基于控制理論的通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究.pdf

1、隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量越來(lái)越多,網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量越來(lái)越復(fù)雜,不斷增長(zhǎng)的需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題變得日益嚴(yán)重。擁塞控制對(duì)于保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的魯棒性,保持較高的服務(wù)質(zhì)量具有重要意義,是當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)研究中極為活躍的重要組成部分,是涉及通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)控制等學(xué)科的交叉研究課題。主動(dòng)隊(duì)列管理(Active Queue Management,AQMI)策略作為對(duì)傳輸控制協(xié)議(Transmission Con

2、trol Protocol,TCP)擁塞控制機(jī)制的有效補(bǔ)充,是擁塞控制研究中的熱點(diǎn)。擁塞控制是典型的反饋控制,因此基于控制理論研究擁塞控制引起了廣泛關(guān)注。本文針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制中的突出難題,包括TCP/AQM系統(tǒng)模型、穩(wěn)定性、魯棒性和主動(dòng)隊(duì)列管理算法適應(yīng)性等,取得的主要成果與創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 ⑴提出了一種分析TCP/AQM系統(tǒng)穩(wěn)定性的圖形化方法?；趽砣刂频亩A時(shí)滯系統(tǒng)模型,利用特征偽多項(xiàng)式描述系統(tǒng)的穩(wěn)定性,給出了判定系統(tǒng)

3、穩(wěn)定性的充要條件。基于逆Nyquist曲線和負(fù)頻率特征線,用圖形化的分析方法驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。獲得了保證系統(tǒng)穩(wěn)定的PID控制器參數(shù)范圍,并分析了控制器比例增益邊界與網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)的關(guān)系。
　　 ⑵提出了一種基于改進(jìn)PID控制的主動(dòng)隊(duì)列管理算法。將積分分離PID與不完全微分PID的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,分析了改進(jìn)PID控制器的工作原理,說(shuō)明了算法實(shí)現(xiàn)步驟和參數(shù)整定方法。減小了傳統(tǒng)PID控制中由于積分飽和作用以及微分對(duì)噪聲的放大作用導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)性

4、能的不利影響。
　　 ⑶針對(duì)擁塞控制模型的時(shí)滯特性,提出了基于魯棒控制理論的主動(dòng)隊(duì)列管理方法。針對(duì)TCP/AQM系統(tǒng)的離散時(shí)滯模型,設(shè)計(jì)了基于靜態(tài)輸出反饋控制的主動(dòng)隊(duì)列管理算法。針對(duì)TCP/AQM系統(tǒng)的不確定時(shí)滯模型,設(shè)計(jì)了基于含時(shí)滯靜態(tài)輸出反饋控制的主動(dòng)隊(duì)列管理算法。針對(duì)TCP/AQM系統(tǒng)的時(shí)滯有界模型,設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)輸出反饋控制的主動(dòng)隊(duì)列管理算法。
　　 ⑷為提高擁塞控制算法的適應(yīng)性,提出了基于智能控制理論的主動(dòng)隊(duì)列