專利名稱：一種基于擬牛頓算法的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，屬于計算機(jī)通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、用戶和應(yīng)用急劇增加，網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷越來越多的包丟失和其他的性能惡化問題，其中網(wǎng)絡(luò)擁塞問題尤為嚴(yán)重。網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的根本原因是用戶提供給網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載大于網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)處理能力，擁塞產(chǎn)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(xiàn)為數(shù)據(jù)包時延增力口、丟失概率增大、上層應(yīng)用系統(tǒng)性能下降等。網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究已成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究的一個熱點(diǎn)問題。網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究的一個重要方向是針對網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)建立與網(wǎng)絡(luò)相適應(yīng)包括各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解并根據(jù)求解的結(jié)果對實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擁塞控制。一種好的數(shù)學(xué)模型不僅能很好的描述網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，而且能為與擁塞控制相關(guān)的算法的改進(jìn)和設(shè)計帶來方便。因此，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法的的一個難點(diǎn)是與擁塞控制相關(guān)的算法的改進(jìn)和設(shè)計，而與擁塞控制相關(guān)的算法的改進(jìn)和設(shè)計在很大程度上取決于與網(wǎng)絡(luò)相適應(yīng)包括各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型的建立。對此，Kelly提出了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，Low在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的研究，提出了網(wǎng)絡(luò)效用最大化模型。其基本思想是網(wǎng)絡(luò)中每個源端用戶都有各自的效用函數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)帶寬受限的條件下如何求解整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效用函數(shù)最大值的問題。目前，此模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)速率分配算法、Internet擁塞控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化等研究領(lǐng)域，并成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。對于網(wǎng)絡(luò)擁塞控制模型的算法，現(xiàn)國內(nèi)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(xiàn)提出了基于鏈路端的梯度投影算法；針對效用函數(shù)不二次可微的情況，已有文獻(xiàn)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(yōu)點(diǎn)，也有文獻(xiàn)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(tǒng)的吞吐量方面還存在一些問題。
發(fā)明內(nèi)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(hù)的主題的詳盡綜述，也不試圖標(biāo)識所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵/必需元素或描述所要求保護(hù)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(fā)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(tǒng)吞吐量的基于擬牛頓算法的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法。隨著Internet的迅猛發(fā)展,擁塞控制是確保Internet魯棒性的最關(guān)鍵因素之一。針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的擁塞問題，本 發(fā)明提出了基于優(yōu)化理論的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制公平性模型。變尺度法綜合了梯度法、牛頓法的優(yōu)點(diǎn)而又避棄它們各自的缺點(diǎn)，只需計算一階偏導(dǎo)數(shù)，無需計算二階偏導(dǎo)數(shù)及其逆矩陣，對目標(biāo)函數(shù)的初始點(diǎn)選擇均無嚴(yán)格要求，收斂速度快，本發(fā)明將擬牛頓算法應(yīng)用到所提出的新模型并進(jìn)行了算法的收斂性分析。仿真結(jié)果表明本發(fā)明所提算法有很好的收斂性，保證了用戶間的公平性?？紤]S個網(wǎng)絡(luò)用戶共享一個包含L條通信鏈路的網(wǎng)絡(luò)(其中S={1，2，…，s}，L={1, 2，…，1})。假設(shè)C1為鏈路I的有限帶寬，并假設(shè)用戶s的發(fā)送速率為Xs且滿足ms^xs^ Ms，其中叫和札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(shù)Us (xs)是用戶發(fā)送速率Xs的函數(shù)，表示用戶端s的性能。現(xiàn)對效用函數(shù)Us(Xs)做如下假設(shè):(I)對于xs e Is，其中Is = [ms，Ms]，效用函數(shù)1&3)在定義域上是嚴(yán)格凹的二次
可微遞增函數(shù)，并且為了保證可行，對于所有的I e L，滿足條件
權(quán)利要求
1.種基于擬牛頓算法的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征在于，包括以下基于擬牛頓算法的用戶端S、鏈路I的控制方法；其中 用戶端s控制方法包括以下步驟 (O更新時間t，用戶端s接收到反饋回來的傳輸時延，用其代荇以前的傳輸時延； (2)在每次更新時間t，用戶端S根據(jù)其當(dāng)前的路徑估計值I(η確定一個新的速率xs (/+I) = xs Cr(O)5然后以此速率傳輸直到下次更新； (3)更新時間t，用戶端S傳送當(dāng)前的源速率； 鏈路I控制方法包括以下步驟 (1)更新時間t，鏈路1接收到所有從用戶端通過鏈路I傳輸?shù)膫鬏斔俾?，鏈路I用最近所接收到的速率代替以前的速率； (2)在每次更新時間t，鏈路I計算出gl(t)并且通過下式調(diào)整它的傳輸時延:Yi(t+1) = [γχ( )-μ Hkl(t)g1(t)] + gl(t)代表子梯度方向，μ為大于零的常數(shù)系數(shù)，Hkl(t)為相應(yīng)的矩陣。
(3)更新時間t，鏈路I向用戶端交換當(dāng)前的傳輸時延。
2.照權(quán)利要求 1所述基于擬牛頓算法的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征在于， 對每個用戶端的效用函數(shù)Us(Xs)引入權(quán)值，具體系統(tǒng)模型如下
3.照權(quán)利要求2所述基于擬牛頓算法的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征在于，上述系統(tǒng)模型的對偶形式: 定義拉格朗日函數(shù):
4.照權(quán)利要求1或2或3所述基于擬牛頓算法的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，其特征在于擬牛頓算法是在建立在牛頓法的基礎(chǔ)上，用矩陣Hk來代替迭代函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，并且不必計算Hessian矩陣，當(dāng)使Hk正定時，算法產(chǎn)生的方向均為下降方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，屬于計算機(jī)通信技術(shù)領(lǐng)域。包括以下基于擬牛頓算法的用戶端s、鏈路l的控制方法；其中用戶端s控制方法包括以下步驟(1)更新時間t，用戶端s接收到反饋回來的傳輸時延，用其代替以前的傳輸時延；(2)在每次更新時間t，用戶端s根據(jù)其當(dāng)前的路徑估計值確定一個新的速率然后以此速率傳輸直到下次更新；(3)更新時間t，用戶端s傳送當(dāng)前的源速率；鏈路l控制方法包括以下步驟(1)更新時間t，鏈路l接收到所有從用戶端通過鏈路l傳輸?shù)膫鬏斔俾?，鏈路l用最近所接收到的速率代替以前的速率；(2)在每次更新時間t，鏈路l計算出gl(t)并且通過下式調(diào)整它的傳輸時延yl(t+1)＝[yl(t)-μHkl(t)gl(t)]+gl(t)代表子梯度方向,μ為大于零的常數(shù)系數(shù),Hkl(t)為相應(yīng)的矩陣。(3)更新時間t，鏈路l向用戶端交換當(dāng)前的傳輸時延。
文檔編號H04L12/811GK103095602SQ20121059361
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月2日
發(fā)明者唐美芹 申請人:魯東大學(xué)