TCP/AQM网络拥塞模型的非线性动力学行为分析及其控制研究

摘要

目前互联网中到处充斥着计算机终端的各种数据，更有来自手持设备和智能化终端的大量数据源也纷纷涌入网络。多样的业务类型、随时突发的数据流，无时无刻不考验着互联网的数据传输能力、系统稳定性和资源调节控制机制等。互联网中拥塞现象的发生会让正常运行的网络系统进入无序混乱状态，拥塞的进一步恶化，更会给网络系统带来不可估计的严重后果，甚至导致网络彻底崩溃。关注网络拥塞发生的根本原因，研究拥塞问题的解决方案，对互联网的长远发展具有重要意义。
　　非线性动力学的分析方法是完成网络拥塞系统建模工作的基础保障和实现理论推导过程具体化的有力工具，对丰富拥塞系统的理论基础和探索性能更优良、适应性更强的拥塞控制算法具有重大意义。本文主要从非线性动力学角度分析网络拥塞控制算法及其非线性动力学行为。特别是结合各种控制策略针对Hopf分岔这一动力学现象进行详细分析。本文主要创新点如下:
　　(1)描述了FAST TCP/RED互联网拥塞系统，重点研究该系统模型中因增益参量数值的变化所导致的非线性Hopf分岔行为。总结网络拥塞模型中常用的控制理论，采用状态反馈控制、时延反馈控制、混合控制策略来推迟分岔这一动力学行为的发生，从而实现扩大系统稳定区间的目的。并通过仿真工具验证控制方法的有效性。最后比较三种控制机制的控制效果及各自的优缺点，从而在实际网络状态和具体参数要求下可以提供适当的控制方法。
　　(2)分析了结合基于源端的TCP-Reno算法和基于路由端的ERED算法的拥塞模型的Hopf分岔及其控制。网络模型的稳定性一般依赖于网络的拓扑结构，并受到系统中各个参数的影响。本文通过选取系统模型中的通信传输时延作为分岔参数，利用稳定性数学理论分析了系统的稳定性和分岔临界点值问题。并利用中心流行定理和正规形定理对分岔的相关性质进行剖析，最后仿真验证结论的正确性和控制的合理性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容和组织结构

第二章 网络拥塞控制及动力学行为的基础理论

2．1 网络拥塞

2．1．1 网络拥塞定义和引发原因

2．1．2 网络拥塞控制算法

2．2 非线性系统的动力学理论

2．3 分岔相关理论及其控制方法

2．3．1 分岔概念

2．3．2 分岔分析的相关理论基础

2．3．3 分岔控制方法

2．4 本章小结

第三章 FAST TCP／RED网络拥塞模型的Hopf分岔及其控制策略

3．1 FAST TCP／RED拥塞模型的Hopf分岔

3．2 受控系统的Hopf分岔

3．3 数值仿真

3．4 本章小结

第四章 TCP-Reno／ERED模型的PD控制

4．1 PD控制的TCP-Reno／ERED模型稳定性分析

4．2 Hopf分岔特性

4．3 实验数值仿真

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

研究生期间学术成果

攻读硕士期间参与的科研项目