互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制算法若干問(wèn)題研究.pdf

1、自從互聯(lián)網(wǎng)(Internet)誕生以來(lái)，網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)流量分布的不均衡使得擁塞問(wèn)題一直困擾著其發(fā)展。伴隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴(kuò)大和應(yīng)用類型的豐富，網(wǎng)絡(luò)擁塞也變得越來(lái)越嚴(yán)重。雖然實(shí)踐證明基于源端的TCP擁塞控制機(jī)制能夠有效防止擁塞崩潰地發(fā)生，但是TCP擁塞控制機(jī)制仍然面臨著許多新的危機(jī)。因此，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求網(wǎng)絡(luò)本身也必須參與到擁塞控制中去。目前，基于源端的TCP擁塞控制機(jī)制和基于網(wǎng)絡(luò)端的擁塞避免機(jī)制兩者相結(jié)合已經(jīng)成為解決擁塞控制問(wèn)題的一個(gè)主

2、要途徑之一，形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信與自動(dòng)控制等幾個(gè)交叉學(xué)科一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。 Internet擁塞控制可以看作是一個(gè)具有通信時(shí)延的非線性動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)。本文著重討論基于網(wǎng)絡(luò)端的擁塞避免機(jī)制中的主動(dòng)隊(duì)列管理算法設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，主要的研究成果如下： (1)提出了一種魯棒非線性主動(dòng)隊(duì)列管理算法，解決了中小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中存在的傳輸時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)變對(duì)系統(tǒng)性能的影響問(wèn)題。首先，由流體流模型推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)模型為參數(shù)區(qū)間不確

3、定一階時(shí)滯線性系統(tǒng)。其次，在確定使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的非線性主動(dòng)隊(duì)列管理算法控制參數(shù)集基礎(chǔ)上，利用遺傳算法獲得了基于改進(jìn)誤差絕對(duì)值時(shí)間積分指標(biāo)最優(yōu)的控制參數(shù)，解決了主動(dòng)隊(duì)列管理算法參數(shù)設(shè)置難題。基于擴(kuò)展到時(shí)滯系統(tǒng)的棱邊定理，設(shè)計(jì)了魯棒非線性主動(dòng)隊(duì)列管理算法。仿真結(jié)果表明該算法具有良好的控制性能，對(duì)參數(shù)區(qū)間不確定系統(tǒng)有較好魯棒性。 (2)提出了一種簡(jiǎn)單易用的預(yù)測(cè)PI擁塞控制算法，解決了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中存在的大時(shí)滯問(wèn)題。首先，利用Smith預(yù)

4、估器補(bǔ)償時(shí)延滯后，按Dahlin算法設(shè)計(jì)控制器，將控制器參數(shù)和預(yù)估對(duì)象模型參數(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了預(yù)測(cè)PI擁塞控制算法。其次，分析了系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性和存在鏈路容量干擾時(shí)瓶頸隊(duì)列的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性。通過(guò)仿真驗(yàn)證了預(yù)測(cè)PI算法控制性能優(yōu)于RED、PI算法，能夠適用于存在較大時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)。 (3)提出了一種預(yù)測(cè)PI擁塞控制算法的參數(shù)自適應(yīng)機(jī)制來(lái)處理網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的較大變化問(wèn)題。首先，利用預(yù)測(cè)PI算法控制參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的確定關(guān)系，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的在線估計(jì)

5、來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使得控制器能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化。其次，結(jié)合自適應(yīng)機(jī)制分析了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和給出了自適應(yīng)參數(shù)的設(shè)定原則。仿真結(jié)果顯示自適應(yīng)預(yù)測(cè)PI算法具有較強(qiáng)的魯棒性，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的較大變化。 (4)提出了一種基于速率的增強(qiáng)自適應(yīng)虛擬隊(duì)列管理算法(EAVQ)。EAVQ引入主從擁塞尺度和期望鏈路利用比的概念，以輸入速率為主要擁塞尺度，保留了AVQ響應(yīng)速度較快、低隊(duì)列時(shí)延、高鏈路利用率等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，以期望鏈路利用比為輔助擁

6、塞準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)了一種基于速率的期望鏈路利用比自適應(yīng)機(jī)制，解決了AVQ存在著參數(shù)設(shè)定困難、隊(duì)列抗干擾能力較弱及存在一定的鏈路損失等缺點(diǎn)，在改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)保證了鏈路容量的充分利用。在線性化基礎(chǔ)上給出了一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下TCP/EAVQ系統(tǒng)的局部穩(wěn)定條件。通過(guò)仿真驗(yàn)證了EAVQ具有極高的鏈路利用率，極低的分組丟棄率，受控的隊(duì)列長(zhǎng)度、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)具有魯棒性等優(yōu)點(diǎn)。 (5)對(duì)一類原始一對(duì)偶擁塞控制算法在無(wú)時(shí)延和考慮時(shí)延兩種