互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制算法若干問題研究.pdf

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

2、要途徑之一，形成了計算機網(wǎng)絡、通信與自動控制等幾個交叉學科一個新的研究熱點。 Internet擁塞控制可以看作是一個具有通信時延的非線性動態(tài)反饋系統(tǒng)。本文著重討論基于網(wǎng)絡端的擁塞避免機制中的主動隊列管理算法設計和網(wǎng)絡擁塞控制系統(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隊列管理算法，解決了中小規(guī)模網(wǎng)絡中存在的傳輸時延和網(wǎng)絡參數(shù)時變對系統(tǒng)性能的影響問題。首先，由流體流模型推導出網(wǎng)絡模型為參數(shù)區(qū)間不確

3、定一階時滯線性系統(tǒng)。其次，在確定使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的非線性主動隊列管理算法控制參數(shù)集基礎上，利用遺傳算法獲得了基于改進誤差絕對值時間積分指標最優(yōu)的控制參數(shù)，解決了主動隊列管理算法參數(shù)設置難題?；跀U展到時滯系統(tǒng)的棱邊定理，設計了魯棒非線性主動隊列管理算法。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)提出了一種簡單易用的預測PI擁塞控制算法，解決了大規(guī)模網(wǎng)絡中存在的大時滯問題。首先，利用Smith預

4、估器補償時延滯后，按Dahlin算法設計控制器，將控制器參數(shù)和預估對象模型參數(shù)相結(jié)合，設計了預測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瓶頸隊列的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性。通過仿真驗證了預測PI算法控制性能優(yōu)于RED、PI算法，能夠適用于存在較大時延的網(wǎng)絡。 (3)提出了一種預測PI擁塞控制算法的參數(shù)自適應機制來處理網(wǎng)絡參數(shù)的較大變化問題。首先，利用預測PI算法控制參數(shù)與網(wǎng)絡參數(shù)的確定關系，通過對網(wǎng)絡參數(shù)的在線估計

5、來實時調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使得控制器能夠適應網(wǎng)絡參數(shù)的變化。其次，結(jié)合自適應機制分析了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和給出了自適應參數(shù)的設定原則。仿真結(jié)果顯示自適應預測PI算法具有較強的魯棒性，能夠適應網(wǎng)絡參數(shù)的較大變化。 (4)提出了一種基于速率的增強自適應虛擬隊列管理算法(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響應速度較快、低隊列時延、高鏈路利用率等優(yōu)點；同時，以期望鏈路利用比為輔助擁

6、塞準則，設計了一種基于速率的期望鏈路利用比自適應機制，解決了AVQ存在著參數(shù)設定困難、隊列抗干擾能力較弱及存在一定的鏈路損失等缺點，在改善系統(tǒng)動態(tài)性能的同時保證了鏈路容量的充分利用。在線性化基礎上給出了一般網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)下TCP/EAVQ系統(tǒng)的局部穩(wěn)定條件。通過仿真驗證了EAVQ具有極高的鏈路利用率，極低的分組丟棄率，受控的隊列長度、快速的動態(tài)響應和對網(wǎng)絡參數(shù)具有魯棒性等優(yōu)點。 (5)對一類原始一對偶擁塞控制算法在無時延和考慮時延兩種