[发明专利]分数阶全局滑模互联网拥塞控制方法

摘要

本发明涉及一种分数阶全局滑模互联网拥塞控制方法。属于互联网拥塞控制领域。为更好地解决互联网中存在的拥塞问题，该方法利用全局滑模的强鲁棒性和分数阶良好的记忆性来共同提高拥塞控制效果。在网络拥塞控制模型中引入了参数摄动项，代表实际网络参数的变化。设计了带有分数阶项的渐近稳定的全局滑模面，有效地抑制了时变参数对系统的影响。设计的分数阶滑模控制器能够有效降低抖振现象，使系统运行近似都是滑模面上的滑模运动。本发明有效地抑制了网络的拥塞现象，提高了网络的服务质量。

主权项

1.一种分数阶全局滑模互联网拥塞控制方法，其特征在于包含如下步骤：(A)设定各个网络参数的初始值为各自的标称值，具体包括：将网络的TCP连接数N(t)的初始值设为N，将网络的主干链路带宽C(t)的初始值设为C，将数据包的往返时延R(t)的初始值设为R₀；并且，将网络的窗口大小W(t)的期望值设定为W₀，路由器队列长度q(t)的期望值设定为q₀，并根据p₀=2N²/(R₀²C²)计算出分组丢弃/标记概率p(t)的期望值p₀，将控制器中的参数k和ε均取值为大于零的常数；(B)开始对进入到拥塞路由器中的数据包进行采样，得到W(t)和q(t)的初始值，用初始值分别减去各自的期望值，得到系统状态的初始值；(C)每隔10ms采样一次网络参数N(t),C(t)和R(t)的数值；(D)根据上述网络参数建立如式(1)和式(2)所示的网络拥塞控制模型；δW·(t)=-2NR02CδW(t)-R0C22N2δp(t)---(1)]]>δq·(t)=NR0δW(t)-1R0δq(t)---(2)]]>其中：δW(t)=W(t)-W₀,δq(t)=q(t)-q₀,δp(t)=p(t)-p₀；(E)令x₁(t)=δq(t),x₂(t)=δW(t),u(t)=δp(t)，建立系统状态空间方程；(F)将网络参数的变化等效为系统参数的摄动，得到带有参数摄动项的网络拥塞控制模型；(G)根据网络参数的变化及各自的标称值确定出参数摄动项的变化界限μ_A和μ_B；(H)设定分数阶全局滑模面S(t)具有如下的形式：S(t)=-Qx(t)+Dtα0x(t)-(-Qx(0)+D0α0x(0))e-t]]>其中：是根据G-L定义的分数阶微分算子，0<α<1为分数阶的阶次，矩阵Q的特征值为λ₁和λ₂，并且满足|arg(λ₁)|>απ/2,|arg(λ₂)|>απ/2；(I)设定分数阶全局滑模控制器u(t)具有如下的形式：u(t)=(QB)-1[Dtα+10x(t)-d((-Qx(0)+D0α0x(0))e-t)/dt-QAx(t)+]]>(μA||Qx(t)||+μB||Q||)signS(t)+kS(t)+ϵ(1-e-||x(t)||)signS(t)]]]>其中：矩阵A和B为步骤(E)中得到的系统状态空间方程的系数矩阵，而系数k和ε均为大于零的常数；根据具体的网络参数将得到u(t)的具体数值；如果u(t)<-p₀，则需要将u(t)修正为u(t)=-p₀；如果u(t)>1-p₀，则需要将u(t)修正为u(t)=1-p₀；其它情况下，u(t)的数值维持不变；(J)在路由器回应给发送端的响应分组中以p(t)为概率插入拥塞标记，以便发送端根据带有拥塞标记分组数量的多少相应地调整发送速率，从而避免拥塞的发生或程度的加重。