基于神经网络的aqm算法研究

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1、大连理工大学硕士学位论文引言Imemct自出现以来得到了蓬勃发展，在过去相当长的时间里，TCP／IP协议族一直是IIIten俄网络稳定并获得健康发展的重要保证。传统网络应用的极大丰富和成功证明了TCP／口协议族的成熟性。但是，近几年来Intenlet取得了飞速的发展，用户对网络资源的访问需求呈现出爆炸性的增长。另外，随着网络的发展，其应用领域不断拓展，应用模式不断丰富，如出现了VOD点播以及视频会议等。新的服务对于服务质量(QoS)提出了更高的要求，然而当前的№met只能提供尽力而为的服务，而尽力而为的服务并不能对这些新

2、业务提供良好的QoS保证【l】。这些新需求的共同特点是要求有较低的网络延迟和抖动，较高的访问带宽以及较低的数据包丢失率，这些比较严格的服务质量指标暴露了传统网络协议和网络设备的一些重要问题，如协议在设计时缺乏性能优化方面的考虑，网络运行效率较低，拥塞控制机制不够完善，没有有效的服务质量控制机制等。针对这些新业务，ⅢTF提出了一些服务模型和机制来满足服务质量要求，如集成服务和区分服务等，这些技术的核心都需要在恰当的层次和力度上对流量进行必要的管理，其中包括接纳控制，流量成形，队列管理，调度和拥塞控制等诸多方面，但最基本和最

3、核心的应该依旧是拥塞控制，因为很难想象一个有可能出现严重拥塞，无法及时加以恢复的网络能够实现良好的QoS保证。实施拥塞控制应该是其他QoS机制正常工作的必要前提。主动队列管理是目前‰et拥塞控制的一个热点，其算法保证Intemet的稳定具有十分重要的作用。网络中的拥塞来源于网络资源和网络流量分布的不均衡性。所以，拥塞控制是尽量避免拥塞以及在拥塞发生时进行有效的控制并加以消除的重要手段，对保证htemet的稳定性起着至关重要的作用。1998年，Braden等人在IETF提出在路由器中使用主动队列管理技术(A嘶veQueue

4、Mallagement，AQM)，采用排队算法和数据包丢弃策略监控路由器缓冲区队列，提前检测拥塞的到来并通知数据发送方。这样发送方可以在路由器缓冲区溢出之前调整数据的发送数率，避免更严重的拥塞发生，并降低丢包率和提高链路利用率。S．Floyd等人提出的RED(胁domE砌yDetection，随机早期检测)算法作为最早的主动队列管理算法，已被广泛用来提高系统的综合性能。但是RED算法的性能对算法参数设置相当敏感，随后又有很多改进RED算法和新算法相继被提出，比较有代表性的有SRED，FRED，DRED，BLUE，REM等

5、等，不过这些算法的提出都是基于启发式思维和仿真，缺乏系统的方法，因此算法的稳定性和鲁棒性较差，一般只适用于特定的网络环境。基于神经网络的AQM算法研究C．Hollot等人在2001年将经典控制理论引入到了AQM算法的设计中，并利用频域校正法设计了PI控制器。由于PI控制器的调节时间太长，于是又有人将带有反映队列变化数率的微分环节的PID，PID控制器应用于AQM，以获得更加的性能，后来又出现了采用非线性控制理论的变结构控制器。随着智能控制理论的发展，智能控制的应用领域也得到不断扩大，将智能控制理论应用于AQM的设计也得到

6、不断尝试，比如基于神经网络的AQM算法，能根据不同数据流的优先级动态调整丢包概率；基于单神经元的PD控制算法，可将现有多种算法视为它在某种情况下的特例。控制理论的发展和应用，为主动队列管理算法的设计开辟了一条崭新的道路，使得AQM算法的设计可以转化为一种控制器的设计。通过给出一个包含TCP源端和路由器动态特性的网络受控模型，可以方便地进行算法性能分析和控制器设计，并且可以根据控制目标进行参数整定，从而有效的提高拥塞控制效果。就本文的工作重点来说，主要是集中于网络系统的控制机制来提高网络的性能。大连理工大学硕士学位论文1主

7、动队列管理由于新的流类型发生了很大的变化，除了传统的Email，FTP，Telnet流量外，出现了大量的多媒体数据流(实时或非实时的视频，音频等)。同时，网络的流量具有突发性，自相似性，因而给网络的路由节点造成很大的负担，使得拥塞情况不断发生。在Intemet中避免高的包丢失率是非常重要的。当一个数据包在达到目的之前被丢失时，在它传输过程中消耗的所有资源都被浪费，这无疑也造成了网络带宽利用率的降低。造成包丢失率高的原因之一是，网络不能预见将可能出现的拥塞，并及时地提示数据源降低数据的发送数率或者限制某些连接的传输数度，从

8、而避免拥塞的出现。因此，仅靠执行在端系统中的TCP拥塞机制来避免拥塞的能力是有限的，必须在网络的路由节点中引入相应的拥塞控制机制才能更有效地对拥塞进行检测和预防，因此才引入了主动队列管理的思路【2】。在AQM中，网络中的路由节点提前检测拥塞的出现并通知发送方，这样发送方可以在更严重的拥塞之前启动拥塞避免算法以缓解拥塞