[發明專利]一種減緩網絡擁塞的控制方法

有效

• 申請號: 201910494944.1
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110177019B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王宇輝;張俊鋒;邵宇;馮迎港
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/801
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發明公開了一種減緩網絡擁塞的控制方法。本發明包括如下步驟：步驟1，建立網絡擁塞的狀態空間模型；步驟2，提出系統矩陣表示方法；步驟3，設計角域條件解決系統狀態受約束問題；步驟4，設計網絡堵塞節點的狀態反饋控制律。本發明通過約束控制、非線性控制設計等技術，實現對網絡擁塞現象的有效控制，降低對緩沖區的空間占用，并合理分配各個緩沖區的存儲空間資源，解決網絡擁塞問題。

技術領域

本發明屬于自動化技術領域，提出了一種減緩網絡擁塞現象的控制器設計方法。通過約束控制、非線性控制等技術，實現對網絡擁塞現象的有效控制，降低對緩沖區的空間占用，可用于網絡通信領域。

背景技術

網絡擁塞是網絡通信過程中經常遇到的問題而且備受關注，許多網絡通信都不同程度地受到這一問題的困擾。網絡擁塞會造成信息傳輸延誤，傳輸速度降低，甚至導致網絡通信癱瘓。在擁塞期間，會出現數據丟失，時延增加，吞吐量下降，嚴重時甚至會導致“擁塞崩潰”。通常來說，有兩類辦法可以緩解網絡擁堵現象：第一類是開環控制，即通過設計一個好的算法來避免擁塞發生。在進行擁塞控制時，不考慮網絡的當前狀態。第二類是閉環控制，即給予反饋機制，根據網絡的當前狀態來控制擁塞。

導致網絡擁堵的主要原因是分組交換網絡中傳送分組的數目太多。在網絡通信量日益增加的時代，一旦遇到通信高峰期，在事先沒有任何協商和請求許可機制的資源共享網絡中，幾個IP分組將同時到達路由器并期望經同一個輸出端口轉發。然而，不是所有分組可以同時接受處理，必須有一個服務順序，中間節點上的緩存為等候服務的分組提供一定保護。但此狀況具有一定的持續性，當緩存空間被耗盡時，路由器會丟棄分組，造成數據丟失，甚至產生“擁塞崩潰”。這種持續過載的狀態下，網絡性能也將急劇下降。

隨著智能網絡資源分配系統的引入，即采用先進的電子信息、通信、自動控制、計算機網絡等技術，通過合理地控制、調度緩沖區，分配數據流到達時間，使得網絡擁堵問題得到了明顯改善。但是輸出端口存儲空間無限制的增加，會導致數據包轉發超時。因此，本發明基于正系統反饋控制設計方法，可實現網絡擁塞時節點存儲空間調用的閉環控制。

發明內容

本發明的目的是針對當前網絡通信中常出現的網絡擁塞現象，提供一種減緩網絡擁塞的反饋控制設計方法。具體技術方案如下：

一種減緩網絡擁塞的控制方法，包括如下步驟：

步驟1建立網絡擁塞系統的狀態空間模型，具體方法是：

首先采集儲存轉發節點變化數據，利用這些數據建立網絡擁塞系統網絡的狀態空間模型，形式如下：

其中，f(x(t))＝(f₁(x₁)，f₂(x₂)，...，f_n(x_n))^T表示t時刻網絡儲存空間的狀態，n表示數據流的信息類，u(t)∈R^m為t時刻緩沖區節點的狀態，m表示緩沖區數據流的信息類，R^m為m維實列向量；A,B是傳感器實時采集到的節點數據而組成的加權矩陣；考慮實際系統的正性，即x(t),u(t)始終是非負的，這里假設網絡擁塞系統是一種正系統模型，滿足A矩陣所有非對角線元素都非負，B≥0，“≥”是針對B矩陣中的每個元素，即B矩陣內所有元素都非負，σ(t_i)表示當t∈[t_i，t_i+1)時，第σ(t_i)個子系統在t_i時刻被激活，在t_i+1時刻離開。

步驟2設計系統矩陣表示方法，由于網絡緩存區節點資源使用情況的不確定性，提出多胞體不確定形式來表示系統的不確定性，具體方法是：

利用傳感器實時采集到系統矩陣頂點的一組數據，系統矩陣A,B→[A(t),B(t)]是一種多胞體型結構：