無線SDN穩(wěn)定性擁塞控制算法研究.pdf

1、無線網(wǎng)絡(luò)中大量數(shù)據(jù)傳輸會造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，導致網(wǎng)絡(luò)性能下降，無線軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Wireless Software Defined Network，WSDN）穩(wěn)定性擁塞控制技術(shù)是解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的技術(shù)手段。該技術(shù)通過優(yōu)化在傳播時延和外部干擾影響下WSDN中網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，保持網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定。本文分別從分布式和集中式擁塞控制技術(shù)的分析著手，對傳播時延下穩(wěn)定性算法以及傳播時延和外部干擾下魯棒性算法進行了深入研究，主要開展了WSDN穩(wěn)定性擁塞控制技術(shù)的模型建立

2、、控制算法和性能分析研究，本文主要貢獻概括如下：
　?。?）針對大量數(shù)據(jù)傳輸導致WSDN中擁塞控制的不穩(wěn)定問題，即如何在穩(wěn)定性擁塞控制下使得在傳播時延下WSDN網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定在最大化全局吞吐量優(yōu)化值處，以及在魯棒性擁塞控制下使得在傳播時延和外部干擾下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)長時間保持其穩(wěn)定狀態(tài)，提出了一種分層分布式WSDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由WSDN核心網(wǎng)（Core-WSDN）和分簇無線傳感器網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)（Subnetwork Cluster Wi

3、reless Sen-sor Network，Sub-CWSN）兩部分混合分層組成。通過混合分層方式，分別研究了在傳播時延和外部干擾下WSDN中分布式Sub-CWSN和集中式Core-WSDN擁塞控制的穩(wěn)定性。提出了相應(yīng)的穩(wěn)定性擁塞控制算法，經(jīng)理論分析，得到了傳播時延下無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定在最大化全局吞吐量優(yōu)化值處的穩(wěn)定充分條件；并提出了相應(yīng)的魯棒性擁塞控制算法，經(jīng)理論分析，得到了傳播時延和外部干擾下無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)能保持在優(yōu)化狀態(tài)下的穩(wěn)定充分

4、條件。解決了WSDN擁塞控制的全局穩(wěn)定性控制問題。
　?。?）針對WSDN穩(wěn)定性擁塞控制的全局吞吐量性能優(yōu)化問題，提出了相應(yīng)的最大化全局吞吐量的調(diào)度算法。基于WSDN的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，分析網(wǎng)絡(luò)中處理數(shù)據(jù)流的節(jié)點資源分配。該算法是一種網(wǎng)絡(luò)資源公平分配的優(yōu)化算法，為擁塞控制的穩(wěn)定性算法提供了理想化的控制目標，為WSDN穩(wěn)定性和魯棒性擁塞控制算法的實現(xiàn)提供了支撐。
　?。?）考慮分布式Sub-CWSN全局穩(wěn)定性擁塞控制，通過對其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

5、和所需探測調(diào)整技術(shù)的分析，本文先提出了一種基于加性增加乘性減少(Additive-Increase Multiple-Decrease， AIMD)策略、隨機早期檢測（Random Early Detection， RED）和鄰居節(jié)點信道競爭的調(diào)整算法。在此算法基礎(chǔ)上，給出了Sub-CWSN簇同步概念，即同一簇中所有節(jié)點發(fā)送速率增減一致，再提出了一種Sub-CWSN全局穩(wěn)定性擁塞控制簇同步算法，采用控制論中穩(wěn)定性分析法，通過對Lyapu

6、nov-Krasovskii 泛函的分析，將無線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略和控制論中穩(wěn)定性分析理論相結(jié)合，使得Sub-CWSN全局擁塞控制算法轉(zhuǎn)化為擁塞控制全局簇同步算法，最后得到了穩(wěn)定性擁塞控制的穩(wěn)定充分條件。數(shù)值結(jié)果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定工作在最大化吞吐量的優(yōu)化值處，實現(xiàn)了穩(wěn)定性擁塞控制，比傳統(tǒng)RED算法具有優(yōu)勢。
　?。?）針對傳播時延和外部干擾對Sub-CWSN和Core-WSDN擁塞控制系統(tǒng)影響導致

7、網(wǎng)絡(luò)開銷增大和不穩(wěn)定等問題，建立了在傳播時延和外部干擾下?lián)砣刂颇Ｐ停岢隽藢崿F(xiàn)該模型相應(yīng)的魯棒性擁塞控制算法。該算法在無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的前提下，能克服傳播時延和外部干擾的影響，實現(xiàn)魯棒性擁塞控制，經(jīng)理論分析，得到了魯棒性擁塞控制的穩(wěn)定充分條件。數(shù)值結(jié)果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)長時間穩(wěn)定工作在最大化吞吐量的優(yōu)化值處，解決了在傳播時延和外部干擾下無線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的全局魯棒性控制問題，比傳統(tǒng)擁塞控制算法具有優(yōu)勢。
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8、）為了簡化Core-WSDN擁塞控制算法過程，通過中央控制器基于全局擁塞狀態(tài)信息，給出了填充等待時間概念，建立了在傳播時延和外部干擾下?lián)砣刂颇Ｐ?，提出了一種集中式Core-WSDN離散魯棒性擁塞控制算法，經(jīng)理論分析，得到了魯棒性擁塞控制算法的穩(wěn)定充分條件。數(shù)值結(jié)果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)長時間穩(wěn)定工作在最大化吞吐量的優(yōu)化值處，解決了在傳播時延和外部干擾下集中式Core-WSDN離散擁塞控制的全局魯棒性控制問題。與已有算