基于主动队列管理算法的网络拥塞控制问题研究

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随着Internet的迅猛发展,网络得到广泛的应用,越来越严重的拥塞问题随之暴露出来。网络拥塞控制能有效的提高网络性能,是保证Internet稳定运行的关键因素之一。作为端到端拥塞控制的补充手段,主动队列管理通过对分组进行有目的的丢弃,从而在拥塞发生前采取有效的预防措施,保证了网络服务质量。因此,主动队列管理算法(AQM)的研究逐渐成为当今网络界研究的热点之一。本文着重讨论网络中间节点的主动队列管理算法设计,主要工作如下:介绍了拥塞控制的定义、产生的原因和TCP/IP拥塞控制机制;着重介绍了IP拥塞控制机制中的主动队列管理算法,并指出它在拥塞控制中的重要作用。主动队列管理算法是解决路由器满队列问题的方法,在队列满之前就对到达的数据包进行丢弃,这样端节点便能在队列溢出之前做出反应,从而避免真正拥塞的发生。随机早期检测(RED)算法是著名的AQM算法,而基于控制理论的拥塞控制成为了新的研究热点。为了改善拥塞控制系统的动态性能,提出了基于滑模控制的AQM算法。该算法的切换函数由线性滑模的切换函数和非奇异终端滑模的切换函数连接而成。当系统状态远离平衡点时,系统运行于线性滑动模态;当系统状态靠近平衡点时,系统运行于非奇异终端滑动模态。设计了切换型控制律,保证了系统的到达时间和滑动时间都是有限的。仿真表明:设计的滑模AQM算法实现了全局快速收敛特性,改善了系统的动态性能。针对网络中存在的不确定因素,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,设计了一种鲁棒AQM算法。该算法将未知的链路容量作为系统的干扰,以状态空间的形式描述TCP/AQM模型,用H∞控制方法解决网络拥塞问题。仿真结果表明,该算法在往返时间和链路容量时变的情况下,能够较快收敛于期望队列长度,且性能优于已有的控制算法。最后,对全文进行了概括性总结,在此基础上,对以后的工作进行展望。
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