基于控制理論的主动队列管理算法研究.doc

南京理工大学 硕士学位论文 基于控制理论的主动队列管理算法研究 姓名：杜飞 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：孙金生 201203  硕士论文 基于控制理论的主动队列管理算法研究 数的主动队列管理算法已经不能满足性能要求，因此需要设计具有自适应性的算法。本 文尝试从??疉?系统的控制误差中提取有用信息，并用于在线调整控制器参数，从 而在避免对系统进行辨识的前提下实现了自适应控制，取得主要成果如下： ??岢鲆恢只?赑?控制器的主动队列管理算法。??刂破骶哂杏隤?控制器 算法相比，该算法具有较低的计算复杂度。 器的主动队列管理算法；并根据速率和队列长度误差的相对大小，在线调整两部分控制 制算法。该算法较好地处理了拥塞的直接原因和累积效果的关系。 ??岢鲆恢只?诒浣峁筆?控制器的主动队列管理算法。分别设计了比例、积分和 微分系数关于误差的函数，使得当误差较大时比例作用加强，积分和微分的作用减小； 当误差较小时，比例作用减小，积分和微分作用加强。该算法能够加快队列的收敛速 度，避免积分饱和现象，并具有较好的稳态性能。 仿真实验表明，上述三种主动队列管理算法均能使队列快速收敛到目标值，超调量 较小，且当网络参数在较大范围内变动时，仍然保持较好的控制性能。  ??賛就? ??琧???? ????琩? ? ??? ??? ?? ?醬??? ??? ??? ??? ??扣．? ?????? ??阰?? ? ????? ????? ??? ????? ??瞚?． ????够 ?印?? ??? ???咖??? ?? ?????籘? ?，?锄??? ?? ??? ?百? ??????? ????玛? ???鷗???????賑?????緐??? ??? ?曲的?? ?婧餰?? ?罚琒???? ??????? ??乱?? ?吒?? ? ??? ?圮????????? ? ?玛??阣 ???????珹????． ????琾???綱? ?? ?畁??? Ⅱ  硕士论文 基于控制理论的主动队列管理算法研究 ??网络拥塞控制研究背景及意义 地改变人们的工作和生活方式，并对整个社会产生着广泛而深刻的影响。而与此同时， 网络能给出的唯一的承诺就是尽自己最大的努力传输进入网络中的每一个分组，但它无 法给出一个确定的性能指标，比如，分组丢弃概率，吞吐量和端到端时延等。在面向无 连接的网络中，节点之间发送数据之前不需要建立连接，因此网络的中间节点不需要保 留和连接有关的状态信息，这就决定了无连接模型无法引入“接纳控制”算法，因此当进 入分组网络中的数据分组数大于网络的处理能力时网络传输性能就会下降，这种现象就 当网络发生拥塞时，就会出现丢失数据，延时变大以及吞吐量下降等现象，在某些 极端的情况下甚至可能导致“拥塞崩溃”。在??年?月，? 到网络拥塞现象。通过对网络流量进行分析发现，由于网络流量激增，造成网络的中间 节点和端节点的缓存溢出，大量丢包，而被丢弃的数据包必须要被重传，进一步加剧了 网络拥塞的现象【?。另外，自然灾害可能破坏网络通信链路，从而造成网络拥塞。例如 ??年??日，中美之间的海底光缆发生故障，运营商临时利用卫星链路进行网络通 信，由于卫星链路带宽远小于光缆带宽而通信量没有大的变化，发生网络拥塞，造成从 国内访问北美的网络资源速度下降，甚至不能访洲?。??年?月?日，我国台湾海 域发生??、??级地震，导致多条海缆同时中断，亚太区域内可用国际出口带宽锐减， 发生网络拥塞，亚太地区网络用户访问北美网络非常缓慢甚至无法访问，尽管运营商及 相关部门全力抢修，地震发生后一周内通信仍没有完全恢复正常【?俊????月?日， 我国四川省汶川县发生里氏??级地震，造成四川全省超过??个移动通信基站中断服 务，并且因为地震过后短时间内有多于一千万的用户同时使用手机，造成网络负载达到 平时十倍的水平，导致通信发生拥塞而不能打通电话【?俊????月?日，日本本州  法能够降低系统的端到端延时抖动，提高链路利用率，改善系统的鲁棒性能。由于目前 在????希??サ氖?荻际褂肨?／?协议传输，因此，基于??协议的网络拥 塞控制机制对解决网络拥塞控制问题意义重大，一直是研究的热点。 ??网络拥塞的含义及产生原因 在分组交换网络中，若进入网络的分组数目大于网络的处理能力，则由于存储转发 节点的资源有限会造成网络的传输性能下降，这种现象称为网络拥塞【』?。图??可进一 步解释拥塞现象，对于一个处理能力一定的分组交换网络，当网络负载小于其处理能力 时，吞吐量与负载呈线性关系，网络的响应时间增长速度较慢；当网络负载达到网络容 量时，负载继续增加，则吞吐量增加缓慢，而响应时间增长速度加快，这一点被称为 ??点；此时如果负载继续增加，那