基于控制理論的TCP網絡的主動隊列管理算法研究.pdf

1、隨著網絡規(guī)模的快速增長以及網絡上的用戶和應用的不斷增加，網絡擁塞已經成為一個十分重要的問題?；诼酚善鞯闹鲃雨犃泄芾頇C制，與TCP協議的擁塞控制相結合，是解決目前TCP網絡擁塞控制問題一個主要途徑。所以，對主動隊列管理算法的研究成為了TCP網絡領域的一個熱點問題。
　　TCP網絡可以看作是一個非線性動態(tài)反饋控制系統，故從控制理論的角度分析和設計主動隊列管理算法可以得到更有效的結果。本文在分析了主動隊列管理機制的基礎上，利用控制理論

2、中的方法對主動隊列管理算法進行了研究，主要的研究工作和結論如下：
　　針對TCP網絡的擁塞控制問題，提出了一種基于RBF神經網絡的自適應滑?？刂扑惴ā？紤]到網絡系統的不確定性上界很難獲得，使用RBF神經網絡對系統不確定的上界進行自適應學習來避免必須事先知道系統不確定的上界。將RBF神經網絡的輸出作為不確定上界的補償，從而消除了系統的不確定帶來的影響。應用RBF神經網絡設計了一個自適應滑?？刂破鳎O計的控制器既保證了滑動模態(tài)的存在

3、和系統的漸近穩(wěn)定性，又較好地抑制了系統不確定帶來的影響。仿真結果表明該算法具有較好的穩(wěn)定性和魯棒性。
　　針對TCP網絡存在網絡參數高度變化和UDP流的情況，提出了兩種非線性自適應滑?？刂扑惴ā？紤]到系統不確定的上界很難獲得，針對系統不確定的上界設計了一種自適應滑模控制器。由于使用了符號函數，該算法不能有效地抑制抖振。為此，設計了一種直接對不確定進行自適應的滑?？刂破?。仿真結果表明，對不確定自適應的滑模控制器優(yōu)于對上界自適應的滑模

4、控制器，對上界自適應的滑?？刂破鲀?yōu)于PI控制器。
　　為了改善TCP網絡的魯棒性能，基于自適應全局滑?？刂疲O計了一種非線性主動隊列管理算法。采用全局滑模控制消除了滑?？刂频牡竭_階段，保證了網絡系統在整個控制過程的魯棒性。采用RBF網絡直接逼近系統的總不確定可以有效地減小估計誤差。由于沒有使用符號函數或飽和函數，不僅可以有效地抑制系統的抖振，而且系統的響應更加平穩(wěn)。仿真結果表明，該算法具有較好的魯棒性和較快的系統響應。
　　

5、針對TCP網絡的負載具有較大的突發(fā)性和往返時延具有時變性的情況，基于RBF神經網絡和滑?？刂疲岢隽艘环N非線性主動隊列管理算法?？紤]到網絡系統參數是未知時變的，采用RBF神經網絡逼近網絡系統參數，使得主動隊列管理算法易于實現。依據李雅普諾夫理論設計了RBF神經網絡權值的自適應律，使得網絡系統參數得到了較好的估計。采用RBF神經網絡的輸出作為滑?？刂破鞯膮翟O計了一種主動隊列管理算法，使得網絡系統是漸近穩(wěn)定的。仿真結果表明所提出的算法具有

6、較快的響應和穩(wěn)定的隊列長度，在網絡參數變化時仍能獲得較好的魯棒性。
　　針對TCP網絡的有限時間擁塞控制問題，考慮到TCP網絡中存在不確定性和無響應流的干擾的情況，提出了兩種自適應有限時間主動隊列管理算法。首先，基于終端滑?？刂坪蚏BF神經網絡設計了一種自適應有限時間主動隊列管理算法。該算法使用RBF神經網絡估計系統總不確定，使得系統總不確定的界不需要知道?；赗BF神經網絡的輸出，設計了一種自適應終端滑?？刂破鳌５窃撍惴ㄓ嬎銖?/p>

7、雜，不僅會降低路由器的執(zhí)行效率，而且該算法在路由器中實施的難度也比較大。為此，基于反步方法設計了一種自適應有限時間主動隊列管理算法。該算法設計了一種簡單的自適應律，使得算法的實現比較簡單。在該算法的作用下，瞬時隊列長度能夠在有限時間內收斂到期望的隊列長度。仿真結果表明該算法在各種網絡環(huán)境下具有較好的有限時間穩(wěn)定性和魯棒性。
　　針對TCP網絡中存在輸入受限，參數不確定以及UDP流干擾的擁塞控制問題，給出兩種基于自適應滑?？刂频闹鲃?/p>