专利名称：一种基于拟牛顿算法的网络拥塞控制方法
技术领域：
本发明涉及网络拥塞控制方法，属于计算机通信技术领域。
背景技术：
近年来，随着网络的广泛应用和信息技术的迅猛发展，网络规模、用户和应用急剧增加，网络正经历越来越多的包丢失和其他的性能恶化问题，其中网络拥塞问题尤为严重。网络拥塞产生的根本原因是用户提供给网络的负载大于网络资源和网络处理能力，拥塞产生的直接原因有存储空间不足、带宽容量不足、处理器处理能力弱，其表现为数据包时延增力口、丢失概率增大、上层应用系统性能下降等。网络拥塞控制研究已成为当前网络研究的一个热点问题。网络拥塞控制研究的一个重要方向是针对网络的特点建立与网络相适应包括各种网络参数的数学模型，对数学模型进行求解并根据求解的结果对实际的网络进行拥塞控制。一种好的数学模型不仅能很好的描述网络拥塞问题，而且能为与拥塞控制相关的算法的改进和设计带来方便。因此，网络拥塞控制方法的的一个难点是与拥塞控制相关的算法的改进和设计，而与拥塞控制相关的算法的改进和设计在很大程度上取决于与网络相适应包括各种网络参数的数学模型的建立。对此，Kelly提出了网络优化模型，Low在此基础上做了进一步的研究，提出了网络效用最大化模型。其基本思想是网络中每个源端用户都有各自的效用函数，在网络带宽受限的条件下如何求解整个网络系统效用函数最大值的问题。目前，此模型已经广泛应用在网络速率分配算法、Internet拥塞控制协议、网络跨层优化等研究领域，并成为当前的研究热点。对于网络拥塞控制模型的算法，现国内外已提出了梯度投影算法、子梯度算法和拟牛顿法等方法，文献提出了基于链路端的梯度投影算法；针对效用函数不二次可微的情况，已有文献提出了子梯度算法，并分析了其收敛性；基于Newton-Like算法相比梯度投影法具有收敛速度快及二次终止性等优点，也有文献提出了 Newton-Like算法。这些拥塞控制算法在收敛速度、用户间的公平性和统的吞吐量方面还存在一些问题。
发明内容
以下给出简化的概述，为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护的主题的详尽综述，也不试图标识所要求保护的主题的关键/必需元素或描述所要求保护的主题的范围。其唯一的目的是以简化形式给出某些概念，作为稍后给出的更具体描述的序言。本发明的目的在于提供一种既能保证用户间的公平性又能同时提高系统吞吐量的基于拟牛顿算法的网络拥塞控制方法。随着Internet的迅猛发展,拥塞控制是确保Internet鲁棒性的最关键因素之一。针对当前网络中的拥塞问题，本 发明提出了基于优化理论的网络拥塞控制公平性模型。变尺度法综合了梯度法、牛顿法的优点而又避弃它们各自的缺点，只需计算一阶偏导数，无需计算二阶偏导数及其逆矩阵，对目标函数的初始点选择均无严格要求，收敛速度快，本发明将拟牛顿算法应用到所提出的新模型并进行了算法的收敛性分析。仿真结果表明本发明所提算法有很好的收敛性，保证了用户间的公平性。考虑S个网络用户共享一个包含L条通信链路的网络(其中S={1，2，…，s}，L={1, 2，…，1})。假设C1为链路I的有限带宽，并假设用户s的发送速率为Xs且满足ms^xs^ Ms，其中叫和札分别是用户传输速率的最小值和最大值，定义一个效用函数Us (xs)是用户发送速率Xs的函数，表示用户端s的性能。现对效用函数Us(Xs)做如下假设:(I)对于xs e Is，其中Is = [ms，Ms]，效用函数1&3)在定义域上是严格凹的二次
可微递增函数，并且为了保证可行，对于所有的I e L，满足条件
权利要求
1.种基于拟牛顿算法的网络拥塞控制方法，其特征在于，包括以下基于拟牛顿算法的用户端S、链路I的控制方法；其中 用户端s控制方法包括以下步骤 (O更新时间t，用户端s接收到反馈回来的传输时延，用其代荇以前的传输时延； (2)在每次更新时间t，用户端S根据其当前的路径估计值I(η确定一个新的速率xs (/+I) = xs Cr(O)5然后以此速率传输直到下次更新； (3)更新时间t，用户端S传送当前的源速率； 链路I控制方法包括以下步骤 (1)更新时间t，链路1接收到所有从用户端通过链路I传输的传输速率，链路I用最近所接收到的速率代替以前的速率； (2)在每次更新时间t，链路I计算出gl(t)并且通过下式调整它的传输时延:Yi(t+1) = [γχ( )-μ Hkl(t)g1(t)] + gl(t)代表子梯度方向，μ为大于零的常数系数，Hkl(t)为相应的矩阵。
(3)更新时间t，链路I向用户端交换当前的传输时延。
2.照权利要求 1所述基于拟牛顿算法的网络拥塞控制方法，其特征在于， 对每个用户端的效用函数Us(Xs)引入权值，具体系统模型如下
3.照权利要求2所述基于拟牛顿算法的网络拥塞控制方法，其特征在于，上述系统模型的对偶形式: 定义拉格朗日函数:
4.照权利要求1或2或3所述基于拟牛顿算法的网络拥塞控制方法，其特征在于拟牛顿算法是在建立在牛顿法的基础上，用矩阵Hk来代替迭代函数的二阶导数，并且不必计算Hessian矩阵，当使Hk正定时，算法产生的方向均为下降方向。
全文摘要
本发明涉及网络拥塞控制方法，属于计算机通信技术领域。包括以下基于拟牛顿算法的用户端s、链路l的控制方法；其中用户端s控制方法包括以下步骤(1)更新时间t，用户端s接收到反馈回来的传输时延，用其代替以前的传输时延；(2)在每次更新时间t，用户端s根据其当前的路径估计值确定一个新的速率然后以此速率传输直到下次更新；(3)更新时间t，用户端s传送当前的源速率；链路l控制方法包括以下步骤(1)更新时间t，链路l接收到所有从用户端通过链路l传输的传输速率，链路l用最近所接收到的速率代替以前的速率；(2)在每次更新时间t，链路l计算出gl(t)并且通过下式调整它的传输时延yl(t+1)＝[yl(t)-μHkl(t)gl(t)]+gl(t)代表子梯度方向,μ为大于零的常数系数,Hkl(t)为相应的矩阵。(3)更新时间t，链路l向用户端交换当前的传输时延。
文档编号H04L12/811GK103095602SQ20121059361
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月2日 优先权日2013年2月2日
发明者唐美芹 申请人:鲁东大学