[发明专利]基于灰色吞吐量预测的无线Ad Hoc网络TCP拥塞避免机制

说明书

TCP协议对拓扑变化快的Ad Hoc网络易导致吞吐量低、延迟大等缺陷。为此，本设计提出一种基于灰色吞吐量预测的拥塞避免机制。主要包括：(1)由底层参数结合跨层吞吐量模型计算网络当前理论吞吐量，作为后续拥塞控制的依据；(2)本设计利用灰色预测器和残差修正来挖掘吞吐量数据的潜在信息，作为TCP下阶段拥塞避免机制的决策依据；(3)利用传播延迟量化器将延迟量化为拥塞窗口效用参数变化率，使拥塞决策更匹配网络当前状态；(4)为提升传播延迟量化器的准确性，利用吞吐量模型来评价各决策对环境的影响，利用Sarsa策略来动态规划和搜索最优决策因子。通过以上方式的协同控制，在吞吐量、传播延迟等方面提升了TCP协议在AdHoc网络中的性能。

技术领域：

本发明主要针对无线多跳自组织Ad Hoc网络环境下的TCP性能提升，涉及数据预测，跨层吞吐量计算，强化学习策略搜索。旨在解决现有TCP Vegas协议在无线Ad Hoc网络环境下存在的拥塞问题，属于无线通信领域。

背景技术：

TCP(Transmission Control Protoco1)是一种面向连接的、可靠的、端到端的传输层通信协议，它被用于提供各种可靠的数据传输服务。无线Ad H oc网络是一种无基础设施的新型移动网络，具有动态变化的网络拓扑结构、有限的主机能源、有限的无线通信距离等特点。TCP虽在多利场景中应用广泛并体现出优良的特性，但对于这种新兴的无线多跳AdHoc网络却容易出现拥塞，导致吞吐量低、传播延迟大和带宽利用率低等性能问题。

拥塞避免是TCP在Ad Hoc网络下拥塞控制的关键问题。针对改进拥塞控制方法提升网络整体性能问题，主要是基于速率的拥塞控制方法，将检查到的丢包和速率信息由中间路由节点传输到发端，发端根据这些信息区分拥塞丢包和无线丢包，从而合理控制发送速率，提高TCP吞吐量；另外一利典型方法是通过发送初始探测包，估计网络带宽，计算发送速率和时延，并以此速率发送数据。接收端将传输路径上的最大延时周期性的反馈给发送端，发端基于该信息进行流速控制；第三类常用方法是通过观测网络状态因子，动态更新拥塞窗口，自适应网络状态变化，例如：将拥塞控制阶段视为一个有限状态的马尔可夫过程，拥塞窗口变化为动作，ack往返时延作为观测的反馈值，通过强化学习动态搜索最优动作策略，以提升网络性能。

上述拥塞控制方法主要存在着如下的不足：I在整体考虑拥塞控制机制过程中，将上一阶段的网络状态作为下一阶段的拥塞控制依据，不能协调网络状态可能突变的情况；II.TCP传输数据过程中，由于网络环境和业务的高动态特性，协议不能在低感知度的网络状态下，做出最正确的决策。

发明内容：

本发明的目的是克服上述问题，针对多跳Ad Hoc网络环境下的性能问题，提供一种基于灰色吞吐量预测的无线自组织TCP拥塞避免机制。本发明的具体技术方案如下：

基于灰色吞吐量预测的无线自组织TCP拥塞避免机制，包括以下步骤：

1)针对多跳Ad Hoc网络，由底层参数结合跨层吞吐量模型101计算当前阶段网络所承载的理论吞吐量状态，作为后续拥塞控制重要依据；

2)TCP传输数据过程中，由于网络环境和业务具有高度的动态特性，使得协议对现有环境状态的认知度降低，本设计利用灰色预测器102和残差修正103，挖掘穷吞吐量数据101的潜在信息，作为下一阶段拥塞避免机制104的决策依据；

3)本设计利用传播延迟量化器105将延迟量化为拥塞窗口效用参数变化率，避免使用单一的拥塞决策效用参数，使拥塞决策更匹配网络当前状态；

4)为提升传播延迟量化器105的准确性，本设计利用Sarsa策略搜索106，利用101提出的吞吐量模型评价各决策对环境造成的影响，动态规划和搜索最优决策因子，达到最优控制的目的。

本发明提出的基于灰色吞吐量预测的拥塞避免机制不仅能够提升TCP协议在无线拓扑高速变换环境下的吞吐量，降低其延迟，而且能保证Vega协议与其他协议版本数据流公平传输。