無(wú)線SDN穩(wěn)定性擁塞控制算法研究.pdf

1、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中大量數(shù)據(jù)傳輸會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，無(wú)線軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Wireless Software Defined Network，WSDN）穩(wěn)定性擁塞控制技術(shù)是解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的技術(shù)手段。該技術(shù)通過(guò)優(yōu)化在傳播時(shí)延和外部干擾影響下WSDN中網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，保持網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定。本文分別從分布式和集中式擁塞控制技術(shù)的分析著手，對(duì)傳播時(shí)延下穩(wěn)定性算法以及傳播時(shí)延和外部干擾下魯棒性算法進(jìn)行了深入研究，主要開(kāi)展了WSDN穩(wěn)定性擁塞控制技術(shù)的模型建立

2、、控制算法和性能分析研究，本文主要貢獻(xiàn)概括如下：
　?。?）針對(duì)大量數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)致WSDN中擁塞控制的不穩(wěn)定問(wèn)題，即如何在穩(wěn)定性擁塞控制下使得在傳播時(shí)延下WSDN網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定在最大化全局吞吐量?jī)?yōu)化值處，以及在魯棒性擁塞控制下使得在傳播時(shí)延和外部干擾下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間保持其穩(wěn)定狀態(tài)，提出了一種分層分布式WSDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由WSDN核心網(wǎng)（Core-WSDN）和分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)（Subnetwork Cluster Wi

3、reless Sen-sor Network，Sub-CWSN）兩部分混合分層組成。通過(guò)混合分層方式，分別研究了在傳播時(shí)延和外部干擾下WSDN中分布式Sub-CWSN和集中式Core-WSDN擁塞控制的穩(wěn)定性。提出了相應(yīng)的穩(wěn)定性擁塞控制算法，經(jīng)理論分析，得到了傳播時(shí)延下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定在最大化全局吞吐量?jī)?yōu)化值處的穩(wěn)定充分條件；并提出了相應(yīng)的魯棒性擁塞控制算法，經(jīng)理論分析，得到了傳播時(shí)延和外部干擾下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)能保持在優(yōu)化狀態(tài)下的穩(wěn)定充分

4、條件。解決了WSDN擁塞控制的全局穩(wěn)定性控制問(wèn)題。
　?。?）針對(duì)WSDN穩(wěn)定性擁塞控制的全局吞吐量性能優(yōu)化問(wèn)題，提出了相應(yīng)的最大化全局吞吐量的調(diào)度算法?；赪SDN的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，分析網(wǎng)絡(luò)中處理數(shù)據(jù)流的節(jié)點(diǎn)資源分配。該算法是一種網(wǎng)絡(luò)資源公平分配的優(yōu)化算法，為擁塞控制的穩(wěn)定性算法提供了理想化的控制目標(biāo)，為WSDN穩(wěn)定性和魯棒性擁塞控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了支撐。
　　（3）考慮分布式Sub-CWSN全局穩(wěn)定性擁塞控制，通過(guò)對(duì)其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

5、和所需探測(cè)調(diào)整技術(shù)的分析，本文先提出了一種基于加性增加乘性減少(Additive-Increase Multiple-Decrease， AIMD)策略、隨機(jī)早期檢測(cè)（Random Early Detection， RED）和鄰居節(jié)點(diǎn)信道競(jìng)爭(zhēng)的調(diào)整算法。在此算法基礎(chǔ)上，給出了Sub-CWSN簇同步概念，即同一簇中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送速率增減一致，再提出了一種Sub-CWSN全局穩(wěn)定性擁塞控制簇同步算法，采用控制論中穩(wěn)定性分析法，通過(guò)對(duì)Lyapu

6、nov-Krasovskii 泛函的分析，將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略和控制論中穩(wěn)定性分析理論相結(jié)合，使得Sub-CWSN全局擁塞控制算法轉(zhuǎn)化為擁塞控制全局簇同步算法，最后得到了穩(wěn)定性擁塞控制的穩(wěn)定充分條件。數(shù)值結(jié)果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定工作在最大化吞吐量的優(yōu)化值處，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性擁塞控制，比傳統(tǒng)RED算法具有優(yōu)勢(shì)。
　?。?）針對(duì)傳播時(shí)延和外部干擾對(duì)Sub-CWSN和Core-WSDN擁塞控制系統(tǒng)影響導(dǎo)致

7、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)增大和不穩(wěn)定等問(wèn)題，建立了在傳播時(shí)延和外部干擾下?lián)砣刂颇Ｐ?，提出了?shí)現(xiàn)該模型相應(yīng)的魯棒性擁塞控制算法。該算法在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的前提下，能克服傳播時(shí)延和外部干擾的影響，實(shí)現(xiàn)魯棒性擁塞控制，經(jīng)理論分析，得到了魯棒性擁塞控制的穩(wěn)定充分條件。數(shù)值結(jié)果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作在最大化吞吐量的優(yōu)化值處，解決了在傳播時(shí)延和外部干擾下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的全局魯棒性控制問(wèn)題，比傳統(tǒng)擁塞控制算法具有優(yōu)勢(shì)。
　?。?

8、）為了簡(jiǎn)化Core-WSDN擁塞控制算法過(guò)程，通過(guò)中央控制器基于全局擁塞狀態(tài)信息，給出了填充等待時(shí)間概念，建立了在傳播時(shí)延和外部干擾下?lián)砣刂颇Ｐ?，提出了一種集中式Core-WSDN離散魯棒性擁塞控制算法，經(jīng)理論分析，得到了魯棒性擁塞控制算法的穩(wěn)定充分條件。數(shù)值結(jié)果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作在最大化吞吐量的優(yōu)化值處，解決了在傳播時(shí)延和外部干擾下集中式Core-WSDN離散擁塞控制的全局魯棒性控制問(wèn)題。與已有算