基于控制理論的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)展和用戶數(shù)量的膨脹,網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題也越來越嚴(yán)重。擁塞導(dǎo)致的直接后果是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能下降：包括分組丟失率增加、端到端延遲增大、網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降,甚至有可能使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生崩潰。所以有效地解決擁塞問題是改善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能,提高網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)質(zhì)量的主要手段。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而有效的擁塞控制算法成為網(wǎng)絡(luò)管理中亟待解決的問題。網(wǎng)絡(luò)擁塞控制可以看作是一個(gè)反饋控制系統(tǒng),故從控制理論的角度研究網(wǎng)絡(luò)擁塞控制可以得到更有效的結(jié)果。利用控制理論分析現(xiàn)有擁塞控

2、制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并設(shè)計(jì)新的擁塞控制算法,具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。因此進(jìn)一步探索基于控制理論的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法是非常必要的。本文研究了基于控制理論的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 ⑴針對(duì)改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化模型,提出一個(gè)大時(shí)滯網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法稱為改進(jìn)的混沌優(yōu)化PID控制算法(ICPID)。改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化模型考慮了時(shí)滯的影響,利用這個(gè)模型,AQM路由器應(yīng)用改進(jìn)的混沌優(yōu)化策略優(yōu)化PID控制器參數(shù)。然后針對(duì)PID控制器

3、不能隨著變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在線調(diào)節(jié)參數(shù),提出了一種基于增益自適應(yīng)Smith預(yù)估控制和模糊控制的大時(shí)滯網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)PID主動(dòng)隊(duì)列管理(GAS-FPID)算法。引入增益自適應(yīng)Smith預(yù)估控制器實(shí)現(xiàn)滯后補(bǔ)償,模糊控制器來實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的在線調(diào)整。
　　 ⑵針對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的時(shí)變性,將TCP模型描述為具有狀態(tài)延時(shí)和輸入延時(shí)的系統(tǒng),設(shè)計(jì)了基于觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制器,利用線性矩陣不等式(Linear MatrixInequality,

4、LMI)和Lyapunov-Krasovskii理論得到使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不依賴于延遲的漸近穩(wěn)定的控制器參數(shù);針對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的不確定性和鏈路帶寬的時(shí)變性設(shè)計(jì)一種主動(dòng)隊(duì)列管理算法,將可獲得的鏈路帶寬作為標(biāo)稱值,而不可獲得的未知的時(shí)變鏈路帶寬作為干擾信號(hào),以狀態(tài)空間的形式描述TCP/AQM模型,用時(shí)間域.Hoo控制方法來解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。
　　 ⑶針對(duì)具有通信時(shí)延的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題,利用圖論對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模,借鑒領(lǐng)導(dǎo)者.跟隨

5、者的思想設(shè)計(jì)了一致?lián)砣刂扑惴?Congestion Control Based Consensus,CCBC),根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀況,合理的調(diào)節(jié)所有傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送速率,應(yīng)用Lyapunov函數(shù)證明算法在變拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的有效性。
　　 ⑷針對(duì)一個(gè)用于無線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法設(shè)計(jì)的具有通信時(shí)延的流體流模型進(jìn)行Hopf分岔分析,以通信時(shí)延作為分岔參數(shù),證明此模型H0pf分岔的存在性,并應(yīng)用中心流形和規(guī)范型理論推導(dǎo)出確定Hopf