本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及排隊論，以及優(yōu)化理論。

背景技術(shù)：

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一直都是研究和應(yīng)用的熱點。眾多的專家和研究學(xué)者對無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷分析和研究，使其得到了迅速持續(xù)的發(fā)展，越來越多種類的802.11X標準被提出，不斷的得到更新，各種新穎的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被提出，對它們的實現(xiàn)也在不斷的進行，對它們部署及應(yīng)用也在深入開展。

當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中存在過多的報文時，網(wǎng)絡(luò)的性能會下降，這種現(xiàn)象稱為擁塞，網(wǎng)絡(luò)中的擁塞來源于網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)流量分布的不均衡性。擁塞不會隨著網(wǎng)絡(luò)處理能力的提高而消除。由網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的原因可知，雖然擁塞的產(chǎn)生源于資源短缺，但單方面增加資源并不能避免擁塞的發(fā)生，有時甚至?xí)又負砣潭?，一種典型的擁塞控制機制如圖1所示。例如，增加網(wǎng)關(guān)緩存會增大報文通過網(wǎng)關(guān)的延遲，當(dāng)數(shù)據(jù)包經(jīng)過長時間的排隊完成轉(zhuǎn)發(fā)時它們早己超時，而源端認為這些數(shù)據(jù)包已經(jīng)被丟棄，開始重傳，但這些數(shù)據(jù)包仍在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，反而浪費了網(wǎng)絡(luò)資源且加重了網(wǎng)絡(luò)擁塞。又如，處理機的處理速率太慢可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，但單純提高該處理器的性能，網(wǎng)絡(luò)的瓶頸又會轉(zhuǎn)移到其它地方，導(dǎo)致系統(tǒng)各部分的不匹配。總之，擁塞控制算法的設(shè)計存在以下幾方面的困難：

(1)算法的分布性：擁塞控制算法的實現(xiàn)分布在不同的網(wǎng)絡(luò)層次以及多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中。采用分布式的擁塞控制算法可以降低單個節(jié)點的處理復(fù)雜度，同時提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性。

(2)算法的可擴展性：網(wǎng)絡(luò)中各處的性能有很大的差異，對于不同的網(wǎng)絡(luò)條件，如網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的變化，帶寬的變化，鏈路傳輸時延的變化，不同的端系統(tǒng)狀況，以及存在多種數(shù)據(jù)流時，擁塞控制算法都應(yīng)具有相對較好的性能指標。

(3)算法的性能要求：擁塞控制算法對性能有很高的要求，包括算法的效率、公平性、穩(wěn)定性、魯棒性和收斂性。通常的擁塞控制策略只能達到部分的性能要求，因此對這些指標需要綜合考慮。

(4)算法的易實現(xiàn)性：擁塞控制算法的設(shè)計與實現(xiàn)要盡可能簡單，不僅要盡量減少附加的網(wǎng)絡(luò)流量，而且要減少反饋信號的復(fù)雜度，同時擁塞控制算法的設(shè)計還必須盡可能降低該算法在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的計算量和實現(xiàn)的復(fù)雜度。

(5)擁塞的復(fù)雜性：通信網(wǎng)絡(luò)己發(fā)展成為一個龐大的復(fù)雜性系統(tǒng)，其復(fù)雜性在于網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的復(fù)雜性如自相似，自組織臨界和擁塞相變現(xiàn)象等。

因此，為實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸效能提升，有必要建立高效的擁塞控制機制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：通過建立終端喚醒機制、數(shù)據(jù)加密機制和實現(xiàn)時鐘同步優(yōu)化，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的安全加密認證。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟，如圖2所示：

A、建立最優(yōu)擁塞控制速率模型；

B、建立擁塞最優(yōu)控制機制。

所述步驟A中，建立最優(yōu)擁塞控制速率模型：

0≤p_u≤1,0<q_v<1

其中源節(jié)點s至目的節(jié)點t∈T_s的傳輸路徑為A，A與邏輯鏈路I_u＝(f,H)重疊的傳輸路徑集合為B，為B中經(jīng)過業(yè)務(wù)匯聚節(jié)點h的業(yè)務(wù)流速率，T_s為目的節(jié)點集合，為由來至源節(jié)點s且經(jīng)過邏輯鏈路(f,H)的業(yè)務(wù)流速率，x_s為源節(jié)點s發(fā)起的會話的業(yè)務(wù)流速率，r_u,v為邏輯鏈路I_u∈(f,J)的傳輸速率，p_u為第u個邏輯鏈路I_u的權(quán)重系數(shù)，q_v為第v個傳輸場景的權(quán)重系數(shù)，S為源節(jié)點集合，邏輯鏈路(f,H)采用廣播路由，H為業(yè)務(wù)流匯聚節(jié)點集合，tr(u)為邏輯鏈路I_u的發(fā)射端，為基于邏輯鏈路I_u的會話s的業(yè)務(wù)流速率，ε_f為節(jié)點f的初始能量，e_u,v為邏輯鏈路I_u的平均傳輸能量，T_f為節(jié)點f的生存時間，N為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點集合，x_f,s為決策變量，若節(jié)點f為會話的源節(jié)點，則x_f,s＝x_s，若節(jié)點f為會話的sink節(jié)點，則x_f,s＝-x_s，若節(jié)點f不為會話的源節(jié)點或sink節(jié)點，則x_f,s＝0，L為邏輯鏈路集合，λ、λ₁和λ₂均為平衡權(quán)重系數(shù)，W₁和W₂分別為λ₁和λ₂的調(diào)節(jié)因子，F(xiàn)為節(jié)點集合。

所述步驟B中，進行模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化，具體為：a.初始化q值，q[i,j]＝0,1≤i≤N,1≤j≤J；b.設(shè)置行為觸發(fā)策略：當(dāng)觸發(fā)概率為1-ε時，a_i＝argmax_kq[i,k]，當(dāng)觸發(fā)概率為ε時，a_i＝random{a_k,k＝1,2,...,J}；c.獲得模糊邏輯控制的全局行為參數(shù)d.計算e.采用行為參數(shù)并進入下一狀態(tài)s(t+1)；f.獲得新狀態(tài)量g.計算誤差信號ΔQ＝r(t+1)+γ·V_t(s(t+1))-Q(s(t),a)，γ為權(quán)重系數(shù)；h.采用規(guī)則q[i,a_i]⁺＝q[i_,a_i]+η·ΔQ·α_i(s(t))更新q值；i.重復(fù)上述步驟，并不斷更新s(t)，當(dāng)獲得最優(yōu)解的收斂域時，則停止計算，其中α_i(s)為a_i的權(quán)重系數(shù)，Q(s(t),a)為在狀態(tài)為s(t)、迭代次數(shù)為t和模糊控制行為參數(shù)為a的Q函數(shù)值，α_i(s)為模糊邏輯規(guī)則i的信任度，r(t+1)為正向增強信號，η為學(xué)習(xí)速率，i為模糊邏輯規(guī)則數(shù)目，j為模糊邏輯規(guī)則修正數(shù)目。

所述步驟B中，設(shè)置擁塞控制的模糊規(guī)則，具體為：模糊控制單元由模糊規(guī)則庫、模糊處理單元、解模糊處理單元和干擾引擎組成；模糊處理單元接收R_ij和HO margin，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制行為，如圖3所示，具體為：(1).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為H時，模糊控制行為為EL；(2).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為M時，模糊控制行為為VL；(3).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為L時，模糊控制行為為L；(4).當(dāng)R_ij為均衡和HO margin為H時，模糊控制行為為N；(5).當(dāng)R_ij為均衡和HO margin為M時，模糊控制行為為N；(6).當(dāng)R_ij為均衡和HO margin為L時，模糊控制行為為N；(7).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為L時，模糊控制行為為EH；(8).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為M時，模糊控制行為為VH；其中L為低級，M為中級，H為高級，EL為超低級，VL為甚低級，N為空集，VH為甚高級，EH為超高級，R_ij為非均衡(i→j)表示業(yè)務(wù)流由i至j，R_ij為均衡表示i與j之間不存在業(yè)務(wù)流傳輸，R_ij＝CBR_i-CBR_j，如圖4所示。

所述步驟B中，建立最優(yōu)擁塞控制模型，其由無線網(wǎng)絡(luò)、模糊控制單元和模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化單元組成，如圖5所示，模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化單元接收從無線網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息獲得的CDR_i和CDR_j信息，并輸出ΔHO margin₁，模糊控制單元接收來至無線網(wǎng)絡(luò)的HO margin和(CBR_i-CBR_j)信息和模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化單元的輸出ΔHO margin₁，并輸出ΔHO margin₂至無線網(wǎng)絡(luò)用于調(diào)節(jié)無線網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制能力，其中為呼叫阻塞率，為呼叫丟失率，N_blocked為接納控制中被阻塞的呼叫數(shù)目，N_accepted為接納控制中被接受的呼叫數(shù)目，N_dropped為接納控制中被丟棄的呼叫數(shù)目，N_succ為接納控制中成功完成通話的呼叫數(shù)目。

附圖說明

圖1一種典型的擁塞控制機制示意圖

圖2無線網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)擁塞控制流程示意圖

圖3模糊控制單元結(jié)構(gòu)示意圖

圖4模糊控制規(guī)則

圖5最優(yōu)擁塞控制結(jié)構(gòu)示意圖

具體實施方式

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一步，建立最優(yōu)擁塞控制速率模型：

0≤p_u≤1,0<q_v<1

其中源節(jié)點s至目的節(jié)點t∈T_s的傳輸路徑為A，A與邏輯鏈路I_u＝(f,H)重疊的傳輸路徑集合為B，為B中經(jīng)過業(yè)務(wù)匯聚節(jié)點h的業(yè)務(wù)流速率，T_s為目的節(jié)點集合，為由來至源節(jié)點s且經(jīng)過邏輯鏈路(f,H)的業(yè)務(wù)流速率，x_s為源節(jié)點s發(fā)起的會話的業(yè)務(wù)流速率，r_u,v為邏輯鏈路I_u∈(f,J)的傳輸速率，p_u為第u個邏輯鏈路I_u的權(quán)重系數(shù)，q_v為第v個傳輸場景的權(quán)重系數(shù)，S為源節(jié)點集合，邏輯鏈路(f,H)采用廣播路由，H為業(yè)務(wù)流匯聚節(jié)點集合，tr(u)為邏輯鏈路I_u的發(fā)射端，為基于邏輯鏈路I_u的會話s的業(yè)務(wù)流速率，ε_f為節(jié)點f的初始能量，e_u,v為邏輯鏈路I_u的平均傳輸能量，T_f為節(jié)點f的生存時間，N為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點集合，x_f,s為決策變量，若節(jié)點f為會話的源節(jié)點，則x_f,s＝x_s，若節(jié)點f為會話的sink節(jié)點，則x_f,s＝-x_s，若節(jié)點f不為會話的源節(jié)點或sink節(jié)點，則x_f,s＝0，L為邏輯鏈路集合，λ、λ₁和λ₂均為平衡權(quán)重系數(shù)，W₁和W₂分別為λ₁和λ₂的調(diào)節(jié)因子，F(xiàn)為節(jié)點集合。

第二步，進行模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化，具體為：a.初始化q值，q[i,j]＝0,1≤i≤N,1≤j≤J；b.設(shè)置行為觸發(fā)策略：當(dāng)觸發(fā)概率為1-ε時，a_i＝argmax_kq[i,k]，當(dāng)觸發(fā)概率為ε時，a_i＝random{a_k,k＝1,2,...,J}；c.獲得模糊邏輯控制的全局行為參數(shù)d.計算e.采用行為參數(shù)并進入下一狀態(tài)s(t+1)；f.獲得新狀態(tài)量g.計算誤差信號ΔQ＝r(t+1)+γ·V_t(s(t+1))-Q(s(t),a)，γ為權(quán)重系數(shù)；h.采用規(guī)則q[i,a_i]⁺＝q[i,a_i]+η·ΔQ·α_i(s(t))更新q值；i.重復(fù)上述步驟，并不斷更新s(t)，當(dāng)獲得最優(yōu)解的收斂域時，則停止計算，其中α_i(s)為a_i的權(quán)重系數(shù)，Q(s(t),a)為在狀態(tài)為s(t)、迭代次數(shù)為t和模糊控制行為參數(shù)為a的Q函數(shù)值，α_i(s)為模糊邏輯規(guī)則i的信任度，r(t+1)為正向增強信號，η為學(xué)習(xí)速率，i為模糊邏輯規(guī)則數(shù)目，j為模糊邏輯規(guī)則修正數(shù)目。

第三步，設(shè)置擁塞控制規(guī)則，具體為：模糊控制單元由模糊規(guī)則庫、模糊處理單元、解模糊處理單元和干擾引擎組成；模糊處理單元接收R_ij和HO margin，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制行為，具體為：(1).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為H時，模糊控制行為為EL；(2).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為M時，模糊控制行為為VL；(3).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為L時，模糊控制行為為L；(4).當(dāng)R_ij為均衡和HO margin為H時，模糊控制行為為N；(5).當(dāng)R_ij為均衡和HO margin為M時，模糊控制行為為N；(6).當(dāng)R_ij為均衡和HO margin為L時，模糊控制行為為N；(7).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為L時，模糊控制行為為EH；(8).當(dāng)R_ij為非均衡(i→j)和HO margin為M時，模糊控制行為為VH；其中L為低級，M為中級，H為高級，EL為超低級，VL為甚低級，N為空集，VH為甚高級，EH為超高級，R_ij為非均衡(i→j)表示業(yè)務(wù)流由i至j，R_ij為均衡表示i與j之間不存在業(yè)務(wù)流傳輸，R_ij＝CBR_i-CBR_j。

第四步，建立最優(yōu)擁塞控制模型，其由無線網(wǎng)絡(luò)、模糊控制單元和模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化單元組成，模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化單元接收從無線網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息獲得的CDR_i和CDR_j信息，并輸出ΔHO margin₁，模糊控制單元接收來至無線網(wǎng)絡(luò)的HO margin和(CBR_i-CBR_j)信息和模糊學(xué)習(xí)優(yōu)化單元的輸出ΔHO margin₁，并輸出ΔHO margin₂至無線網(wǎng)絡(luò)用于調(diào)節(jié)無線網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制能力，其中為呼叫阻塞率，為呼叫丟失率，N_blocked為接納控制中被阻塞的呼叫數(shù)目，N_accepted為接納控制中被接受的呼叫數(shù)目，N_dropped為接納控制中被丟棄的呼叫數(shù)目，N_succ為接納控制中成功完成通話的呼叫數(shù)目。

本發(fā)明提出了一種無線網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)擁塞控制方法，通過建立最優(yōu)擁塞控制速率模型和擁塞最優(yōu)控制機制，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化利用。