ATM网络中若干控制问题的研究

摘要

计算机和通信技术的快速发展，以及信息高速公路Internet的兴起，人们普遍认识到信息及资源共享的重要意义。因此，基于Internet/Intranet技术的应用系统被广泛采用。而在其上传输的信息可能是数据、话音、图像或视频等。对这些多功能的需求，现今的任何网都无法完成，因为这些网都是面对特定业务类型设计的。 ATM网络综合了电路交换和分组交换的优点，既有电路交换的可靠性和低延时性，又有分组交换的高效性。因此，ATM网络能较好地适应多媒体业务的需要，是对传统网络的一种根本性的改变。但是，ATM网络也面临着一些急需解决的问题。其中，为解决网络中的时延问题，而进行的拥塞控制和流量控制是研究的热点方向。目前，有许多应用控制理论方法解决网络中的延迟问题的例子，且都取得了较好的控制效果。于是，本文利用控制理论中的极点配置算法和有限拍控制方法，进行ATM网络的流量控制。 首先，在基于极点配置方法的ATM网络控制中，讨论了将极点配置在不同的位置以实现动态跟踪网络状态的问题。将一般的传递函数转换为状态空间方程的形式，利用现代控制理论中极点配置方法，得到了网络系统闭环稳定的反馈控制律，从而拓展了解决网络问题的新思路。所应用的极点配置方法不仅能根据网络状态的变化动态地调整信源的发送速率，从而使信源快速响应网络状态的变化，解决了时延对网络控制带来的不利影响；而且使链路带宽和网络资源得到了充分的利用。仿真结果验证了所采用的极点配置算法能使网络具有良好的动态性能。 其次，应用有限拍方法讨论了ATM网络的ABR通信中基于速率反馈的流量控制问题。改进了原有模型，引入新的对象传函，使之更接近实际应用。提出了结构简单的缓冲器队列长度的控制方法。此方法使系统的响应在有限拍的时间内严格地到达稳态，信源发送速率能够快速响应网络状态的变化，较好地克服了时延对流量控制快速性和稳定性的影响，从而有效地避免拥塞发生，同时降低信元丢失率。仿真结果验证了此算法的有效性。 另外，ATM网络在管理技术方面还存在着有待解决的问题。于是，本文从管理者的角度出发，讨论了如何使网络和用户的整体利益得以保障的问题。将对策论中的Nash平衡和Stackelberg策略概念引入多用户网络模型中，较好地引导各用户采取有利于整体利益的行为，从而有效地实施了网络控制。此部分工作包括两个内容： 其一，针对多优先级的网络通信量的价控模型，讨论了在确保最大盈余的情况下，各用户的流量使用比率协调问题。基于对策论方法，分别提出了线性和非线性激励策略。改进了对已有的价控问题的研究，在价控策略中引入激励项，使得网络管理者可以更有效地引导各用户采取有利于整个网络运行的行为。数值例子说明了此方法的适用性。 其二，在基于盈余函数分析的信道选择方案中，讨论了如何合理使用信道以获得最大利益的问题。ATM网络中的信道管理问题与流量管理问题有相似之处。利用对策论协调多用户系统的矛盾，分别提出线性和非线性激励策略来引导用户以一定的原则选择信道。该方案不仅可以提高信道的利用率、降低呼阻率，而且可以保证用户得到较满意的盈余值。从仿真图形中可以看出，对策论能有效地引导用户合理的选择信道。 最后，结论与展望部分总结了前面所做的工作，并对ATM网络中存在的其他问题进行了简单的分析，以及对未来可做的工作方向的阐述。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1 ATM网络技术概述

1.2热点研究方向和解决问题的方法

1.3本文主要工作

第2章基于极点配置的ATM网络流量控制算法

2.1预备知识

2.2利用极点配置算法控制ATM网络流量

2.2.1问题描述

2.2.2系统设计

2.2.3仿真结果

2.3结论

第3章ATM网络流量的有限拍控制

3.1预备知识

3.2利用有限拍算法控制ATM网络流量

3.2.1网络模型描述

3.2.2系统设计

3.2.3性能分析

3.2.4仿真例子

3.3结论

第4章ATM网络控制的对策论方法

4.1预备知识

4.2基于多优先级的网络通信量的价控问题

4.2.1模型描述

4.2.2基于两用户两优先级通信的Nash问题

4.2.3基于多用户两优先级的通信问题

4.2.4基于多用户多优先级的通信问题

4.2.5数值例子和结论

4.3基于盈余值的信道借用方案

第5章结论与展望

参考文献

致谢