基于主动队列管理的网络拥塞控制研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文基于主动队列管理的网络拥塞控制研究姓名：王光辉申请学位级别：硕士专业：系统工程指导教师：万晓冬20090101南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着互联网业务的迅猛发展，网络拥塞成为当前一个十分严重的问题。网络拥塞控制变得越来越重要。主动队列管理（AQM）算法，通过网络中间节点按照一定策略进行分组丢弃，实现了较低的排队延时和较高的有效吞吐量，是近年来端到端网络拥塞控制的一个研究热点。本文首先介绍了网络拥塞控制的研究动态，说明了AQM在网络拥塞控制中的重要性。并从启发式的、经典控制理论、优化理论以及智能控制理论几个方向，介绍了AQM算法研究的现状。研究了当前几种典型

2、的AQM算法，例如：RED、PI、ARED、REM、AVQ等，并使用网络仿真器（NS-2）对这些算法的性能进行了研究。从控制理论角度来看，Internet网络拥塞控制算法可以被看作是一个具有通信时延的，动态非线性反馈系统。延时、负载等网络条件的变化，对启发式的AQM算法，以及基于经典控制理论的算法性能影响较大。本文提出了一种智能的AQM算法，S-Fuzzy2PI。S-Fuzzy2PI是一种基于模糊控制以及PI控制的双模控制器。该算法将模糊控制与PI算法相结合，误差较大时，采用Fuzzy控制，用以加强系统的响应速度和鲁棒性；误差较小时，切换到PI控制器来加强系统的稳态特性。在往返时间（RTT

3、）较大的网络条件下，将Smith预估引入，用以克服大时滞对于算法性能的影响。NS-2仿真实验结果表明：S-Fuzzy2PI算法取得了较好的瞬态性能和稳态性能，并且一定程度上克服了时滞、负载变化、非响应流扰动带来的负面影响，算法的鲁棒性更强。关键词：网络拥塞控制，主动队列管理，模糊逻辑控制，Smith预估器，大时滞I基于主动队列管理的网络拥塞控制研究ABSTRACTAsinternetdevelopsrapidly,networkcongestionbecomesaveryseriousproblem.Networkcongestioncontrolismoreandmoreimportan

4、t.AQM(ActiveQueueManagement)asaneffectivemechanismcanmaintainthesmallerqueuingdelayandhigherthroughputbypurposefullydroppingormarkingthepacketsattheintermediatenodes.ItisahotspotinthecurrentresearchesaboutTCPend-to-endcongestioncontrol.Thisthesisintroducesthedevelopmenthistoryofcongestioncontrolme

5、chanisms.CurrentAQMalgorithmsaremainlybasedonheuristicmethod,traditionalcontrolandintelligentcontrol.SeveraltypicalAQMalgorithmsarestudiedsuchasRED,ARED,AVQ,REM,PI.Accordingtothecomparisonofthesimulations’resultsandrelatedcontroltheory,advantagesanddisadvantagesofthesealgorithmsarepointedout.AsTCP

6、/AQMisanonlinearandtime-varyingsystem,intelligentcontrolisfoundmoreadvantageous.Inthisthesis,anewintelligentalgorithmcalledS-Fuzzy2PIisproposed.S-Fuzzy2PIcombinesPIcontrollerwithfuzzycontroller.Whencongestionlevelishighweusefuzzycontrollertoimprovethequickconvergencespeed.Andwhencongestionlevelisl

7、ower,weusePIcontrollertoimprovethestabilityofthisalgorithm.Asthenetworkcongestioncontrolsystemisessentiallyadelaysystem,sowebringupsmithpredictortoovercomethenegativeimpactonstabilitybylargedelay.TheNetworkSimula