基于控制理论的网络拥塞控制的几个问题研究

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随着新型网络应用的不断涌现和用户数量的迅速增长,使得Internet的流量急剧增长,越来越严重的网络拥塞问题逐渐暴露出来。Internet中拥塞控制机制对保证Internet的稳定具有十分重要的作用,实施拥塞控制是其它QoS机制正常工作的必要前提。Internet的拥塞控制可以看作是一个具有通信时延的非线性动态反馈系统。本文着重讨论网络端的拥塞避免机制中的主动队列管理算法设计,主要研究成果如下:(1)在介绍TCP拥塞控制系统的线性化模型基础上,运用经典控制理论中的频域分析方法设计了P、PI和PID控制器,并在NS-2中用C++语言实现了这些控制器,仿真表明PID控制器在很多情况下的性能都要优于PI控制器。(2)利用Lyapunov函数对线性时滞系统的鲁棒稳定性进行了证明,给出了一种基于线性矩阵不等式的参数判定依据,设计出了一种静态输出反馈控制器。仿真结果表明这种静态输出反馈控制器的控制性能优于RED、PI控制器且在变化的网络环境下具有较强的鲁棒性。(3)采用不确定时滞系统分析技术对网络拥塞控制问题进行了研究,利用线性矩阵不等式方法得出了动态输出反馈控制器的充分条件,在此基础上设计出了AQM鲁棒控制算法。仿真结果表明所得出的控制器是可行的和有效的而且过渡时间短。(4)针对主动队列管理算法中存在PID控制器参数选择困难的问题,提出了一种采用粒子群优化算法来动态调整拥塞控制器参数。仿真表明,采用粒子群优化得到的PID控制器,作用在路由器上的主动队列管理算法中,所得到的队列波动较小,丢包率也较小,获得了较好的网络性能。
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