基于分数阶PI<'λ>D<'μ>的网络拥塞控制

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对于网络拥塞的控制,首先需要了解流量特性并建立准确的流量模型。传统的网络业务模型只能描述其短时相关性,研究发现网络流量具有长相关性,因而具有自相似性。FARIMA(p,d,q)过程有效的描述了样本流量的长相关特性,同时也能很好表示其短相关结构。通过对分数阶微积分的研究,发现FARIMA(p,d,q)过程实际上是一个分数阶微分模型,因此网络拥塞控制系统是一个分数阶控制系统。对这样一类分数阶系统,很多人提出了一些基于整数阶的控制方法,比如PI、PID控制、自适应控制、预测控制等等。然而不可控网络流量所特有的长相关性,使得用这些整数阶控制器不能取得好的控制效果,他们不能从分数阶系统的本质出发来设计控制器。本文尝试采用分数阶PI~λD~μ控制器作为AQM控制器,对TCP队列进行管理,试图将其控制在阈值附近。文章首先介绍了分数阶控制系统、分数阶PI~λD~μ控制器的原理和稳定性分析方法,接着给出了基于FARIMA的网络拥塞控制系统模型。然后利用根轨迹的方法分析了拥塞控制系统的稳定性,并在此基础之上采用广义预测控制方法所应用的特性指标求出了K_p , K_i,K_d的近似计算公式。最后通过仿真的方法将分数阶PI~λD~μ控制算法与整数阶PID控制算法进行了比较。本文通过分析,从理论上分析了分数阶PIλDμ控制算法应用于网络拥塞控制的可行性和系统的稳定性;并用计算机进行了仿真验证,仿真结果支持了本文的结论,但还与理论有一定的差距。
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