本文選題：網(wǎng)絡(luò)擁塞控制 + 主動隊列管理��； 參考：《哈爾濱工程大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨著計算網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和應(yīng)用業(yè)務(wù)的日益豐富,擁塞控制在保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和服務(wù)質(zhì)量方面的重要性持續(xù)增加,其主要由基于端到端的傳輸控制協(xié)議(Transmission Control Protocol,TCP)和基于路由的主動隊列管理(Active Queue Managment,AQM)組成�；诼酚啥说腁QM控制機(jī)制能夠主動的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),避免網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生,有著降低排隊時延、提高鏈路利用率、減少丟包率的優(yōu)點(diǎn)。但研究表明,對于存在動態(tài)突變以及非響應(yīng)流量的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)場景,AQM算法有著建模復(fù)雜、參數(shù)配置困難、隊列穩(wěn)定性差、網(wǎng)絡(luò)資源利用率低等缺陷,已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界熱點(diǎn)研究問題之一。本論文在部級科研項目“船舶信息網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)研究”支持下對AQM算法及其相關(guān)問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和探討。本文利用T-S(Takagi-Sugeno)模糊模型不依賴于被控對象的精確數(shù)學(xué)模型且對于非線性系統(tǒng)具備良好逼近能力的特點(diǎn),對非線性的TCP/AQM控制系統(tǒng)進(jìn)行了 T-S模糊建模,將受鏈路參數(shù)攝動影響的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等效為具有不確定性的狀態(tài)空間模型。利用Lyapunov穩(wěn)定性理論和線性矩陣不等式(Linear Matrix Inequlity,LMI)方法,給出了狀態(tài)反饋?zhàn)饔孟麻]環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件和控制器的設(shè)計方法。驗(yàn)證了模糊保性能控制律的存在條件和設(shè)計方法,從而達(dá)到對于指定性能指標(biāo)的最優(yōu)化設(shè)計。仿真結(jié)果表明,對于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化及時延抖動,該算法能夠保證路由器隊列長度穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)值,從而避免網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象發(fā)生。對網(wǎng)絡(luò)擁塞模型的研究可知,其模型具有非線性特點(diǎn),且網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時其參數(shù)隨工況變化而變化,要求控制算法中考慮模型參數(shù)變化的因素。針對此種情況,提出了預(yù)測函數(shù)隊列管理策略,利用預(yù)測模型來預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的未來動態(tài),在一定程度上提高了控制系統(tǒng)的性能,使隊列長度穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)值。在將帶有性能約束的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制求解轉(zhuǎn)化為Lagurange乘子算法,避免了直接在路由處理器中求解QP問題,節(jié)省了計算資源。在網(wǎng)絡(luò)中存在參數(shù)攝動和動態(tài)突發(fā)流、非響應(yīng)流干擾的情況下具有很強(qiáng)的魯棒性。針對TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型提出了滑模預(yù)測隊列管理策略,利用預(yù)測模型來預(yù)測網(wǎng)絡(luò)滑模面的未來動態(tài),利用滑模控制具備良好暫態(tài)性能和魯棒性的特點(diǎn),通過優(yōu)化丟包率確保路由隊列快速平穩(wěn)到達(dá)目標(biāo)值。研究了網(wǎng)絡(luò)存在變化長時延τ時對AQM系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,并利用線性矩陣不等式和Lyapunov-Krasovskii理論得到使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不依賴于延遲的穩(wěn)定性充要條件。通過仿真驗(yàn)證了滑模預(yù)測算法對于存在較大時延的網(wǎng)絡(luò)有良好的控制性能,克服了網(wǎng)絡(luò)突發(fā)流和往返時延等不確定因素給系統(tǒng)帶來的不利影響,有效避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生�；趶�(fù)雜自適應(yīng)模型的擁塞控制方法在快速性、易處理性等方面難以滿足高速網(wǎng)絡(luò)的需求,采用固定的簡化數(shù)學(xué)模型又會導(dǎo)致控制精度和性能上的損失。引入灰色預(yù)測建模方法來使模型具有處理不確定變量的能力,彌補(bǔ)了固定模型導(dǎo)致算法魯棒性差的缺陷,在滑模自適應(yīng)控制器中加入魯棒控制項.在線學(xué)習(xí)方式可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)控制參數(shù)以保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在滑模面附近的穩(wěn)定性,提升了響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)特性。在復(fù)雜多瓶頸網(wǎng)絡(luò)場景中的仿真結(jié)果表明,該控制策略可以有效的抑制網(wǎng)絡(luò)擾動,對于混雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性。介紹了作者參與開發(fā),應(yīng)用于大型船舶的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng),探討了船舶信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計,介紹了原理仿真實(shí)驗(yàn)平臺的硬件架構(gòu)和監(jiān)控軟件系統(tǒng)設(shè)計,著重介紹了軟硬件結(jié)合的半物理仿真平臺,以及舵槳協(xié)同控制等實(shí)驗(yàn)項目,為未來組建船舶信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供借鑒。具有重要的工程價值。論文從理論意義和應(yīng)用前景等多個角度出發(fā),對所提出的主動隊列管理算法進(jìn)行了研究和論證,給出了詳細(xì)的參數(shù)配置方案和調(diào)節(jié)規(guī)則。在單瓶頸及多瓶頸網(wǎng)絡(luò)場景中進(jìn)行了一系列仿真實(shí)驗(yàn),給出了詳盡的結(jié)果分析算法性能比較。仿真結(jié)果表明,文中所提出的幾種AQM控制算法性能良好且各具特點(diǎn)。
[Abstract]:In this paper , we have made a systematic study on AQM algorithm and its related problems based on end - to - end transmission control protocol ( TCP ) and route - based active queue management ( AQM ) . This paper introduces the basic function and structure design of ship information network system . The simulation results show that this control strategy can effectively restrain the network disturbance and improve the response speed and the steady state characteristic .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP393.06

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本文編號：2012596