ATM網(wǎng)絡(luò)的流量控制和網(wǎng)絡(luò)管理問(wèn)題.pdf

1、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，以及信息高速公路Internet的興起，人們普遍認(rèn)識(shí)到信息及資源共享的重要意義。因此，基于Internet/Intranet技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)被廣泛采用。而在Internet/Intranet上傳輸?shù)男畔⒖赡苁菙?shù)據(jù)、話音、圖像或視頻等。對(duì)這些多功能的需求，現(xiàn)今的任何網(wǎng)都無(wú)法完成，因?yàn)檫@些網(wǎng)都是面對(duì)特定業(yè)務(wù)類型設(shè)計(jì)的。 ATM網(wǎng)絡(luò)綜合了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，既有電路交換的可靠性和低延時(shí)性，又有分組交換的

2、高效性。因此，ATM網(wǎng)絡(luò)能較好地適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)的需要，是對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一種根本性的改變。但是，ATM網(wǎng)絡(luò)也面臨著一些亟待解決的問(wèn)題，尤其是網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延問(wèn)題，目前，有許多應(yīng)用控制理論方法解決網(wǎng)絡(luò)中的延遲問(wèn)題的例子，且都取得了較好的控制效果。于是，本文利用控制理論中的方法，進(jìn)行ATM網(wǎng)絡(luò)的流量控制等相關(guān)問(wèn)題的研究。 首先，在基于極點(diǎn)配置方法的ATM網(wǎng)絡(luò)控制中，討論了將極點(diǎn)配置在不同的位置以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的問(wèn)題。將一般的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)

3、換為狀態(tài)空間方程的形式，利用現(xiàn)代控制理論中的極點(diǎn)配置方法，得到了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的反饋控制律，從而拓展了解決網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的新思路。所應(yīng)用的極點(diǎn)配置方法不僅能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整信源的發(fā)送速率，使信源快速響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，解決時(shí)延對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制帶來(lái)的不利影響，而且使鏈路帶寬和網(wǎng)絡(luò)資源得到了充分的利用。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所采用的極點(diǎn)配置算法能使網(wǎng)絡(luò)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。 其次，應(yīng)用有限拍方法討論了ATM網(wǎng)絡(luò)的ABR通信中基于速率反饋的流

4、量控制問(wèn)題。改進(jìn)了原有模型，引入新的對(duì)象傳函，使之更接近實(shí)際應(yīng)用。提出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的緩沖器隊(duì)列長(zhǎng)度的控制方法。此方法使系統(tǒng)的響應(yīng)在有限拍的時(shí)間內(nèi)嚴(yán)格地到達(dá)穩(wěn)態(tài)，信源發(fā)送速率能夠快速響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，較好地克服了時(shí)延對(duì)流量控制快速性和穩(wěn)定性的影響，從而有效地避免擁塞發(fā)生，同時(shí)降低信元丟失率。仿真結(jié)果驗(yàn)證了此算法的有效性。 再次，應(yīng)用最小方差控制算法對(duì)具有噪聲干擾ATM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行流量控制。動(dòng)態(tài)采樣網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)和隨機(jī)噪聲對(duì)流量

5、控制的不利影響，獲得較高的緩沖器利用率，而且此算法能夠預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)帶寬，使信源快速地、動(dòng)態(tài)地響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，從而克服了時(shí)延對(duì)流量控制產(chǎn)生的破壞性作用。仿真結(jié)果驗(yàn)證了最小方差控制算法能使網(wǎng)絡(luò)具有較小的偏差和良好的動(dòng)態(tài)性能。接著，采用工程實(shí)際中使用的伯德圖算法對(duì)ATM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行流量控制研究，此算法求出了網(wǎng)絡(luò)提供的帶寬與緩沖器隊(duì)列長(zhǎng)度閾值之間的關(guān)系，以及此閾值與系統(tǒng)源端輸入速率之間的關(guān)系。從而，不僅為緩沖器閾值的設(shè)定提供了理論依據(jù)，而且為系統(tǒng)源

6、端的輸入速率給出了理論參考范圍，仿真結(jié)果驗(yàn)證了伯德圖算法能使網(wǎng)絡(luò)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。 然后，在控制器的設(shè)計(jì)中考慮了變時(shí)延的影響，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)償，使得設(shè)計(jì)之后的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)中不含有延遲環(huán)節(jié)，從而源端能夠快速的響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，確保了信息的高速傳遞。同時(shí)，所設(shè)計(jì)的控制器實(shí)現(xiàn)了各個(gè)源端公平分配網(wǎng)絡(luò)的鏈路帶寬，保證了信源發(fā)送速率的有界性。 另外，ATM網(wǎng)絡(luò)在管理技術(shù)方面還存在著有待解決的問(wèn)題。本文從管理

7、者的角度出發(fā),討論了如何使網(wǎng)絡(luò)和用戶的整體利益得以保障的問(wèn)題。將對(duì)策論中的Nash平衡和Stackelberg策略概念引入多用戶網(wǎng)絡(luò)模型中，以引導(dǎo)各用戶采取有利于整體利益的行為，從而有效地實(shí)施了網(wǎng)絡(luò)控制。此部分工作包括兩個(gè)內(nèi)容： 其一，針對(duì)多優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信量的價(jià)控模型，討論了在確保最大盈余的情況下，各用戶的流量使用比率協(xié)調(diào)問(wèn)題?；趯?duì)策論方法，分別提出了線性和非線性激勵(lì)策略，改進(jìn)了對(duì)已有價(jià)控問(wèn)題的研究。在價(jià)控策略中引入激勵(lì)項(xiàng)，

8、使得網(wǎng)絡(luò)管理者可以更有效地引導(dǎo)各用戶采取有利于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的行為。數(shù)值例子說(shuō)明了此方法的適用性。 其二，在基于盈余函數(shù)分析的信道選擇方案中，討論了如何合理使用信道以獲得最大利益的問(wèn)題。ATM網(wǎng)絡(luò)中的信道管理問(wèn)題與流量管理問(wèn)題有相似之處。利用對(duì)策論協(xié)調(diào)多用戶系統(tǒng)的矛盾，分別提出了線性和非線性激勵(lì)策略以引導(dǎo)用戶以一定的原則來(lái)選擇信道。該方案不僅可以提高信道的利用率、降低呼阻率，而且可以保證用戶得到較滿意的盈余值。從仿真圖形中可以看出