发的下限估计器。采样间隔长度 4, 16 RTTs，丢失率 ≥ 5.9%（kcc_lt_loss_thresh 默认 15/256）时有效。带宽 bw = delivered × BW_UNIT / interval_us。

与 BBR 的简单平均不同，KCC 使用可配置 EMA（kcc_lt_bw_ema_num / kcc_lt_bw_ema_den，默认 1/2 = 0.5）：

lt_bw = (bw_new × en + lt_bw × (ed − en)) / ed

激活同样不同：KCC 在首次有效间隔存储 lt_bw 但不设 lt_use_bw；需与先前间隔的一致性检验------减少测量噪声导致的错误激活。

双阈值拥塞门控 ：在设置 lt_use_bw = 1 之前，评估持久 EWMA 队列检查（qdelay_avg > kcc_ecn_qdelay_thresh_us_val）和基于 SRTT 的瞬时队列检查（srtt_us − min_rtt_us > kcc_lt_bw_inst_qdelay_thresh_us，默认 5000 µs）。检测到拥塞时，LT BW 采样被中止。SRTT 检查无需 ext 分配即可工作。

LT BW 探测增强（kcc_lt_bw_probe_pct，默认 10%）：PROBE_BW 所有相位中 pacing_gain 放大 1 + probe_pct/100。斜坡部分：+1% per 8 RTTs 持续增加，上限 2 × probe_pct。

LT BW 自动恢复（kcc_lt_restore_ratio_num/den，默认 5/4 = 1.25x）：max_bw > lt_bw × ratio 持续 kcc_lt_restore_consec_acks（默认 3）个连续 ACK 时自动退出 LT BW。

ACK 聚合置信度补偿（BBRplus 启发）

在传统双槽额外已确认估计器之上增加置信度门控二层架构。

四个正交因子 （各贡献 kcc_agg_factor_weight 分，默认 256）：

1. 卡尔曼已收敛（p_est < converged + sample_cnt >= min_samples）
2. 不在丢失恢复中（icsk_ca_state < TCP_CA_Recovery）
3. RTT 在 min_rtt_us + kcc_agg_factor3_qdelay_us（默认 2ms）以内
4. extra_acked 在窗口最大值的 kcc_agg_factor4_ratio_num/den（默认 1.5x）以内

四个状态 ：IDLE（< kcc_agg_thresh_suspected=256）、SUSPECTED（≥256）、CONFIRMED（≥512）、TRUSTED（≥768）。

信号层 （始终激活）：置信度线性插值 R 缩放因子 [r_min, r_max]。R 即时上升，按 kcc_agg_r_hysteresis%（默认保留 75%，~4 RTTs 恢复）每 RTT 迟滞衰退。

控制层 （agg_state ≥ CONFIRMED）：五层安全门控 cwnd 补偿。看门狗：连续 kcc_agg_max_comp_duration（默认 8）个 RTT 后 CONFIRMED 降级为 SUSPECTED。

排水 qdelay_avg 归零

DRAIN 转换时 qdelay_avg 归零，防止 STARTUP 队列估计影响 PROBE_BW。

TSO 除数自适应

kcc_min_tso_segs() 根据卡尔曼状态调整速率阈值除数：

• 卡尔曼已收敛 + jitter_ewma < 1000 µs：除数减半（8→4）
• jitter_ewma > 4000 µs：除数加倍（8→16）

发送速率与 Cwnd

发送速率

rate = bw × mss × pacing_gain >> BBR_SCALE      // gain 调整
rate = rate × USEC_PER_SEC >> BW_SCALE            // 转换为 bytes/s
rate = rate × margin_div / 100                    // pacing 余量（默认 1%，匹配 BBR）

速率立即应用（无平滑），匹配 BBR（Cardwell et al. 2016）。full_bw_reached 后：所有速率变化立即写入。STARTUP/DRAIN 中：仅应用增长（rate > sk_pacing_rate）。

Cwnd

target = BDP(bw, gain, ext)                       // 基础 BDP
// 在途数据边界（非 STARTUP：lo~hi 夹紧；STARTUP：仅 lo 下限）
target = quantization_budget(target)              // TSO 头部空间 + 偶数舍入 + 相位 0 奖金
target += ack_agg_bonus + agg_compensation        // ACK 聚合补偿

if full_bw_reached:
    cwnd = min(cwnd + acked, target)
else (STARTUP):
    cwnd = cwnd + acked

cwnd = max(cwnd, cwnd_min_target)                 // 绝对下限 4
PROBE_RTT 时：cwnd = min(cwnd, cwnd_min_target)   // 最小在途

模块参数

参数通过 /proc/sys/net/kcc/ 暴露。写入触发 kcc_init_module_params()（验证 + 夹紧 + 计算导数）。数组参数写入触发 kcc_rebuild_gain_table()。

PROBE_RTT 间隔

参数	默认	最小	最大	单位	描述
kcc_probe_rtt_base_sec	10	1	86400	s	基础 PROBE_RTT 间隔
kcc_probe_rtt_max_sec	15	1	86400	s	长 RTT 路径的上限
kcc_probe_rtt_dyn_max_sec	30	0	86400	s	动态最大间隔；0 禁用

增益

参数	默认	最小	最大	描述
kcc_cwnd_gain_num / kcc_cwnd_gain_den	2 / 1	0/1	100k	PROBE_BW 基线 cwnd 增益
kcc_extra_acked_gain_num / kcc_extra_acked_gain_den	1 / 1	0/1	100k/100k	ACK 聚合奖金乘数
kcc_high_gain_num / kcc_high_gain_den	2885 / 1000	0/1	100k	STARTUP 增益（≈2.885x）
kcc_drain_gain_num / kcc_drain_gain_den	347 / 1000	0/1	100k	DRAIN 增益（≈0.347x）
kcc_inflight_low_gain_num / kcc_inflight_low_gain_den	125 / 100	0/1	100k	在途下限（1.25x BDP）
kcc_inflight_high_gain_num / kcc_inflight_high_gain_den	200 / 100	0/1	100k	在途上限（2.0x BDP）
kcc_gain_num[i] / kcc_gain_den[i]	BBRv1 模式（256 槽）	0/1	---	每槽 pacing 增益
kcc_cycle_decay_mask[8]	0（全零）	0	0x7FFFFFFF	256 位衰减位图
kcc_probe_bw_up_limit	0	0	1	限制探测提升退出（0=关闭）

卡尔曼基础

参数	默认	最小	最大	描述
kcc_kalman_q	100	0	100k	基础过程噪声 Q
kcc_kalman_r	400	0	100k	基础测量噪声 R
kcc_kalman_p_est_max	1,000,000	1	100M	p_est 绝对上限
kcc_kalman_converged_p_est	500	1	1M	收敛阈值
kcc_kalman_p_est_init	1000	1	10M	初始 p_est
kcc_kalman_p_est_floor	10	1	100k	p_est 下限
kcc_kalman_scale	1024	64	1,048,576	定点缩放（2 的幂）
kcc_kalman_min_samples	5	3	20	接管前的最小样本数
kcc_kalman_outlier_ms	5	0	10000	ms
kcc_kalman_q_boost_mult	4	1	10000	Q-boost 乘数
kcc_kalman_q_boost_ms	1	0	5000	ms
kcc_kalman_qboost_cdwn	15	1	255	samples
kcc_kalman_q_max	2000	1	100k	Q 上限
kcc_kalman_q_scale_cap	20	1	10000	Q 缩放上限
kcc_kalman_max_consec_reject	25	1	1000	强制接受前最大连续拒绝
kcc_rtt_sample_max_us	500000	1	10M	µs
kcc_kalman_r_max_boost	8	1	1000	R 最大增强乘数
kcc_kalman_rtt_dyn_mult	2	1	100	RTT 动态上限乘数
kcc_kalman_q_rtt_div	1000	1	1M	Q 适应 RTT 除数
kcc_kalman_probe_band_mult	4	1	32	PROBE_RTT 过渡带乘数

卡尔曼额外（num/den 型）

参数	默认	范围	描述
kcc_kalman_outlier_jitter_mult_num/den	4 / 1	0-1000 / 1-100k	异常值抖动乘数
kcc_kalman_q_min_factor_num/den	10 / 1	0-1000 / 1-100k	Q 最小因子
kcc_kalman_p_est_init_rtt_div_num/den	10 / 1	1-100k / 1-100k	p_est 初始化 RTT 除数

BBR-S 噪声估计

参数	默认	范围	描述
kcc_kalman_noise_alpha_num/den	1 / 10	0-100 / 1-100k	Q 估计学习率
kcc_kalman_noise_beta_num/den	1 / 10	0-100 / 1-100k	R 估计学习率
kcc_kalman_noise_mode	1	0-2	组合模式（0=关，1=最大值，2=加权平均）
kcc_kalman_q_est_max	1,000,000,000	1-2B	Q 估计上限
kcc_kalman_r_est_max	1,000,000,000	1-2B	R 估计上限
kcc_kalman_q_est_floor / r_est_floor	1	1-100k	各估计下限

增益衰减（探测）

参数	默认	范围	单位	描述
kcc_qdelay_probe_thresh_us	5000	0-100k	µs	qdelay 衰减阈值
kcc_qdelay_probe_scale_us	20000	1-100k	µs	qdelay 衰减缩放
kcc_jitter_probe_thresh_us	4000	0-100k	µs	抖动衰减阈值
kcc_jitter_probe_scale_us	16000	1-100k	µs	抖动衰减缩放

自适应 R（抖动驱动）

参数	默认	范围	单位	描述
kcc_jitter_r_thresh_us	2000	0-100k	µs	R 增加的抖动阈值
kcc_jitter_r_scale	8000	1-100k	---	R 增加缩放除数

ECN

参数	默认	范围	描述
kcc_ecn_enable	1	0-1	ECN 主开关
kcc_ecn_backoff_num / kcc_ecn_backoff_den	20 / 100	0-100 / 1-100k	ECN 退避比例
kcc_ecn_qdelay_thresh_us	2000	0-100k	µs
kcc_ecn_ewma_retained / kcc_ecn_ewma_total	3 / 4	0-100 / 1-100k	ECN EWMA 权重
kcc_ecn_idle_decay_num / kcc_ecn_idle_decay_den	31 / 32	1-100k	空闲 ECN 衰减

min_rtt

参数	默认	范围	描述
kcc_minrtt_fast_fall_cnt	3	0-3	快速下降计数
kcc_minrtt_fast_fall_div	4	1-256	快速下降阈值除数
kcc_minrtt_sticky_num / kcc_minrtt_sticky_den	75 / 100	0-1000 / 1-100k	粘性下降比例
kcc_minrtt_srtt_guard_num / kcc_minrtt_srtt_guard_den	90 / 100	0-1000 / 1-100k	SRTT 守卫比例

LT 带宽

参数	默认	范围	描述
kcc_lt_intvl_min_rtts	4	1-127	RTTs
kcc_lt_intvl_max_mult	4	1-32	间隔超时乘数
kcc_lt_loss_thresh	15	1-65535	BBR_UNIT
kcc_lt_bw_ratio_num / kcc_lt_bw_ratio_den	1 / 8	0-100k / 1-100k	相对容差
kcc_lt_bw_diff	500	0-100k	bytes/s
kcc_lt_bw_max_rtts	48	1-4094	RTTs
kcc_lt_bw_ema_num / kcc_lt_bw_ema_den	1 / 2	0-100 / 1-100k	LT BW EMA 权重
kcc_lt_bw_probe_pct	10	0-100	%

LT 自动恢复

参数	默认	范围	描述
kcc_lt_restore_ratio_num / kcc_lt_restore_ratio_den	5 / 4	0-100k / 1-100k	恢复触发比例
kcc_lt_restore_consec_acks	3	1-31	恢复触发连续 ACK 数

ACK 聚合置信度

参数	默认	范围	描述
kcc_agg_enable	1	0-1	主开关
kcc_agg_confidence_thresh	512	0-10000	cwnd 补偿置信度门限
kcc_agg_max_comp_ratio	75	0-100	% of BDP
kcc_agg_max_comp_duration	8	1-128	RTTs
kcc_agg_r_hysteresis	75	0-100	%
kcc_agg_r_multiplier_min / kcc_agg_r_multiplier_max	256 / 2048	1-10000	R 缩放范围（256=1x）
kcc_agg_factor3_qdelay_us	2000	0-100k	µs
kcc_agg_factor4_ratio_num / kcc_agg_factor4_ratio_den	3 / 2	1-100k	因子 4 比例
kcc_agg_safety_qdelay_us	4000	0-100k	µs
kcc_agg_safety_bdp_mult	3	1-100	安全守卫 BDP 乘数
kcc_agg_max_window_ms	100	1-10000	ms
kcc_agg_max_decay_pct	75	0-100	%
kcc_agg_window_rotation_rtts	5	1-65535	RTTs
kcc_agg_factor_weight	256	1-1024	每因子评分
kcc_agg_confidence_max	1024	256-65535	置信度最大值

EWMA 系数

参数	默认	范围	描述
kcc_ewma_qdelay_num / kcc_ewma_qdelay_den	7 / 8	0-100 / 1-100k	qdelay EWMA 权重
kcc_ewma_jitter_num / kcc_ewma_jitter_den	7 / 8	0-100 / 1-100k	抖动 EWMA 权重

杂项

参数	默认	范围	描述
kcc_probe_bw_cycle_len	8	2-256	PROBE_BW 循环相位（2 的幂）
kcc_probe_bw_cycle_rand	8	1-cycle_len	循环相位随机偏移
kcc_full_bw_thresh_num / kcc_full_bw_thresh_den	125 / 100	0-100k / 1-100k	STARTUP 退出增长阈值
kcc_full_bw_cnt	3	1-3	退出所需的非增长轮数
kcc_probe_rtt_mode_ms_num / kcc_probe_rtt_mode_ms_den	200 / 1	1-100k	PROBE_RTT 驻留时长
kcc_pacing_margin_num / kcc_pacing_margin_den	1 / 100	0-50 / 1-100k	步调余量 (1% = 与 BBR 一致)
kcc_probe_cwnd_bonus	2	0-100	segs
kcc_bw_rt_cycle_len	10	2-256	轮次
kcc_cwnd_min_target	4	1-1000	segs
kcc_bdp_min_rtt_us	1	0-100k	µs
kcc_edt_near_now_ns	1000	0-10M	ns
kcc_min_tso_rate	1,200,000	1-1B	bytes/s
kcc_min_tso_rate_div	8	1-256	TSO 速率除数（自适应基值）
kcc_tso_max_segs	127	1-65535	segs
kcc_tso_segs_low	1	1-65535	segs
kcc_tso_segs_default	2	1-65535	segs
kcc_tso_headroom_mult	3	0-1000	TSO 头部空间乘数
kcc_sndbuf_expand_factor	3	2-100	发送缓冲区扩展因子
kcc_ack_epoch_max	0xFFFFF	64K-2G	bytes
kcc_extra_acked_max_ms_num / kcc_extra_acked_max_ms_den	150 / 1	0-100k / 1-100k	最大 ACK 聚合窗口
kcc_probe_rtt_decouple	1	0-1	PROBE_RTT 解耦（仅 FILTER 模式）：抑制 4 包排放
kcc_rtt_mode	1	0-1	模型 RTT 策略：1=FILTER（卡尔曼直接），0=MIN（钳制）
kcc_recal_p_est_thresh	250,000	1-100M	安全网重校准的卡尔曼 p_est 阈值
kcc_probe_rtt_long_rtt_us	20000	0-10M	µs
kcc_probe_rtt_long_interval_div	1	1-1000	长 RTT 间隔除数
kcc_drain_skip_qdelay_us	1000	0-100k	µs
kcc_alone_confirm_rounds	3	1-32	轮次
kcc_alone_qdelay_thresh_us	1000	0-100k	µs
kcc_alone_jitter_thresh_us	2000	0-100k	µs
kcc_alone_agg_state_level	1	0-2	---
kcc_alone_bypass_ecn	1	0-1	---
kcc_alone_bypass_lt_bw	1	0-1	---

数据路径

ACK 到达 (rate_sample)
    │
    ▼
kcc_main()
    │
    ├──► ACK 聚合置信度管线（kcc_agg_enable 时激活）
    │      测量 → 评估 → 状态映射 → 看门狗
    │
    ├──► kcc_update_model()
    │      ├── kcc_update_bw()              滑动窗口最大带宽
    │      ├── kcc_update_ecn_ewma()        ECN-CE 标记率
    │      ├── kcc_update_ack_aggregation()  双窗口额外已确认
    │      ├── kcc_update_cycle_phase()      PROBE_BW 阶段推进
    │      ├── kcc_check_full_bw_reached()   STARTUP 退出检测
    │      ├── kcc_check_drain()             DRAIN 进入/退出 + 跳过
    │      ├── kcc_update_min_rtt()          卡尔曼 + 窗口 min-RTT + PROBE_RTT
    │      └── 按模式分配增益
    │
    ├──► kcc_apply_cwnd_constraints()
    │      └── kcc_ecn_backoff()            ECN 退避（仅 cwnd_gain）
    │
    ├──► kcc_set_pacing_rate()              即时应用，BBR 规则
    │
    └──► kcc_set_cwnd()                     BDP + 边界 + 聚合补偿

卡尔曼滤波器内部流程

RTT 样本 (rtt_us)
    │
    ├── 无效（≥0 且 < dynamic_max）? 否 → 丢弃
    │
    ├── 冷启动（sample_cnt==0）? 是 → 初始化：x_est=z, p_est=max(p_init, rtt_us/div)
    │                                           （绕过 RTT 上限门）
    │
    ├── 自适应 Q：Q_base × max(q_min_factor, min_rtt_us / q_rtt_div)
    │   自适应 R：R_base + max(0, jitter − jr_thresh) × R_base / jr_scale
    │
    ├── 创新值 innov = z − x_est
    │
    ├── Q-Boost: |innov| > boost_thresh && p_est ≤ converged && 冷却到期？
    │   ├── 是: p_est = p_est_init, 冷却 = 15, 标记 qboost_fired
    │   └── 否:  冷却-- 如果激活中
    │
    ├── 预测: p_pred = p_est + Q
    │
    ├── 异常值门控: |innov| > dyn_thresh && p_pred ≤ converged?
    │   ├── 是且拒绝计数 < max → 拒绝，++consec_reject_cnt，返回
    │   └── 是且拒绝计数 ≥ max → 强制接受（防锁定）
    │
    └── 卡尔曼更新:
         ├── K = p_pred / (p_pred + R)
         ├── x_est += K × innov（截断至非负并下限）
         ├── p_est = max(p_floor, (1 − K) × p_pred)
         ├── 抖动 EWMA 更新
         ├── qdelay EWMA 更新
         ├── BBR-S 协方差匹配噪声估计
         └── sample_cnt++

诊断

与 BBR 兼容的诊断接口通过 ss -i（INET_DIAG_BBRINFO）报告：

bbr_bw_lo/bbr_bw_hi: 64 位带宽估计（bytes/s）
bbr_min_rtt:         当前 min_rtt_us
bbr_pacing_gain:     当前 pacing 增益（BBR_UNIT，256=1.0x）
bbr_cwnd_gain:       当前 cwnd 增益（BBR_UNIT）

使用方式

# 编译内核模块
make

# 开发加载（insmod，不解析依赖）
sudo make load

# 安装并正式加载（modprobe）
sudo make install
sudo make modload

# 卸载
sudo make unload

# 选择 KCC 算法
echo KCC > /proc/sys/net/ipv4/tcp_congestion_control

参数配置通过 /proc/sys/net/kcc/ 完成。例如：

# 在特定的 PROBE_BW 相位上启用增益衰减
echo 1 > /proc/sys/net/kcc/kcc_cycle_decay_mask

# 调整 ECN 回退灵敏度
echo 30 > /proc/sys/net/kcc/kcc_ecn_backoff_num

并发与安全模型

KCC 刻意不对自身数据结构使用 READ_ONCE/WRITE_ONCE 或 RCU。此设计与 BBR、CUBIC 等所有内核内建 CC 模块一致。

kcc_init() 在进程上下文（socket 创建期间）执行，早于 socket 暴露给任何 softirq。kcc_release() 在内核保证无 softirq 仍在处理此 socket 的 ACK 后执行。全局模块参数的短暂陈旧值最多影响一个 ACK，下个 ACK 即修正。

唯一例外：sk->sk_pacing_rate / sk->sk_pacing_shift 为 socket 层字段，用户空间可通过 setsockopt 同时修改，故保留 BBR 的 WRITE_ONCE/READ_ONCE 惯例。

性能总结

测试环境：中国 → 美西 LAX，212ms RTT，8 并行流，26% 丢包率，1 Gbps 共享 VPS 瓶颈。

指标	KCC v1.0	BBR (对照组)	差距
平均吞吐量	1,010 Mbps	937 Mbps	+7.8%
KCC 内部不公平度	3.1×	6.2× (BBR)	−50%
最差单流	60.6 Mbps	30.8 Mbps	+97%
重传次数	150K/10s	137K/10s	+9.5%
第三轮稳定性	959 Mbps	883 Mbps	+8.6%

重传略高 ------ 这是在高丢包路径上维持高链路利用率的取舍。KCC 的卡尔曼增强 min_rtt 估计提供了更准确的 BDP 基线，使算法能够在相同路径上实现比 BBRv1 更高的吞吐量。

---

Global Kalman BDP --- 跨连接带宽注入

KCC v1.0 包含一个可选的跨连接全局卡尔曼滤波器，用于估计服务器的稳态瓶颈带宽。该估计值用于以保守的低"甜点速度"启动新连接 --- 快到可以跳过冷启动爬升，慢到可以避免超调。

设计原理

滤波器从所有 KCC 连接的 PROBE_BW 巡航阶段（增益 = 1.0×）获取带宽样本。巡航阶段的样本是真实可用带宽的最干净信号 --- 没有 1.25× 探测超调，没有 0.75× 排放欠调。一维随机游走卡尔曼滤波器（Kalman 1960）跟踪全局稳态。

当新连接建立时，滤波器的估计值用于初始化：

注入值	目的
minmax（max_bw 追踪器）	初始化滑动窗口带宽历史，避免前几个脏 ACK 样本将其拖到零
sk_pacing_rate	在中性增益（BBR_UNIT）下的初始 pacing 速率；STARTUP 的 2.89× 增益在首次 ACK 时应用
tp->snd_cwnd	通过 kcc_bdp() 在中性增益下计算的初始拥塞窗口

kcc_update_bw 中的防御性下限可防止 STARTUP 期间前几个 RTT 的低交付速率样本覆盖注入的估计值。kcc_check_full_bw_reached 中的全带宽保护可防止 iperf3 控制消息交换过早终止 STARTUP。

甜点速度折扣比

有效注入速度为：

coeff = (discount_ratio) / high_gain
      = (num / den) / 2.89

其中 high_gain ≈ 2.89 是 BBR STARTUP pacing 乘数。

num	coeff	特征
35	12.1%	最大安全性，最差路径
50	17.3%	中轴（默认）
75	25.9%	数学甜点最优值
80	27.6%	数学速率上限（不应超过）

注意： tcp_write_xmit 为每个新连接强制设置初始 CWND 为 TCP_INIT_CWND（10 段，约 15 KB）。CWND 仅在远端 ACK 到达时增长，因此甜点速度是 pacing 速率的上限 --- 实际吞吐量受 CWND 限制，直到收到足够的 ACK 来打开窗口。

配置

通过 sysctl 启用：

sysctl -w net.kcc.kcc_kf_enable=1           # master enable (default 0)
sysctl -w net.kcc.kcc_kf_discount_num=50   # dessert-speed numerator (default 50, range 35--75)

关键 sysctl 参数 (/proc/sys/net/kcc/)：

参数	默认值	范围	说明
kcc_kf_enable	0	0--1	全局卡尔曼 BDP 注入主开关
kcc_kf_discount_num	50	0--100	甜点速度分子（公平份额带宽百分比）
kcc_kf_discount_den	100	1--100000	甜点速度分母
kcc_kf_startup_r_pct	20	1--100	启动阶段的测量噪声 R%
kcc_kf_steady_r_pct	5	1--100	稳态阶段的测量噪声 R%
kcc_kf_q_shift	20	0--30	过程噪声移位（Q = 1 << shift）
kcc_kf_chi2_num	384	1--100000	卡方异常值门控分子
kcc_kf_chi2_den	100	1--100000	卡方异常值门控分母

首秒性能（跨太平洋，212 ms RTT）

无 KF：  2.8 Mbps  →  85 Mbps  →  622 Mbps  →  稳态
有 KF：  50 Mbps   →  530 Mbps  →  650 Mbps  →  稳态

首秒速度从约 3 Mbps（冷启动）跃升至约 50 Mbps（甜点启动），并在 2--3 秒内达到稳态收敛。整个过程重传次数保持为零。

工作原理

1. 运行中的 KCC 连接进入 PROBE_BW 巡航阶段 → 轮次起始边界 → 将当前交付速率样本送入 kcc_kf_update(bw, 5%)。
2. 卡尔曼滤波器更新其估计值 kcc_kf_x（稳态瓶颈带宽的移动平均）。
3. 当新 连接打开时，kcc_init 调用 kcc_kf_get_init_bw(sk)，它返回 fair × discount / high_gain --- 一个经增益补偿的公平份额初始带宽估计值。
4. 该估计值初始化 sk_pacing_rate、tp->snd_cwnd 和 minmax 带宽跟踪器 --- 连接以甜点速度开始，而非从零开始。

算法来源

论 Linux 内核态全局稳态带宽的卡尔曼估计与工程实现（CC BY-SA 4.0）：

https://blog.csdn.net/liulilittle/article/details/161635652

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KCC v1.0 --- 基于 BBRv1（Cardwell et al. 2016, ACM Queue）和卡尔曼滤波器（Kalman 1960）构建。

参考文献

Tag	Citation / Link
BBR	Cardwell et al., "BBR: Congestion-Based Congestion Control", ACM Queue, Vol. 14 No. 5, 2016 --- https://dl.acm.org/doi/10.1145/3009824
BBR-S	"BBR-S: A Low-Latency BBR Modification for Fast-Varying Connections", 2021 --- https://ieeexplore.ieee.org/document/9438951
RBBR	"RBBR: A Receiver-Driven BBR in QUIC for Low-Latency in Cellular Networks", 2022 --- https://ieeexplore.ieee.org/document/9703289
ERCC	"ERCC: Fine-grained RDMA Congestion Control via Kalman Filter-based Multi-bit ECN Feedback Reconstruction", 2025 --- https://dl.acm.org/doi/10.1145/3769270.3770124
Linux BBR	Linux kernel BBR reference --- https://github.com/torvalds/linux/blob/master/net/ipv4/tcp_bbr.c
Google BBR	BBR project page --- https://github.com/google/bbr
BBRplus	"BBRplus: Adaptive Cycle Randomization, Drain-to-Target, and ACK Aggregation Compensation for BBR Convergence and Stall Prevention" --- https://blog.csdn.net/dog250/article/details/80629551
IETF 101	"BBR Congestion Control Work at Google IETF 101 Update" --- https://datatracker.ietf.org/meeting/101/materials/slides-101-iccrg-an-update-on-bbr-work-at-google-00