基于控制理論的網(wǎng)絡擁塞控制算法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡通訊的發(fā)展和用戶數(shù)量的膨脹,網(wǎng)絡的擁塞問題也越來越嚴重。擁塞導致的直接后果是整個網(wǎng)絡的性能下降：包括分組丟失率增加、端到端延遲增大、網(wǎng)絡吞吐量下降,甚至有可能使整個系統(tǒng)發(fā)生崩潰。所以有效地解決擁塞問題是改善網(wǎng)絡系統(tǒng)性能,提高網(wǎng)絡通訊服務質量的主要手段。設計簡單而有效的擁塞控制算法成為網(wǎng)絡管理中亟待解決的問題。網(wǎng)絡擁塞控制可以看作是一個反饋控制系統(tǒng),故從控制理論的角度研究網(wǎng)絡擁塞控制可以得到更有效的結果。利用控制理論分析現(xiàn)有擁塞控

2、制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并設計新的擁塞控制算法,具有重要的理論意義和應用價值。因此進一步探索基于控制理論的網(wǎng)絡擁塞控制方法是非常必要的。本文研究了基于控制理論的網(wǎng)絡擁塞控制算法主要研究成果與創(chuàng)新點如下：
　　 ⑴針對改進的網(wǎng)絡簡化模型,提出一個大時滯網(wǎng)絡擁塞控制算法稱為改進的混沌優(yōu)化PID控制算法(ICPID)。改進的網(wǎng)絡簡化模型考慮了時滯的影響,利用這個模型,AQM路由器應用改進的混沌優(yōu)化策略優(yōu)化PID控制器參數(shù)。然后針對PID控制器

3、不能隨著變化的網(wǎng)絡環(huán)境在線調節(jié)參數(shù),提出了一種基于增益自適應Smith預估控制和模糊控制的大時滯網(wǎng)絡的自適應PID主動隊列管理(GAS-FPID)算法。引入增益自適應Smith預估控制器實現(xiàn)滯后補償,模糊控制器來實現(xiàn)PID參數(shù)動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境的在線調整。
　　 ⑵針對網(wǎng)絡參數(shù)的時變性,將TCP模型描述為具有狀態(tài)延時和輸入延時的系統(tǒng),設計了基于觀測器的狀態(tài)反饋控制器,利用線性矩陣不等式(Linear MatrixInequality,

4、LMI)和Lyapunov-Krasovskii理論得到使得網(wǎng)絡系統(tǒng)不依賴于延遲的漸近穩(wěn)定的控制器參數(shù);針對網(wǎng)絡參數(shù)的不確定性和鏈路帶寬的時變性設計一種主動隊列管理算法,將可獲得的鏈路帶寬作為標稱值,而不可獲得的未知的時變鏈路帶寬作為干擾信號,以狀態(tài)空間的形式描述TCP/AQM模型,用時間域.Hoo控制方法來解決網(wǎng)絡擁塞問題。
　　 ⑶針對具有通信時延的無線傳感器網(wǎng)絡的擁塞問題,利用圖論對無線傳感器網(wǎng)絡進行建模,借鑒領導者.跟隨

5、者的思想設計了一致?lián)砣刂扑惴?Congestion Control Based Consensus,CCBC),根據(jù)匯聚節(jié)點的負載狀況,合理的調節(jié)所有傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送速率,應用Lyapunov函數(shù)證明算法在變拓撲網(wǎng)絡結構下的有效性。
　　 ⑷針對一個用于無線網(wǎng)絡擁塞控制算法設計的具有通信時延的流體流模型進行Hopf分岔分析,以通信時延作為分岔參數(shù),證明此模型H0pf分岔的存在性,并應用中心流形和規(guī)范型理論推導出確定Hopf