無線SDN穩(wěn)定性擁塞控制算法研究.pdf

1、無線網絡中大量數(shù)據(jù)傳輸會造成網絡擁塞，導致網絡性能下降，無線軟件定義網絡（Wireless Software Defined Network，WSDN）穩(wěn)定性擁塞控制技術是解決網絡擁塞的技術手段。該技術通過優(yōu)化在傳播時延和外部干擾影響下WSDN中網絡參數(shù)，保持網絡性能穩(wěn)定。本文分別從分布式和集中式擁塞控制技術的分析著手，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：
　　（1）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網絡參數(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絡參數(shù)長時間保持其穩(wěn)定狀態(tài)，提出了一種分層分布式WSDN的網絡架構。該網絡架構由WSDN核心網（Core-WSDN）和分簇無線傳感器網絡子網（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。提出了相應的穩(wěn)定性擁塞控制算法，經理論分析，得到了傳播時延下無線網絡參數(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；并提出了相應的魯棒性擁塞控制算法，經理論分析，得到了傳播時延和外部干擾下無線網絡參數(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，提出了相應的最大化全局吞吐量的調度算法?；赪SDN的網絡參數(shù)，分析網絡中處理數(shù)據(jù)流的節(jié)點資源分配。該算法是一種網絡資源公平分配的優(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，通過對其網絡參數(shù)

5、和所需探測調整技術的分析，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)點信道競爭的調整算法。在此算法基礎上，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，將無線網絡擁塞控制策略和控制論中穩(wěn)定性分析理論相結合，使得Sub-CWSN全局擁塞控制算法轉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)值結果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網絡參數(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。
　　（4）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、網絡開銷增大和不穩(wěn)定等問題，建立了在傳播時延和外部干擾下?lián)砣刂颇Ｐ?，提出了實現(xiàn)該模型相應的魯棒性擁塞控制算法。該算法在無線網絡穩(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)值結果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網絡參數(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絡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)值結果表明該算法滿足穩(wěn)定充分條件，能將網絡參數(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