[发明专利]基于小波神经网络的拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络工程技术领域的控制方法，特别是一种基于小波神经 网络的拥塞控制方法。

背景技术

网络拥塞主要是由于网络资源无法满足用户需求所致，拥塞的发生会导致 严重的后果，如：数据包丢失，数据传输延时增大，链路利用率下降，严重时会 导致网络崩溃。所以，必须在通信网络中引入相应的拥塞控制方法。因特网拥塞 控制的最初的形式就是TCP协议中的流量控制方法，该方法应用于终端系统(如： 主机)，以数据包丢失作为拥塞信号，通过减少拥塞窗口来降低数据源端的发送 速率，从而缓解拥塞。但是，近年来的研究表明，终端系统在流量管理中所发挥 的作用终究有限，对降低各传输延迟和丢包率基本无能为力。

为了解决上述技术问题，提出了AQM的路由器队列控制方法，并建议在中 间节点部署，作为端到端拥塞控制的一种增强手段。AQM的技术目标是：降低路 由器中排队延时，减小延时抖动，保证较高的数据吞吐量，同时能够具有良好的 适应性和鲁棒性。但是研究人员对其提出了存在很多严重的缺陷，主要有参数配 置困难，受网络负载变化影响很大，路由器队列长度抖动大，适应性、鲁棒性差 等问题。随后，研究者在RED方法的基础上，提出了RED的改进方法，主要有 Gentle-RED(温和RED)、Adaptive-RED(自适应RED)、SRED(稳定RED)以及 self-configuration RED(自整定RED)等。遗憾的是，上述这些RED的改进方法 均是基于启发式规则设计而来的。由于缺少系统的设计方法，它们自身仍然存在 参数配置困难的问题，同时无法适应网络环境的变化，鲁棒性较差。

随后，又开发了一些新的AQM方法，较有影响的是BLUE、AVQ、GREEN、PI (比例积分控制)、PID(比例积分微分控制)等。其中，BLUE、AVQ、GREEN仍 然采用启发式的设计规则，不可避免地存在参数配置困难，适应性和鲁棒性较差 等诸多问题。具体地，AVQ和GREEN经常出现路由器队列排空现象，导致链路利 用率下降；而BLUE的队列抖动很大，常出现队列溢出的现象，增大了数据传输 延时，造成强制性的数据包丢失，严重降低了网络性能。PI和PID是基于网络 数据流量模型设计而来的，虽然克服了RED的一些缺陷，但其自身问题也是很明 显的，主要有：队列的响应缓慢，容易出现超调，严重时甚至造成队列的溢出或 排空；另外，在这两个方法的设计过程中，将因特网的流量特性视为一个线性系 统，所以这个设计本身就有很大的缺陷，这也是它们环境适应性和鲁棒性差的原 因所在。

经对现有技术文献的检索，尚未发现与本发明主题相关的技术文献的报道。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供了一种基于小波神经网络的拥 塞控制方法。本发明在路由器中建立一个拥塞控制器，通过检测路由器的队列长 度误差及其变化率，并将它们输入到小波神经网络中，计算输出数据包标记概率， 进而对数据包进行标记处理，实现拥塞控制。本发明非常适用于瞬息万变的动态 网络，具有很强的适应性和鲁棒性，能够有效降低数据报文丢失率，减小队列延 时和延时抖动，同时保证良好的链路利用率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

步骤一，在路由器上建立一个用于用线网络的基于小波神经网络的控制器， 并且支持TCP/IP协议和显示拥塞通知技术，同时具有队列控制功能。

首先，该路由器用于有线网络(区别于无线网络)，不论局域网或是广域网； 其次，路由器必须支持当前因特网广泛使用的TCP/IP协议；再次，必须支持路 由器队列控制机制，也就是路由器中含有实现队列控制功能的软件。最后，支持 显式拥塞通告方法(ECN)。对于路由器的其他技术性能和指标，诸如接口功能， 包交换能力，路由协议以及安全功能都没有特别的限制和要求。

至于拥塞程度如何检测，即如何根据路由器中的队列长度来计算标记概率， 则由本发明中的小波神经网络控制器完成。该控制器由一个具有三层结构的小波 神经网络来实现，有两个输入，一个输出。具体地，三层结构分别指输入层，隐 层和输出层。输入层有两个计算节点，隐层含有三个计算节点，输入层有一个计 算节点。

小波神经网络控制器的设计，包含以下步骤：

(1.1)初始化控制器中的以下变量。

u₁和u₂分别为控制器的输入；