一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法技术

本发明专利技术公开了一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法，通过分阶段计算反应网络状况的目标值，并根据各阶段反应网络状况的目标值的大小来判断当前网络的拥塞状况，基于当前网络的拥塞状况自适应的调整网络中后续时刻的发送速率增益系数，从而可以根据网络的变化自适应调节发送速率，使网络的传输速率较高。另外，本发明专利技术通过计算均值与方差的比值来判断当前网络处于有线或是无线网络，可以在有线或无线网络环境下的自适应切换，并根据网络环境的不同切换不同的最小往返时延作为衡量网络状况的参考，使得估算出的拥塞窗口值与链路实际容量差距较小，避免了网络资源的浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法
本专利技术属于无线通信
，更具体地，涉及一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法。
技术介绍
近年来，由于互联网技术的飞速发展，网络带宽与用户规模呈现出爆炸型增长的趋势，网络业务也从单一的文字传输、网页浏览转变到现在的音视频传输、游戏影音、跨州交流等，尤其是移动互联网的兴起，更是将互联网的发展推到了顶峰，下一代互联网流量的发展更趋向于高带宽、高延时，这些变化也对网络流量传输提出了更高的要求，故研究一种拥塞控制方法具有重要的意义。传统的拥塞控制算法将丢包作为判断拥塞发生的条件，在连接的开始阶段，就会不断地试图填满整个网络，这样就会导致路由器中的队列长度越来越长，直到达到队列长度最大值。此时，后来的数据包就会被丢弃发生丢包。当检测到这种现象后，认为拥塞已经发生，开始迅速降低拥塞窗口的大小。然而随着无线传输环境的普及，丢包的发生不仅仅来源于中间转发节点的丢弃，更多程度上是因为无线传输环境的不稳定导致数据包出错，此时若将丢包作为拥塞发生的条件的话就会造成误判，造成网络传输带宽的极大浪费，导致传输效率低下。为了解决以上问题，Google公司提出了一种拥塞控制方法，即BBR算法，它摈弃了将丢包作为判决条件的做法，而是计算整个网络容纳数据包数量的理想点，这种方法虽然能够提升网络的传输速率，然而它仍然存在缺陷。该方法在探测最大带宽的时候有长达6个小周期的平稳系数，敏感性较低，当通信环境不稳定，时延抖动较为剧烈时，BBR算法无法准确地探知当前网络环境的拥塞情况，来不及对变化的网络做出正确的反应，传输速率较低。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法，用于解决现有技术由于在探测最大带宽的时候有长达6个小周期的平稳系数而导致通信环境不稳定，时延抖动较为剧烈时传输速率较低的技术问题。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提出了一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法，包括以下步骤：S1、初始化网络的参数信息，其中，网络的参数信息包括最小往返时延；S2、发送端发送数据包，使拥塞窗口大小以指数增长，直至将网络带宽填满；S3、排空步骤S2中填满带宽时多发的数据包；S4、分阶段计算反应网络状况的目标值，并根据各阶段反应网络状况的目标值的大小，自适应调整网络中后续时刻的发送速率增益系数；其中，以已发出但还未确认的数据包数量与带宽时延积之间的大小从小于跳变到大于的时刻为各阶段的分界时刻，带宽时延积为带宽与最小往返时延的乘积；S5、计算当前时刻的往返时延均值和方差，根据往返时延均值和方差判断网络环境，并根据不同网络环境计算最小往返时延；S6、判断此时网络带宽是否被填满，若没有填满，则转至步骤S2，否则，转至步骤S4。进一步优选地，步骤S4包括以下步骤：S41、调整网络中的发送速率增益系数为第一增益系数，记当前阶段为第一阶段；S42、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算第一阶段反应网络状况的目标值计算网络当前时刻带宽与最小往返时延的乘积，得到当前时刻的带宽时延积，判断当前时刻已发出但还未确认的数据包数量与当前时刻的带宽时延积之间的大小，若大于，则转至步骤S43，否则，重复步骤S42；S43、调整网络中的发送速率增益系数为第二增益系数，记当前阶段为第二阶段；S44、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算第二阶段反应网络状况的目标值计算网络当前时刻带宽与最小往返时延的乘积，得到当前时刻的带宽时延积，判断当前时刻已发出但还未确认的数据包数量与当前时刻的带宽时延积之间的大小，若大于，则转至步骤S45，否则，重复步骤S44；S45、调整网络中的发送速率增益系数为第三增益系数，记当前阶段为第三阶段；S46、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算第三阶段反应网络状况的目标值计算网络当前时刻带宽与最小往返时延的乘积，得到当前时刻的带宽时延积，判断当前时刻已发出但还未确认的数据包数量与当前时刻的带宽时延积之间的大小，若大于，则转至步骤S47，否则，重复步骤S46；S47、调整网络中的发送速率增益系数为第四增益系数，记当前阶段为第四阶段；S48、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算第四阶段反应网络状况的目标值计算网络当前时刻带宽与最小往返时延的乘积，得到当前时刻的带宽时延积，判断当前时刻已发出但还未确认的数据包数量与当前时刻的带宽时延积之间的大小，若大于，则转至步骤S49，否则，重复步骤S48；S49、若且则此时网络带宽仍有剩余，调整网络中的发送速率增益系数为第五增益系数；若且则此时网络带宽存在不足，调整网络中的发送速率增益系数为第六增益系数；否则，调整网络中的发送速率增益系数为1。进一步优选地，第一增益系数＞1＞第二增益系数，第三增益系数＞1＞第四增益系数，第五增益系数＞1＞第六增益系数。进一步优选地，反应网络状况的目标值U为：U＝T·Sigmoidα(L-0.05)-delivery_rate·loss_rate其中，delivery_rate为传输速率，T＝delivery_rate·(1-loss_rate)为有效带宽，loss_rate为丢包率，Sigmoidα(y)＝1/(1+eαy)。进一步优选地，t时刻的往返时延均值Tave(t)和方差Td(t)分别为：Tave(t)＝(1-α)·Tave(t-1)+α·RTT(t)Td(t)＝(1-β)·Td(t-1)+β·abs(Tave(t)-RTT(t))其中，α和β为移动加权系数，RTT(t)为t时刻的往返时延。进一步优选地，若Td(t)＞γ·Tave(t)，则网络环境为无线网络环境；否则，网络环境为有线网络环境；其中，γ为阈值系数。进一步优选地，当网络环境为无线网络环境时，将当前时刻的往返时延均值作为当前时刻的最小往返时延；当网络环境为有线网络环境时，则取当前时刻之前预设时间段内往返时延的最小值作为当前时刻的最小往返时延。第二方面，本专利技术还提供了一种存储介质，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行本专利技术第一方面所提供的动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供了一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法，分阶段计算反应网络状况的目标值，并根据各阶段反应网络状况的目标值的大小，来确定通信环境的好坏，进而自适应的调整网络中后续时刻的发送速率增益系数；当通信环境较好时，本专利技术通过增加发送速率增益系数，使得发送端的发送速率加快，而由于网络环境较好，多发的数据包会占据剩余空闲的带宽，吞吐率也随之增加，整个网络的资源利用率也会提升；而当通信环境恶劣时，通信环境不稳定，时延抖动较为剧烈，传输速率以及丢包率等信道参数会发生变化，通过将发送速率增益系数降到1以下，以减缓网络压力，降低拥塞发生的可能性。本专利技术通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、初始化网络的参数信息；其中，网络的参数信息包括最小往返时延；/nS2、发送端发送数据包，使拥塞窗口大小以指数增长，直至将网络带宽填满；/nS3、排空步骤S2中填满带宽时多发的数据包；/nS4、分阶段计算反应网络状况的目标值，并根据各阶段反应网络状况的目标值的大小，自适应调整网络中后续时刻的发送速率增益系数；其中，以已发出但还未确认的数据包数量与带宽时延积之间的大小从小于跳变到大于的时刻为各阶段的分界时刻，带宽时延积为带宽与最小往返时延的乘积；/nS5、计算当前时刻的往返时延均值和方差，根据往返时延均值和方差判断网络环境，并根据不同网络环境计算最小往返时延；/nS6、判断此时网络带宽是否被填满，若没有填满，则转至步骤S2，否则，转至步骤S4。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化网络的参数信息；其中，网络的参数信息包括最小往返时延；
S2、发送端发送数据包，使拥塞窗口大小以指数增长，直至将网络带宽填满；
S3、排空步骤S2中填满带宽时多发的数据包；
S4、分阶段计算反应网络状况的目标值，并根据各阶段反应网络状况的目标值的大小，自适应调整网络中后续时刻的发送速率增益系数；其中，以已发出但还未确认的数据包数量与带宽时延积之间的大小从小于跳变到大于的时刻为各阶段的分界时刻，带宽时延积为带宽与最小往返时延的乘积；
S5、计算当前时刻的往返时延均值和方差，根据往返时延均值和方差判断网络环境，并根据不同网络环境计算最小往返时延；
S6、判断此时网络带宽是否被填满，若没有填满，则转至步骤S2，否则，转至步骤S4。


2.根据权利要求1所述的动态调整增益系数的自适应拥塞控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S41、调整网络中的发送速率增益系数为第一增益系数，记当前阶段为第一阶段；
S42、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算第一阶段反应网络状况的目标值计算网络当前时刻带宽与最小往返时延的乘积，得到当前时刻的带宽时延积，判断当前时刻已发出但还未确认的数据包数量与当前时刻的带宽时延积之间的大小，若大于，则转至步骤S43，否则，重复步骤S42；
S43、调整网络中的发送速率增益系数为第二增益系数，记当前阶段为第二阶段；
S44、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算第二阶段反应网络状况的目标值计算网络当前时刻带宽与最小往返时延的乘积，得到当前时刻的带宽时延积，判断当前时刻已发出但还未确认的数据包数量与当前时刻的带宽时延积之间的大小，若大于，则转至步骤S45，否则，重复步骤S44；
S45、调整网络中的发送速率增益系数为第三增益系数，记当前阶段为第三阶段；
S46、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算第三阶段反应网络状况的目标值计算网络当前时刻带宽与最小往返时延的乘积，得到当前时刻的带宽时延积，判断当前时刻已发出但还未确认的数据包数量与当前时刻的带宽时延积之间的大小，若大于，则转至步骤S47，否则，重复步骤S46；
S47、调整网络中的发送速率增益系数为第四增益系数，记当前阶段为第四阶段；
S48、根据网络当前时刻的传输速率和丢包率，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩涛，占轩，钟祎，葛晓虎，谢琳，李佳伶，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42