TCP-IP协议网络拥塞控制若干问题的研究.ppt

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1、TCP/IP网络拥塞控制若干问题的研究答辩人：导师：井元伟教授结论与展望主要工作绪论第一章绪论网络拥塞的基本概念拥塞是一种持续过载的网络状态。此时用户对网络资源的需求超过了其固有的容量。网络拥塞产生的原因存储空间不足带宽容量不足处理器速度慢、能力弱拥塞控制的基本思想采取某种控制措施减少或避免网络中出现拥塞现象。图1.1网络负载与吞吐量及响应时间的关系基于源端的TCP拥塞控制机制“和式增加积式减少（AIMD）”基于窗口的闭环控制方式慢启动拥塞避免快速重传快速恢复第一章绪论基于路由器的IP拥塞控制机制通过路由器等中间节点设备采用队列算法实现队列调度算法队列管理算法FIFO算法AQM策略R

2、ED算法第一章绪论在这类算法中TCP的连接是一种互动的行为，AQM控制器可以看作一个梯度优化问题，算法的目标是最大化网络利用率。Kelly等学者基于优化理论[49]提出了一个分散拥塞控制框架，从而建立了TCP速率控制的模型。Kunniyur在Kelly源端速率模型的基础上提出AVQ算法。Low等基于优化理论提出了TCP/AQM对偶性模型。基于优化理论的拥塞控制算法第一章绪论基于控制理论的拥塞控制算法第一章绪论从控制理论角度，拥塞控制算法分为开环控制和闭环控制两大类。Misra等[63]提出了TCP/AQM微分方程模型。图1.8TCP拥塞控制与AQM算法组成的反馈控制模型文献[64]运

3、用经典控制理论证明了采用RED控制的的系统中稳定时控制器参数所要满足的条件Hollot等[65]研究了在AQM中采用经典的PI控制器的设计方法。文献[67]则直接运用状态反馈控制理论，给出了状态反馈控制器的设计。现有算法存在的问题第一章绪论已有的AQM设计大多是依赖于确定的网络模型，没有考虑到参数的时变性以及模型的不确定性的影响。拥塞控制系统的稳定性分析是控制理论的难点课题。第五章基于显式速率反馈的拥塞控制算法第四章基于自适应灰色预测的VRC虚速率算法第二章基于IMC-Smith算法的AQM策略第一章绪论第三章AQM中的模糊-Smith算法第六章基于价格策略的拥塞控制机制本文的主要工

4、作第七章网络拥塞控制算法的稳定性分析TCP流量窗口控制机制动态模型：第二章基于IMC-Smith的AQM策略图2.5基于TCP流体模型的网络拥塞反馈控制结构图网络控制系统建模图2.2哑铃型拓扑结构的分组交换网络Smith预估控制系统转换成如下图的等价结构：得到Smith预估控制系统的内模控制结构按照内模控制算法设计控制器第二章基于IMC-Smith的AQM策略(2.24)图2.7IMC-Smith控制系统结构框图仿真研究图2.8模型匹配时IMC-Smith控制算法仿真曲线图2.9滞后时间变化时仿真曲线第二章基于IMC-Smith的AQM策略图2.10模型失配时仿真曲线图2.11激活的

5、TCP连接数变化时的仿真曲线第二章基于IMC-Smith的AQM策略本章小结本章从控制理论的角度描述了带AQM的网络拥塞闭环控制系统结构，给出了IP网络系统受控对象的一种传递函数模型。并提出了一种结合内模控制器和Smith预估补偿控制器的IMC-Smith控制算法，通过仿真实验表明，该策略能有效克服网络时延的影响，对网络模型参数的变化具有较好的鲁棒性。第三章AQM中的模糊-Smith算法设计目标：基于模糊Smith设计一个AQM控制器来稳定路由器中的队列长度使其在目标队列附近图3.1模糊-Smith系统结构图3.4改进的Smith预估补偿控制原理图第三章AQM中的模糊-Smith算法

6、在原对象模型与Smith预估器模型的比较器之后串上一个低通滤波器，可以大大减少模型失配的敏感，增加Smith预估控制系统鲁棒性。由二维模糊控制器实现队列长度的误差及误差的变化率作为模糊控制器的输入队列长度的误差分为五个模糊子集，为{负小、负大、零、正小、正大}误差的变化率也分为五个模糊子集，为{负小、负大、零、正小、正大}模糊控制器的设计丢弃概率作为模糊控制器的输出第三章AQM中的模糊-Smith算法EECPdNBNSZPSPBNBNNNNNNSNNNNLZNNNLFPSNNLFHPBNLLFH表3.3模糊控制器的控制规则表模糊控制器的输出由下式给出：(3.6)第三章AQM中的模糊-

7、Smith算法仿真图3.8小时滞时三种控制器比较图3.9大时滞时三种控制器比较图3.10参数变化时三种控制器比较第三章AQM中的模糊-Smith算法本章小结本章从控制理论的角度描述了带AQM的网络拥塞闭环控制系统结构，提出了一种结合模糊控制器和Smith预估补偿控制器的模糊Smith控制算法，通过仿真实验表明，该策略能有效克服网络时延的影响，对网络模型参数的变化具有较好的鲁棒性。第三章AQM中的模糊-Smith算法第四章基于灰色预测自适应PID理论的VRC