一种基于拥塞能量积分的高动态网络拥塞控制方法与流程

本发明属于网络通信，具体涉及一种基于拥塞能量积分的高动态网络拥塞控制方法。

背景技术：

1、随着电力卫星通信、无线/光融合组网技术持续迭代演进，电力无人化巡检、云端电网仿真推演、远端电力协同运维等低时延电力业务，对跨介质融合传输网络提出严苛性能需求。此类电力核心业务除要求网络具备大带宽、高吞吐承载能力外，还对全链路端到端传输时延、时延抖动、业务持续稳定传输能力设置刚性约束标准。

2、低时延、低丢包、可扩展吞吐量（low latency，low loss，scalable throughput，l4s）传输架构依托显式拥塞反馈、终端与电力承载网协同管控机制，为电网时延敏感型业务提供新型传输调控方案。在l4s体系框架下，电力网络设备通过主动队列管理完成显式拥塞通知（explicit congestion notification，ecn）标记；发送端搭载可扩展拥塞控制算法，依据ecn标记占比动态调整数据发送速率。prague传输控制协议（tcp prague）作为l4s架构标准化发送端拥塞控制算法，拥塞窗口调整逻辑完全依托ecn标记比例驱动，在传输状态平稳的电力光纤有线场景中，可将链路排队时延稳定维持在毫秒级别。

3、但在电网光纤、无线自组网、卫星异构融合组网场景下，链路信道状态极易受无线信道衰落、电网业务动态调度、无线瞬时电磁干扰、雨雪衰耗等因素影响，呈现高频剧烈波动特征。电力无线链路部署的混合自动重传请求（hybrid automatic repeat request，harq）机制虽可提升电力业务数据传输可靠性，却会带来数据短时缓存滞留、无规律时延抖动等附加损耗；同时 l4s架构采用浅阈值ecn标记策略，链路出现短时电力业务流量突发时，队列缓存极易突破标记判定阈值。上述由无线信道、卫星信道、电网业务扰动等非网络拥塞因素引发的拥塞反馈信息失真问题，会造成tcp prague算法将瞬时信道扰动错误判定为持续性网络拥塞，进而无必要大幅收缩拥塞窗口，最终引发电力业务传输吞吐量骤降、端到端时延抖动加剧、光纤/无线/卫星混合链路整体资源利用率偏低等一系列传输性能缺陷。

4、当前面向l4s架构的拥塞控制优化改进方案，大多仅围绕算法参数优化、滤波平滑模块设计开展改进，无法精准区分电网异构网络中短时信道扰动与真实持续性链路拥塞两类场景，难以在高动态电力融合传输环境下，同步实现信道干扰鲁棒抑制与拥塞事件快速响应两项核心性能目标。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种基于拥塞能量积分的高动态网络拥塞控制方法。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种基于拥塞能量积分的高动态网络拥塞控制方法，所述方法包括：

4、在发送端构建多维信号观测器，获取显式拥塞通知的ecn强度信息和归一化往返时延的rtt梯度信息；

5、基于所述ecn强度信息和所述rtt梯度信息，通过带泄露的拥塞能量积分器更新拥塞能量状态；

6、根据所述拥塞能量状态，采用双模sigmoid控制律分别计算窗口增长增益和窗口回退调制因子；

7、根据所述窗口增长增益和所述窗口回退调制因子，对发送端的拥塞窗口进行更新。

8、可选地，获取显式拥塞通知的ecn强度信息的过程包括：

9、设置滑动观测窗口；

10、统计所述观测窗口内被确认的数据单元总数以及携带拥塞经历ce标记的数据单元数量；

11、将所述携带拥塞经历ce标记的数据单元数量除以所述数据单元总数，得到所述ecn强度信息。

12、可选地，获取归一化往返时延的rtt梯度信息的过程包括：

13、对瞬时rtt进行平滑处理得到平滑rtt；

14、获取连接建立以来的最小rtt；

15、根据当前时刻的平滑rtt与上一时刻的平滑rtt的差值，除以所述最小rtt，得到所述rtt梯度信息；

16、当所述rtt梯度信息为负值时，将其置为零。

17、可选地，所述通过带泄露的拥塞能量积分器更新拥塞能量状态，按照如下公式进行：

18、；

19、其中，表示当前时刻的拥塞能量状态，为能量泄露因子，为当前时刻的ecn强度信息，为当前时刻的rtt梯度信息，为rtt梯度权重系数，表示取正部运算。

20、可选地，所述双模sigmoid控制律包括增长控制模式和回退控制模式；

21、所述增长控制模式下，按照如下公式计算窗口增长增益：

22、；

23、其中，为最大增长增益，表示拥塞能量状态，为增长衰减阈值，为控制曲线陡度系数；

24、所述回退控制模式下，按照如下公式计算窗口回退调制因子：

25、；

26、其中，为回退激活阈值，为指数函数，为回退切换速度系数。

27、可选地，所述根据窗口增长增益和窗口回退调制因子对拥塞窗口进行更新，包括：

28、当ecn强度信息为零时，按照如下公式更新拥塞窗口：

29、；

30、当ecn强度信息大于零时，按照如下公式更新拥塞窗口：

31、；

32、其中，表示拥塞窗口，表示当前观测窗口内的ecn标记比例。

33、可选地，所述方法还包括：

34、在发送端提取网络可观测特征；其中，所述可观测特征包括rtt抖动强度、ecn标记密度和rtt正梯度能量；

35、将所述可观测特征输入预先训练的场景分类模型，得到当前网络的主导场景类别；

36、根据当前网络的主导场景类别，动态调整所述拥塞能量积分器的能量泄露因子和所述双模sigmoid控制律的回退激活阈值；其中，所述能量泄露因子用于控制拥塞能量状态的历史累积信息的保留程度与衰减速率；所述回退激活阈值用于控制触发拥塞窗口回退的能量门槛。

37、可选地，所述rtt抖动强度按照如下公式计算：

38、；

39、其中，为当前时刻的的rtt抖动强度，为滑动窗口长度，为窗口内第个rtt样本，为窗口内rtt样本的均值，为连接建立以来的最小rtt。

40、可选地，所述主导场景类别包括噪声主导场景、突发主导场景和拥塞主导场景；

41、当所述主导场景类别为噪声主导场景时，增大所述能量泄露因子和所述回退激活阈值；

42、当所述主导场景类别为拥塞主导场景时，减小所述能量泄露因子和所述回退激活阈值；

43、当所述主导场景类别为突发主导场景时，将所述能量泄露因子和所述回退激活阈值设置为预设中间值。

44、可选地，所述动态调整采用指数加权移动平均方式进行平滑过渡：

45、；

46、其中，为当前时刻实际生效的参数值，为根据当前场景类别查表得到的目标参数值，为平滑因子，。

47、本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

48、在上述技术方案中，本发明通过在发送端引入拥塞能量积分中间层，将离散的ecn标记和rtt变化趋势映射为连续的拥塞能量状态，实现了对短时扰动与持续拥塞的差异化表征；采用双模sigmoid控制律对窗口增长与回退过程进行非线性整形，将拥塞能量状态平滑映射为增长增益和回退调制因子，使窗口调节过程更加连续和平滑。

49、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。