高速通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量需求的提高，“擁塞”成為通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的“瓶頸問(wèn)題”。高速通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制是通信界與控制界的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域。本文側(cè)重研究ATM網(wǎng)絡(luò)和高速TCP網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析。 本文首先針對(duì)ATM網(wǎng)絡(luò)ABR業(yè)務(wù)流量管理問(wèn)題，基于隨動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，考慮時(shí)延對(duì)系統(tǒng)的影響，提出了一種基于離散模型的改進(jìn)的ABR流量控制算法，給出了保證時(shí)滯系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的參數(shù)選擇方法，實(shí)現(xiàn)了擁塞避免和可用帶寬的動(dòng)態(tài)公平分配

2、，改進(jìn)了現(xiàn)有算法的結(jié)果。 為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，簡(jiǎn)化算法，本文提出了一種快速隊(duì)列跟蹤控制器。所設(shè)計(jì)的控制器包含兩部分：跟蹤控制器和前饋控制器，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)給定期望隊(duì)列長(zhǎng)度的靜態(tài)無(wú)差跟蹤和對(duì)可用帶寬干擾的有效抑制。通過(guò)嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，得到了保證系統(tǒng)控制器和閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)范圍，同時(shí)獲得了在高突發(fā)性VBR業(yè)務(wù)背景下不同鏈接的Max-Min動(dòng)態(tài)公平性。該算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，所需參數(shù)少，可適應(yīng)較大范圍變化的回路時(shí)延。 文章的第三部分充

3、分考慮廣域網(wǎng)大傳輸時(shí)延和高帶寬時(shí)延積特征，以緩沖區(qū)內(nèi)隊(duì)列長(zhǎng)度為QoS衡量尺度，將ABR可用帶寬視為系統(tǒng)的未知有界擾動(dòng)信息，設(shè)計(jì)雙Smith預(yù)估器，從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度出發(fā)分別分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)為抑制模型失配信息和控制器輸入飽和問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)了反饋濾波器和輔助控制器。該方案可在較大回路時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，由可用帶寬波動(dòng)引起的響應(yīng)可被完全抑制，且不需要測(cè)量可用帶寬信息。 文章接下來(lái)針對(duì)基于模型擁塞算法中對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型理想

4、化、線性化等不足，基于ER反饋控制機(jī)制，設(shè)計(jì)了Fuzzy-PID型ER．控制器。不需對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)精確建模，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性，充分考慮飽和非線性因素的影響，通過(guò)合理選擇控制參數(shù)，制定了具有較強(qiáng)適應(yīng)性的控制規(guī)則，分別優(yōu)化PID參數(shù)，該方案結(jié)合傳統(tǒng)PID和Fuzzy推理的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。針對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，分析了可用帶寬、回路時(shí)延、比例因子等因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響。仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方案具有較好的適應(yīng)性和魯棒性。

5、 本文的最后一部分研究HSTCP主動(dòng)隊(duì)列管理算法的設(shè)計(jì)。首先分析了HSTCP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)窗口調(diào)整策略與傳統(tǒng)TCP的區(qū)別。利用局部線性化的方法將HSTCP非線性模型簡(jiǎn)化為二階線性時(shí)滯系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了通用PI控制器，稱為SPI，解析證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給出了自適應(yīng)選擇控制參數(shù)的方法。該方法同時(shí)適用標(biāo)準(zhǔn)TCP和HSTCP。運(yùn)用NS2進(jìn)行擴(kuò)展的仿真研究，并與去尾算法的性能進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果證實(shí)了SPI控制器在兩種異構(gòu)流下的有效