基于滑模控制理论的若干网络拥塞控制算法研究（张楠楠）.ppt

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1、基于滑模控制理论的若干网络拥塞控制算法研究答辩人：张楠楠导师：张嗣瀛院士绪论主要工作结论与展望网络拥塞控制算法分类从控制理论的角度开环闭环从实施控制的具体位置基于源端基于路由器从实施控制的手段基于窗口基于速率1绪论网络拥塞控制算法分类从控制理论的角度开环闭环从实施控制的具体位置基于源端基于路由器从实施控制的手段基于窗口基于速率1绪论基于源端的算法“和式增加积式减少（AIMD）”基于窗口的端到端的闭环控制方式慢启动拥塞避免快速重传快速恢复实质1绪论基于路由器的算法通过路由器等中间节点设备采用队列算法实现队

2、列管理算法队列调度算法FIFO算法通过决定哪些包可以传输来分配带宽AQM策略通过决定丢弃哪些包来分配缓存1绪论基于优化理论AQM算法1绪论主动队列管理(AQM)算法随机早期检测(RED)及其改进算法基于控制理论AQM算法基于优化理论AQM算法1绪论主动队列管理(AQM)算法随机早期检测(RED)及其改进算法基于控制理论AQM算法边界路由边界路由核心路由核心路由主干网DS分类PHB分类测量标记整形DiffServ网络体系结构示意图QoS1绪论现有Internet的一种升级主要工作基于TCPVegas源端模

3、型的主动队列管理算法基于Kelly优化模型的滑模AQM算法基于区分服务网络的滑模控制器设计基于区分服务网络T-S模糊模型的滑模控制器设计基于反演滑模控制的区分服务网络拥塞控制算法基于二阶滑模的区分服务网络拥塞控制算法TCPVegas网络模型的非线性微分方程表示：(2.1)(2.2)(2.3)其中，是发送速率，是队列长度，是队列标记/丢弃概率，连接数，是链路容量，是往返时延RTT，是传输延时。2基于TCPVegas源端模型的AQM算法TCPVegas网络模型平衡点处线性化设(2.1)式可近似表示为：(2.

4、5)平衡点处：容易得到：2基于TCPVegas源端模型的AQM算法其中，(2.8)(2.9)小信号理论平衡点处线性化有：2基于TCPVegas源端模型的AQM算法状态空间方程定义(2.11)(2.10)2基于TCPVegas源端模型的AQM算法由于网络模型的时变性及不确定性，将模型改写成如下形式：(2.12)其中，可见，只要选择，系统的滑动模态可以在有限时间内沿滑模面收敛到原点。当系统状态到达滑模面时有基于滑模算法的AQM控制器设计2基于TCPVegas源端模型的AQM算法图2.3TCP/AQM控制系统

5、方框图选取滑模面:(2.13)(2.14)控制器设计定理2.1选取控制器其中:其中，则系统状态总能在有限时间内到达滑动模态。(2.18)(2.19)2基于TCPVegas源端模型的AQM算法网络参数的选择如下：活动的TCP连接数为50个，主干链路容量为300分组每秒，传输时延为0.2s，则算出往返时延为0.533s，路由器的最大缓存为500packets，期望的队列长度取为100packets。图2.5连接数目改变时的队列长度图2.6链路容量和连接数目同时改变时的队列长度图2.4参数固定时的队列长度仿真

6、分析2基于TCPVegas源端模型的AQM算法本章将TCPVegas源端网络模型转化为状态空间表达形式；应用滑模变结构控制方法对其进行控制；该算法能够补偿模型不确定性的干扰，使缓冲器队列长度维持在期望值附近。小结2基于TCPVegas源端模型的AQM算法。Kelly等人在文献[112]中研究了基于经济学效用函数的优化问题，在此优化框架下，可以得到如下的源端速率模型：(3.2)经简化的源端动力学行为可表示为：(3.3)瓶颈节点队列长度的动态行为表示为：(3.4)3基于Kelly优化模型的滑模AQM算法模型

7、描述定义滑模面如下(3.7)(3.8)到达滑模面可以表示为,即此时，得出滑模运动方程为(3.9)由上式可知，只要保证滑模运动方程(3.9)渐近稳定。基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法(PSMC-AQM)由式(3.3)，(3.4)得到下面非线性状态空间方程(3.5)(3.6)式中是期望的队列长度。3基于Kelly优化模型的滑模AQM算法(3.12)定理3.1如果选择则选择如下结构的控制律能驱动系统到达滑模面。由于标记概率实际意义我们设计更合理的变结构AQM控制器。的限制，在式(3.11)形式的启发下

8、由可以得出等价控制律(3.11)3基于Kelly优化模型的滑模AQM算法图3.2RED算法控制队列长度平均值图3.3PSMC算法控制队列长度平均值仿真分析3基于Kelly优化模型的滑模AQM算法基于Kelly模型的终端滑模AQM算法(TSMC-AQM)3基于Kelly优化模型的滑模AQM算法可得如下的滑模运动方程：所设计的终端滑模面具有如下的形式：(3.17)其中：均为大于零的常数，为正奇数，且满足。当系统状态运动到该终端滑模面上时，由式(