基于免疫pid算法的无线网络拥塞控制优化

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1、基于免疫PID算法的无线网络拥塞控制优化摘要：无线网络由于其传输方式的独特性，导致在有线网络中表现良好的各种拥塞控制方法无法在无线网络中得到有效的应用，尤其是数据通信在存在干扰的情况下，丢包率远远超过有线网络，因此必须加以改进。该文对无线网络拥塞控制方法进行深入的研究，引入了工业控制领域常用的PID控制方式来实现对无线通信节点中的缓存队列进行有效的管理，并结合免疫算法实现了对PID控制器的参数寻优，极大提高了控制的实时性和准确性，经过仿真验证，该算法在保证网络吞吐量的前提下，表现出了更强的收敛性，对网络数据

2、流量变化波动的响应速度也大大提高了，有效的调节了网络拥塞现象，具有一定的借鉴意义和推广价值。中国8/vie　　关键词：PID；AQM队列控制；免疫算法；拥塞控制　　中图分类号：TP393文献标识码：A：1009-3044（2017）02-0044-03　　1引言　　无线局域网是指基于IEEE802.11协议构建的无线网络，采用无线电波为通信载体，在有限范围内完成数据传输任务。随着智能手机及其他移动终端设备的推广，目前无线局域网得到了最广泛的应用，覆盖范围越来越广，出现的各种矛盾和问题也越来越多，同有线网络相

3、比，无线网络最明显的劣势就在于其带宽相对有限，而影响其带宽的主要因素之一就是无线网络的拥塞问题，因此，如何有效的解决网络拥塞现象，保障无线网络的带宽不受影响，为用户提供更快捷、更稳定的数据通信服务已经成为该领域研究的重点。需要明确的是，无线网络在底层的组网方式上，存在两种主要模式，分别是以有源基站为核心的基础结构集中式和以用户主机为节点的分布对等式，也称自组式网络，本文主要针对第一种网络模式进行研究，探讨其拥塞解决方案。　　无线网络通信具有其独特性，由于通信环境的复杂性、通信媒介的低防御性和众多的干扰因素的

4、存在，使得无线网络通信的质量波动较大，从而引起通信流量的变化，在这种变化速度快、变化幅度大的环境下，若要实现精确的实时化拥塞控制是非常困难的，传统的控制方式虽然能起到一定的效果，但随着无线网络规模的不断扩大，通信流量的不断增加，这些方式都出现了或多或少的问题，必须加以改�M。　　目前在无线网络拥塞控制领域，AQM队列管理方法得到了广泛的肯定，该策略属于网络层的调控方法，通过主动的丢弃数据报来确保网络始终有足够的空闲缓存来应对可能出现的拥塞问题。但队列管理模式最大的问题就是响应速度过慢，无法应对网络中流量的突

5、发性波动，本文针对这种情况，提出采用免疫PID算法参与到AQM队列管理中，将PID强大的调节能力和免疫算法优秀的收敛能力相结合，共同来解决无线网络的拥塞问题，实现全局优化。　　2主动缓存队列管理方式　　主动队列管理模式AQM的优势体现在于该算法提前对网络中数据报流量趋势进行预测，在问题出现之前就提前做好预防工作，采用一定的机制来减少缓存中队列的长度，并提前通过减小拥塞窗口来降低各发送方的发送速率，这一算法思维被称作早期随机检测RED，这也是AQM算法系列中最著名的一种。RED算法包含两个环节，第一是计算路由

6、器缓存中数据报队列的队列长度，用来判断网络中是否有出现拥塞的可能；第二是当出现拥塞可能的时候，随着这个可能性的增加，动态的调整丢弃队列中数据报的概率，以缓解路由器的通信压力。　　在计算平均队列长度的时候，RED算法采用的是加权平均法，因为必须考虑到网络中数据流量的突发性特点，即网络数据量是呈大幅度快速变化的：　　[Qavg（n+1）=（1-ω）×Qavg（n）+ω×Q（n）]（1）　　[ω]为权值，[Q（n）]为第n次采样时得到的队列长度。由上述公式可以看出，当[ω]趋向于1时，平均队列长度[Qavg（n+

7、1）]的取值更多的依靠本次采样的结果，而当[ω]趋向于0时，平均队列长度[Qavg（n+1）]的取值则更依赖于上一次的平均值。在实际应用中，这一参数的设定是根据路由器根据其处理的业务特点来灵活设置的。　　缓存平均队列长度是反映当前路由器缓存使用情况的指标，用以决定丢弃数据包的概率，具体算法如下：首先RED算法设定两个阈值[Lmin]和[Lmax]，然后路由器根据计算得到的[Qavg]同这两个阈值进行比较，根据比较的结果来决定丢弃报文的概率，若[Qavg][Lmax]，丢包概率为1；而当[Lmin]<[Qav

8、g]<[Lmax]时，以某一动态变化的概率P对新到达的数据报执行丢弃操作。计算公式如下：　　[P=PmaxQavg-LminLmax-Lmin]（2）　　[Pmax]为预设好的，在到达1之前的最大丢弃报文的概率。从公式中可以看出，丢包概率P是呈线性变化的，其趋势图如图1所示。　　3免疫PID控制算法的优化作用　　3.1增量PID控制方法　　本设计采用增量式PID控制为改进对象，所谓增量式PID，即使根据被控对象在