KCC：在 BBR 思路上的一次探索

0. 算法与状态机

拥塞控制算法的身份由状态机界定。Tahoe/Reno、CUBIC、BBR 各有其独特的状态机。KCC 与 BBR 的关系类似 CUBIC 与 BIC------保留外层框架，替换/增加核心部件，形成独立算法。

KCC 保留 BBR 的四状态命名（STARTUP/DRAIN/PROBE_BW/PROBE_RTT），但做了两处关键改动：

用卡尔曼滤波器替代滑动窗口 min_rtt 估计；
新增 ACK 聚合置信度状态机（四状态：IDLE→SUSPECTED→CONFIRMED→TRUSTED）。

同时，DRAIN 和 PROBE_RTT 从必须执行 变为按需执行，由内层状态机驱动。

作者对 BBR 的开创性贡献保持敬意，KCC 仅是在其基础上的可行性探索。

1. BBR 状态机回顾

#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p p{margin:0;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p defs #statediagram-barbEnd{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p g.stateGroup text{fill:#9370DB;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p g.stateGroup text{fill:#333;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p g.stateGroup .state-title{font-weight:bolder;fill:#131300;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p g.stateGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p g.stateGroup line{stroke:#333333;stroke-width:1;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .transition{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .stateGroup .composit{fill:white;border-bottom:1px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .stateGroup .alt-composit{fill:#e0e0e0;border-bottom:1px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .state-note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .state-note text{fill:black;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .stateLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .edgeLabel .label text{fill:#333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .label div .edgeLabel{color:#333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .stateLabel text{fill:#131300;font-size:10px;font-weight:bold;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .node circle.state-start{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .node .fork-join{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .node circle.state-end{fill:#9370DB;stroke:white;stroke-width:1.5;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .end-state-inner{fill:white;stroke-width:1.5;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .node rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .node polygon{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p #statediagram-barbEnd{fill:#333333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-cluster rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .cluster-label,#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .nodeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-cluster rect.outer{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-state .divider{stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-state .title-state{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-cluster.statediagram-cluster .inner{fill:white;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-cluster.statediagram-cluster-alt .inner{fill:#f0f0f0;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-cluster .inner{rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-state rect.basic{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-state rect.divider{stroke-dasharray:10,10;fill:#f0f0f0;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .note-edge{stroke-dasharray:5;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-note text{fill:black;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram-note .nodeLabel{color:black;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagram .edgeLabel{color:red;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p #dependencyStart,#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p #dependencyEnd{fill:#333333;stroke:#333333;stroke-width:1;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p .statediagramTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-VpFIiN6y8UfxyT3p :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} full_bw_reached
inflight ≤ BDP
10s无min_rtt更新
200ms后
STARTUP
DRAIN
PROBE_BW
PROBE_RTT

DRAIN 和 PROBE_RTT 必须执行（因为滑动窗口 min_rtt 需要排空才能得到真实值）

2. KCC 的两处改动

2.1 卡尔曼滤波器替代滑动窗口 min_rtt

建模： x k = x k − 1 + w k , w k ∼ N ( 0 , Q ) x_k = x_{k-1} + w_k,\; w_k\sim N(0,Q) xk=xk−1+wk,wk∼N(0,Q)； z k = x k + v k , v k ∼ N ( 0 , R ) z_k = x_k + v_k,\; v_k\sim N(0,R) zk=xk+vk,vk∼N(0,R)

x x x：真实传播延迟， z z z：观测 RTT。

关键内部变量 ：x_est, p_est(协方差), sample_cnt, jitter_ewma, qdelay_avg, qboost_cdwn, consec_reject_cnt。

预测-更新：

c 复制代码

// 预测-更新迭代
p_est = p_est + Q;
K = p_est / (p_est + R_dynamic);
x_est = x_est + K * (rtt_sample - x_est);
p_est = (1 - K) * p_est;

增益 K K K 的物理含义 ： R d y n a m i c R_{dynamic} Rdynamic 放大 → K → 0 K\to0 K→0 → 忽略被污染的 RTT 样本。

卡尔曼自身状态机：
#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 p{margin:0;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 defs #statediagram-barbEnd{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 g.stateGroup text{fill:#9370DB;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 g.stateGroup text{fill:#333;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 g.stateGroup .state-title{font-weight:bolder;fill:#131300;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 g.stateGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 g.stateGroup line{stroke:#333333;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .transition{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .stateGroup .composit{fill:white;border-bottom:1px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .stateGroup .alt-composit{fill:#e0e0e0;border-bottom:1px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .state-note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .state-note text{fill:black;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .stateLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .edgeLabel .label text{fill:#333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .label div .edgeLabel{color:#333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .stateLabel text{fill:#131300;font-size:10px;font-weight:bold;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .node circle.state-start{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .node .fork-join{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .node circle.state-end{fill:#9370DB;stroke:white;stroke-width:1.5;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .end-state-inner{fill:white;stroke-width:1.5;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .node rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .node polygon{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 #statediagram-barbEnd{fill:#333333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-cluster rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .cluster-label,#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .nodeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-cluster rect.outer{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-state .divider{stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-state .title-state{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-cluster.statediagram-cluster .inner{fill:white;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-cluster.statediagram-cluster-alt .inner{fill:#f0f0f0;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-cluster .inner{rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-state rect.basic{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-state rect.divider{stroke-dasharray:10,10;fill:#f0f0f0;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .note-edge{stroke-dasharray:5;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-note text{fill:black;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram-note .nodeLabel{color:black;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagram .edgeLabel{color:red;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 #dependencyStart,#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 #dependencyEnd{fill:#333333;stroke:#333333;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 .statediagramTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-OpF0k73AhgnzvYr7 :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 首RTT
p_est < 500
|rtt_sample - x_est| > 4ms && cdwn==0
重置p_est, cdwn=15
p_est > 250000
触发PROBE_RTT安全网
ColdStart
CatchUp
Converged
QBoost
Diverged

Converged 时通知外层：可跳过 DRAIN、抑制 PROBE_RTT。
连续异常拒绝超过 25 次强制接受，防止滤波器锁定。

2.2 ACK 聚合置信度状态机

BBR 无条件加 extra_acked。KCC 用四状态评估信号可靠性：

c 复制代码

enum kcc_agg_state {
    KCC_AGG_STATE_IDLE,       // 总分 < 256
    KCC_AGG_STATE_SUSPECTED,  // >=256
    KCC_AGG_STATE_CONFIRMED,  // >=512
    KCC_AGG_STATE_TRUSTED,    // >=768
};

评分四因子（每因子 256 分，总分 1024）：

卡尔曼收敛（p_est<500 && sample_cnt≥5）
不在丢包恢复中
排队延迟低（RTT ≤ min_rtt + 2ms）
extra_acked 稳定（≤ 窗口最大值的 1.5 倍）

行为：

IDLE/SUSPECTED：不补偿 cwnd
CONFIRMED/TRUSTED：补偿 cwnd，且动态放大卡尔曼 R R R（最大 8 倍）
补偿持续超过 8 RTT → 降级到 SUSPECTED
R R R 缩放系数向基线平滑回归：每轮 RTT 只衰减超出基线部分的 25%（即保留超出部分的 75%），约 4 轮回到基线

2.3 DRAIN 和 PROBE_RTT 变为按需

DRAIN ：卡尔曼收敛且 qdelay_avg < 1ms → 跳过 DRAIN（转为额外 cruise）
PROBE_RTT ：卡尔曼健康（p_est ≤ 250000）→ 完全抑制；仅发散时触发一次作为安全网

3. BBR vs KCC 对比

特性	BBR	KCC
RTT 估计器	滑动窗口最小值（无状态）	卡尔曼滤波（有状态，输出置信度）
额外状态机	无	ACK 聚合置信度四状态
DRAIN 必须	是	否（条件跳过）
PROBE_RTT 必须	是（固定10s）	健康时抑制，发散时按需
路径变化检测	依赖 PROBE_RTT（~10s）	Q-Boost（几个RTT）
ACK 聚合补偿	无条件加 cwnd	置信度门控 + 动态缩放 R
异常值处理	无	动态阈值 + 连续拒绝保护
R 平滑回归	无	每轮向基线回归 25% 的差距

4. 定位

KCC 与 BBR 的关系，类似 CUBIC 与 BIC：继承外层框架，替换核心估计器，形成独立算法。因此可称为 K‑BBR 或 BBR‑K。

在模型驱动这一纯粹路线上，KCC 延续了 BBR 的思想------用带宽和延迟直接驱动，而非堆砌规则。它与 Google BBRv2 的路线不同：后者引入大量硬性阈值（ECN、丢包率等），走向规则堆砌；KCC 则坚持用现代控制论（卡尔曼滤波、置信度评估）升级估计工具，保持模型的简洁与可解释性。

这是一种理想方向的探索，并不声称拥有 "BBR‑2" 的命名权。

GitHub : TCP KCC