[发明专利]基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法及系统

说明书

本发明提供一种基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法及系统。该方法包括：步骤1：收集当前时刻及其前n‑1个历史时刻的排队时延，根据所述当前时刻及其前n‑1个历史时刻的排队时延构建灰色预测模型以预测下一时刻的排队时延；步骤2：根据预测的所述下一时刻的排队时延计算路径拥塞度；步骤3：计算当前时间段内及其前一时间段内的网络负载均值，基于相邻两段时间内的网络负载均值得到路径拥塞趋势；步骤4：根据所述路径拥塞度和所述路径拥塞趋势评估路径拥塞等级，基于所述路径拥塞等级对应调整下一时刻路径的拥塞窗口。本发明可以提前感知路径拥塞状况，对路径拥塞窗口进行及时调整，从而可以避免拥塞窗口大幅度变化，提高网络吞吐量，及时避免网络拥塞。

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法及系统。

背景技术

MPTCP每个路径都有自己独立的拥塞窗口，根据接收的ACK或丢包，来控制拥塞窗口的增加或减少，同时MPTCP将所有路径的拥塞窗口进行耦合，使拥塞程度较高路径上的数据能够转移到拥塞程度较低路径上继续传输，实现负载均衡，提高网络资源利用率。

目前包括Uncoupled TCP，Coupled和LIA在内的绝大多数MPTCP拥塞控制算法，都属于基于丢包反馈的拥塞控制算法，这类算法将数据包丢失都判定为网络发生了拥塞。然而，在移动网络环境中，数据包丢失通常是由于链路传输错误或移动链路切换而不是网络拥塞。在移动无线网络中使用基于丢包反馈的拥塞控制算法，会简单地将所有丢包都认为是网络拥塞引起的，进而减小拥塞窗口，降低发送速率，造成吞吐量不必要降低，影响网络性能。除因非拥塞丢包造成吞吐量不必要降低外，该类算法被动地等待重复确认消息来确认链路拥塞，对于链路拥塞反应不及时，无法有效避免网络拥塞。

发明内容

为解决传统基于丢包的MPTCP拥塞控制算法在移动网络环境中因非拥塞丢包减小拥塞窗口，造成吞吐量不必要下降，以及传统拥塞控制算法被动地等待重复确认消息来确认链路拥塞，无法及时避免拥塞等问题，本发明提供一种基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法。

一方面，本发明提供一种基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法，包括：

步骤1：收集当前时刻及其前n-1个历史时刻的排队时延，根据所述当前时刻及其前n-1个历史时刻的排队时延构建灰色预测模型以预测下一时刻的排队时延，所述排队时延是指数据包在路径缓存区发送队列中等待处理的时间；

步骤2：根据预测的所述下一时刻的排队时延计算路径拥塞度；

步骤3：计算当前时间段内及其前一时间段内的网络负载均值，基于相邻两段时间内的网络负载均值得到路径拥塞趋势；

步骤4：根据所述路径拥塞度和所述路径拥塞趋势评估路径拥塞等级，基于所述路径拥塞等级对应调整下一时刻路径的拥塞窗口。

进一步地，步骤1中，按照公式(1)计算路径j的当前时刻及其前n-1个历史时刻中任一时刻的排队时延QD_j：

其中，B_j表示路径j缓存区发送队列中待处理数据包数量，MSS为数据包大小，RTT_j为路径j往返时延，Cwnd_j为路径j的拥塞窗口大小。

进一步地，所述方法还包括：通过卡尔曼滤波对当前时刻的排队时延的计算值进行评估和纠正。

进一步地，步骤1中，根据所述当前时刻及其前n-1个历史时刻的排队时延构建灰色预测模型以预测下一时刻的排队时延，具体包括：

步骤1.1：收集当前时刻及其前n-1个历史时刻的排队时延QD＝{QD(t),QD(t-1),...,QD(t-n-1)}；其中，QD(t)、QD(t-1)、QD(t-n-1)分别为当前时刻、上一时刻、前n-1时刻的排队时延；