基于控制理論的通信網(wǎng)絡擁塞控制研究.pdf

1、隨著通信網(wǎng)絡規(guī)模越來越大,網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量越來越多,網(wǎng)絡業(yè)務流量越來越復雜,不斷增長的需求對網(wǎng)絡的負載能力提出了嚴峻挑戰(zhàn),網(wǎng)絡擁塞問題變得日益嚴重。擁塞控制對于保障網(wǎng)絡系統(tǒng)的魯棒性,保持較高的服務質(zhì)量具有重要意義,是當前通信網(wǎng)絡研究中極為活躍的重要組成部分,是涉及通信網(wǎng)絡、計算機科學和自動控制等學科的交叉研究課題。主動隊列管理(Active Queue Management,AQMI)策略作為對傳輸控制協(xié)議(Transmission Con

2、trol Protocol,TCP)擁塞控制機制的有效補充,是擁塞控制研究中的熱點。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注。本文針對通信網(wǎng)絡擁塞控制中的突出難題,包括TCP/AQM系統(tǒng)模型、穩(wěn)定性、魯棒性和主動隊列管理算法適應性等,取得的主要成果與創(chuàng)新點如下：
　　 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時滯系統(tǒng)模型,利用特征偽多項式描述系統(tǒng)的穩(wěn)定性,給出了判定系統(tǒng)

3、穩(wěn)定性的充要條件?；谀鍺yquist曲線和負頻率特征線,用圖形化的分析方法驗證系統(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)絡特征參數(shù)的關系。
　　 ⑵提出了一種基于改進PID控制的主動隊列管理算法。將積分分離PID與不完全微分PID的優(yōu)點相結合,分析了改進PID控制器的工作原理,說明了算法實現(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噪聲的放大作用導致對系統(tǒng)性

4、能的不利影響。
　　 ⑶針對擁塞控制模型的時滯特性,提出了基于魯棒控制理論的主動隊列管理方法。針對TCP/AQM系統(tǒng)的離散時滯模型,設計了基于靜態(tài)輸出反饋控制的主動隊列管理算法。針對TCP/AQM系統(tǒng)的不確定時滯模型,設計了基于含時滯靜態(tài)輸出反饋控制的主動隊列管理算法。針對TCP/AQM系統(tǒng)的時滯有界模型,設計了基于動態(tài)輸出反饋控制的主動隊列管理算法。
　　 ⑷為提高擁塞控制算法的適應性,提出了基于智能控制理論的主動隊列