一种增强型PI控制器―EPI.doc

一种增强型PI控制器―EPI 　　【摘要】 PI控制器建立在Mirsa等人提出的TCP/AQM控制论模型上，使用控制理论研究主动队列管理算法。在PI控制器中，参数是固定设置的，在高速网络下性能很差，不能满足AQM的设计目标。因此，文中提出一种加强型的PI控制算法――EPI，使用平均队列长度对丢包概率进行在线调整，使得PI能满足高速网络下的性能要求。仿真?Y果表明，在高速网络下，EPI的综合性能较PI优秀 【关键词】 高速网络 PI控制器 AQM算法 EPI 一、 引言 研究表明，目前的AQM算法远远不能适应高速网络的需求，必须设计一种行之有效的AQM算法以解决这个日益严重的问题 RED算法尽管被RFC2309推荐为主动队列管理的唯一候选算法，但RED算法本身依旧存在着许多不完善的地方，主要表现在稳定性和公平性这两个方面[1]，为了改进和完善RED算法存在的缺陷，出现了不少RED的变种算法和新的AQM算法。Hollot等人基于对建立的控制论模型的线性化，提出了PI控制器，PI控制器比RED算法具有更小的队列抖动，但是在PI控制器中，参数是固定设置的，因此导致PI控制器在高速网络下性能很差。文献[2]把PI控制器看作一个有两个输入变量的ADALINE神经网络，使用LMS算法对比例因子和积分因子进行在线调整；文献[3]在PI控制器的基础上，动态调整PI算法中的有关参数。文献[4]提出了一种分布式的动态带宽分配算法。这些算法对动态环境有一定的适应性，但计算都比较复杂，由此加重了路由器的负担。因此，本文提出一种加强型的PI控制器，使用平均队列长度对丢包概率进行在线调整，使得PI能满足高速网络下的性能要求 二、PI控制器的结构及其缺点 为了考察EPI控制器在高速网络中的性能，笔者使用NS模拟器进行模拟，模拟环境图2所示。EPI的参数设置如下：δ=0.25，α=0.025，β=0.005，这些参数的都是经验值，应根据不同的环境进行设置 3.2.1 带宽利用率的比较 图3为在N1节点中分别使用EPI和PI时的瓶颈链路带宽利用率情况，由图可以看出，EPI的带宽利用率较PI的高，而且更稳定，经计算得：EPI 的平均带宽利用率为88.3%，较PI的75.46%高了12.84个百分点 3.2.2丢包率的比较 图4为在N1节点分别使用EPI和PI时，N1的丢包率情况，从图中可以看出，PI的丢包率一直在0.0002附近，尽管有时很没有必要，结合图3和图4可以看出，PI对N1节点中的队列控制得过于激进，导致带宽利用率降低。而 EPI的丢包率尽管稍微大一些，但是却保证了较高的带宽利用率 3.2.3队列长度 图5为在N1节点分别使用EPI和PI时，N1节点的队列长度情况，由图中可以看出，PI虽然能把队列控制得非常小，但是这是以牺牲带宽利用率为代价的，但是EPI的队列长度很稳定，基本上能把长度控制在目标值1000个数据包以内 四、结论 针对PI控制器参数固定，在高速网络下性能较差的缺点，本文提出了使用平均队列长度对丢包概率进行在线调整的EPI控制器，增强了PI控制器对高速网络环境的适应性。模拟实验结果表明，EPI在高速网络中的综合性能较PI优秀 参 考 文 献 [1] M. May， T. Bonald， T. Bolot. Analytic evaluation of RED performance [A]. In： IEEE INFOCOM 2000 [C]. Tel Aviv， Israel： 2000. 1415-1424 [2] LiQing， Qingxin Zhu， Mingwen Wang. Designing Adaptive PI Algorithm Based on Single Neuron[A]. In： ICCNMC 2005， LNCS 3619， 800-807 [3] 陆锦军， 王执铨. 基于速度控制的API网络拥塞控制策略[J] . 计算机应用， 2006： 26（5）： 1137-1143. [4] 赵海军，李敏，李明东，蒲斌. 基于比例积分控制器的分布式动态带宽分配算法[J]. 计算机应用， 2015， 35（3）： 615-619. 1