[發明專利]一種基于擬牛頓算法的網絡擁塞控制方法

無效

• 申請號: 201210593611.2
• 申請日: 2013-02-02
• 公開（公告）號: CN103095602A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 唐美芹
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: H04L12/811
• 分類號: H04L12/811
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 呂靜

技術領域

本發明涉及網絡擁塞控制方法，屬于計算機通信技術領域。

背景技術

近年來，隨著網絡的廣泛應用和信息技術的迅猛發展，網絡規模、用戶和應用急劇增加，網絡正經歷越來越多的包丟失和其他的性能惡化問題，其中網絡擁塞問題尤為嚴重。網絡擁塞產生的根本原因是用戶提供給網絡的負載大于網絡資源和網絡處理能力，擁塞產生的直接原因有存儲空間不足、帶寬容量不足、處理器處理能力弱，其表現為數據包時延增加、丟失概率增大、上層應用系統性能下降等。網絡擁塞控制研究已成為當前網絡研究的一個熱點問題。網絡擁塞控制研究的一個重要方向是針對網絡的特點建立與網絡相適應包括各種網絡參數的數學模型，對數學模型進行求解并根據求解的結果對實際的網絡進行擁塞控制。一種好的數學模型不僅能很好的描述網絡擁塞問題，而且能為與擁塞控制相關的算法的改進和設計帶來方便。因此，網絡擁塞控制方法的的一個難點是與擁塞控制相關的算法的改進和設計，而與擁塞控制相關的算法的改進和設計在很大程度上取決于與網絡相適應包括各種網絡參數的數學模型的建立。

對此，Kelly提出了網絡優化模型，Low在此基礎上做了進一步的研究，提出了網絡效用最大化模型。其基本思想是網絡中每個源端用戶都有各自的效用函數，在網絡帶寬受限的條件下如何求解整個網絡系統效用函數最大值的問題。目前，此模型已經廣泛應用在網絡速率分配算法、Internet擁塞控制協議、網絡跨層優化等研究領域，并成為當前的研究熱點。對于網絡擁塞控制模型的算法，現國內外已提出了梯度投影算法、子梯度算法和擬牛頓法等方法，文獻提出了基于鏈路端的梯度投影算法；針對效用函數不二次可微的情況，已有文獻提出了子梯度算法，并分析了其收斂性；基于Newton-Like算法相比梯度投影法具有收斂速度快及二次終止性等優點，也有文獻提出了Newton-Like算法。這些擁塞控制算法在收斂速度、用戶間的公平性和統的吞吐量方面還存在一些問題。

發明內容

以下給出簡化的概述，為本文所描述的一些方面提供基本的理解。此概述不是所要求保護的主題的詳盡綜述，也不試圖標識所要求保護的主題的關鍵/必需元素或描述所要求保護的主題的范圍。其唯一的目的是以簡化形式給出某些概念，作為稍后給出的更具體描述的序言。

本發明的目的在于提供一種既能保證用戶間的公平性又能同時提高系統吞吐量的基于擬牛頓算法的網絡擁塞控制方法。

隨著Internet的迅猛發展，擁塞控制是確保Internet魯棒性的最關鍵因素之一。針對當前網絡中的擁塞問題，本發明提出了基于優化理論的網絡擁塞控制公平性模型。變尺度法綜合了梯度法、牛頓法的優點而又避棄它們各自的缺點，只需計算一階偏導數，無需計算二階偏導數及其逆矩陣，對目標函數的初始點選擇均無嚴格要求，收斂速度快，本發明將擬牛頓算法應用到所提出的新模型并進行了算法的收斂性分析。仿真結果表明本發明所提算法有很好的收斂性，保證了用戶間的公平性。

考慮S個網絡用戶共享一個包含L條通信鏈路的網絡（其中S={1,2,…,s}，L={1,2,…,l}）。假設c_l為鏈路l的有限帶寬，并假設用戶s的發送速率為x_s且滿足m_s≤x_s≤M_s，其中m_s和M_s分別是用戶傳輸速率的最小值和最大值，定義一個效用函數U_s(x_s)是用戶發送速率x_s的函數，表示用戶端s的性能?，F對效用函數U_s(x_s)做如下假設：

（1）對于x_s∈I_s，其中I_s＝[m_s,M_s]，效用函數U_s(x_s)在定義域上是嚴格凹的二次可微遞增函數，并且為了保證可行，對于所有的l∈L，滿足條件其中c_l為鏈路l總容量。