[发明专利]一种高速网络的稳定拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及无线传输和进化理论。

背景技术

随着高速网络的出现，网络拥塞问题也日益严重，传统TCP拥塞控制算法中的AIMD(Additive Increase Multiplicative Delete)机制使得拥塞窗口增加太慢而又减少太慢，不仅会最终导致队列溢出，还会使往返时间较长的数据流收到不公平的待遇，从而降低了网络利用率。随着对拥塞控制算法研究地不断深入，高带宽时延乘积网络的拥塞控制研究已经引起了越来越多国内外学者的关注。

高速网络拥塞现象指的是在分组交换网络中，当需要传送的分组数目太多时，由于存储转发节点的资源有限而导致网络传输性能下降的情况。当网络中发生拥塞时，会出现数据丢失，时延增大，网络吞吐量下降，严重时会导致“拥塞崩溃现象。拥塞崩溃主要包括以下几种情况：传统的崩溃、未传送数据包导致的崩溃、由于数据包分段造成的崩溃、日益增长的控制信息流造成的崩溃等。一般来说，网络拥塞发生在网络负载增加导致网络效率降低的时候。网络产生拥塞的根本原因在于用户提供给网络的负载大于网络的资源容量和处理能力(overload)，其典型表现就是数据包时延增加，丢包概率增大，上层应用系统性能显著下降等。因此网络拥塞是一种持续的网络超负荷状态。

为了更高效率地利用网络带宽，提高吞吐量，现有的高速网络拥塞控制机制如图1所示。近年来国内外学者一直都在研究适合于高速网络的TCP拥塞控制算法，已经研究出来的成果包括HSTCP、STCP、FAST、TCP、BIC TCP、CUBIC TCP等。

评价拥塞控制的方法是否有效，需要一定的评价指标。拥塞控制算法的性能评价标准需要分别从用户和网络的角度来分析。用户希望数据包能尽快的发送出去，用户之间能公平的竞争网络资源，获取相同的带宽，在用户之间保持公平性；而对于网络而言，希望能及时的检测到拥塞，网络资源的利用率尽可能的达到100％。现有高速网络拥塞控制的问题主要集中在效率性、公平性、友好性、稳定性，为解决上述问题，需设计高效稳定的高速网络拥塞控制机制。

因此，有必要设计一种针对高速网络特点设计一种拥塞控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决高速网络的稳定拥塞控制问题。

本发明为解决上述技术问题提供一种高速网络的稳定拥塞控制方法，其特征在于：

A、设置高速网络的拥塞窗口变化机制和拥塞窗口的动态变化规则以及队列长度变化规则； 

B、使用遗传算法获得高速网络拥塞窗口大小的优化值并设计拥塞控制器；

C、在提高链路利用率和减小腿抖动条件下的进行参数                                                ，和设置，然后在提高网络吞吐量和减小腿抖动条件下的进行参数，和的设置; 

D、在提高链路利用率和网络吞吐量条件下的参数，和的设置。

所述步骤A中，设置高速网络的拥塞窗口变化机制。在慢启动阶段的拥塞窗口变化机制为，在拥塞避免阶段拥塞窗口变化机制为，其中，。

所述步骤A中，设置拥塞窗口的动态变化规则和队列长度变化规则。拥塞窗口的动态变化规则为，队列长度变化规则为，其中为高速网络拥塞窗口大小的优化值，为RTT时间，为队列长度，为UDP业务流在传输过程中收到的噪声干扰，为拥塞窗口的增大系数，为拥塞窗口的减小系数，为链路容量，为传播时延，为高速网络的接口数目，为丢包率，总的流程图如图2所示，微观流程图如图3所示。

所述步骤B中，使用遗传算法获得高速网络拥塞窗口大小的最优值。其子步骤为：a.随机生成初始化种群；b.对每个父代染色体进行解码，并对编码后的父代染色体进行评估；c.使用轮询方式获得子代染色体对；d.对获得的子代染色体对进行交叉处理；e.对所有子代染色体进行解码，并进行变异处理；f.对每个子代染色体进行评估；g.形成新一代染色体种群；h.判断是否终止染色体检验，若停止检验，则获得最优解，若继续检验，则返回至子步骤c，如图4所示。

所述步骤B中，进行拥塞控制器设计。令拥塞控制器的状态方程为

，

，，其中为状态矢量，为在丢包率为下的输入控制信号，为在进行UDP数据包传输时的外部噪声，为高速网络系统的参考输入，通过测量得到的高速网络系统输出值，，，和为系统的平衡点，为使拥塞控制器稳定，需设置相应的参数，，，，，。控制器的转移函数为。