基于滑模控制的网络拥塞控制主动队列管理算法的研究

摘要

随着网络规模的快速增长和各种应用的不断产生，网络拥塞问题日益加剧，仅依靠源端的流量控制机制很难使网络保持在高效且公平的运行状态，这就需要网络的中间节点也能在拥塞控制中发挥重要作用。由此，主动队列管理(AQM)算法应运而生，它是一种在网络设备缓冲溢出之前就丢弃或标记数据包的算法，通过保持期望队列长度，实现在减小路由器中的数据包丢失及排队时延同时保证较高吞吐量的目标，能够作为端到端拥塞控制机制的一种补充。主动队列管理算法在拥塞发生前采取有效的预防措施，保证了网络服务质量，已成为当今网络界研究的热点之一。
　　本文主要做了以下的工作:
　　从基于控制理论的网络拥塞控制机制入手，提出主动队列管理算法已成为当前网络拥塞控制策略的研究主流，在TCP/IP网络动态模型的基础上通过比较分析现有的主动队列管理算法性能，综合控制理论中控制系统性能要求，总结了AQM算法的优点并针对现有AQM算法提出了AQM控制器的设计目标，从增强系统鲁棒性能角度提出并设计基于滑模控制的新型AQM算法，并通过仿真分析比较，证实了所设计的控制系统鲁棒性能明显增强。在此基础上又针对滑模控制自身抖振问题，结合网络时延、参数变化和系统参数未知等问题，又从提高系统响应速度和改善系统跟踪性能两方面入手，针对不同的问题分别提出了自适应模糊滑模控制和连续滑模控制两种改进方法，并通过模型构建、稳定分析、仿真实验、分析比较等方法证实了两种改进方法的可行性及有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 网络拥塞控制

1．1．1 网络拥塞

1．1．2 网络拥塞产生的原因

1．1．3 网络拥塞的危害

1．1．4 网络拥塞控制的研究意义

1．1．5 避免拥塞的策略

1．2 网络拥塞控制的研究现状

1．3 TCP／IP拥塞控制存在的问题

1．4 主要研究内容及内容安排

第2章 通信子网的拥塞控制机制

2．1 拥塞控制机制

2．2 队列调度算法

2．3 队列管理策略

2．4 几种主动队列管理算法

2．4．1 随机早期检测算法RED

2．4．2 BLUE算法

2．4．3 REM算法

2．4．4 PI控制算法

2．5 AQM算法的优点

2．6 本章小结

第3章 网络动态模型的建立

3．1 网络拥塞控制模型

3．1．1 控制系统结构模型

3．1．2 网络受控对象建模

3．1．3 线性化处理

3．2 现有AQM算法性能分析

3．2．1 主要AQM技术

3．2．2 仿真实验

3．3 本章小结

第4章 基于滑模控制的AQM算法

4．1 滑模变结构控制定义及基本原理

4．1．1 到达条件和存在条件

4．1．2 等效控制及滑动模态方程

4．1．3 滑模变结构控制匹配条件及不变性

4．1．4 滑模控制器设计基本方法

4．2 TCP网络模型

4．2．1 TCP网络模型

4．2．2 TCP网络模型的不确定性分析

4．3 滑模控制算法设计

4．3．1 滑模面设计

4．3．2 设计滑模控制律

4．3．3 仿真研究

4．4 滑模控制系统的“抖振”问题

4．4．1 造成抖振的因素分析

4．4．2 削弱抖振的方法

4．5 本章小结

第5章 改进的滑模控制AQM算法的研究

5．1 基于自适应模糊滑模控制的主动队列管理算法

5．1．1 TCP／AQM控制理论模型

5．1．2 设计滑模面函数

5．1．3 设计自适应模糊滑模控制器

5．1．4 仿真研究

5．1．5 小结

5．2 基于连续滑模控制的主动队列管理算法

5．2．1 模型的建立

5．2．2 连续的滑模变结构控制器

5．2．3 系统性能分析

5．2．4 小结

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢