發(fā)布時(shí)間：2021-06-29 14:06

　　為了滿足流媒體等新型應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的需求,該文提出了基于最小方差理論的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法。針對(duì)有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特性,利用平衡點(diǎn)線性化方法將擁塞控制模型轉(zhuǎn)換為離散傳遞函數(shù),并考慮系統(tǒng)噪聲和隨機(jī)性的影響,將廣義最小方差控制理論引入有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制中,設(shè)計(jì)了基于最小方差的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明,在變化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法是有效和魯棒的,能夠維持期望的隊(duì)列長(zhǎng)度,有效抑制隊(duì)列長(zhǎng)度波動(dòng)和延時(shí)的影響,提高有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。 

【文章來(lái)源】：南京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2017,41(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

帶瓶頸鏈路的有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真拓?fù)?br>

z－2解Diophantine方程(7)得E(z－1)=1F(z－1)=－6．56+7z－1－1．5z－2代入式(6)，基于最小方差的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制器即MVCC算法表示為p(k)=1204．21［41+6．56q(k)－7q(k－1)+1．5q(k－2)－407．6p(k－1)－203．8p(k－2)］式中:p為瓶頸路由器中生成的數(shù)據(jù)包標(biāo)記/丟棄概率，q為瓶頸路由器緩存中的隊(duì)列長(zhǎng)度。顯然，k時(shí)刻的數(shù)據(jù)包標(biāo)記/丟棄概率是k，k－1和k－2時(shí)刻的隊(duì)列長(zhǎng)度以及前兩個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)包標(biāo)記/丟棄概率的線性組合。在瓶頸路由器中，分別使用經(jīng)典擁塞控制的PI算法和本文的MVCC算法，圖2給出了兩種不同算法作用下路由器Ｒ0中緩存的隊(duì)列長(zhǎng)度。由圖2可以看出，MVCC算法與PI算法相比響應(yīng)速度較快，且維持了隊(duì)列長(zhǎng)度波動(dòng)較小，MVCC算法具有更好的收斂性。采用最小方差控制，系統(tǒng)的輸出偏離給定值的方差保持最小，即數(shù)據(jù)包傳輸過程中的延時(shí)變化率相對(duì)較小，降低了延時(shí)抖動(dòng)對(duì)視頻等流媒體質(zhì)量的影響，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。圖2瓶頸路由器中兩種算法的隊(duì)列長(zhǎng)度改變網(wǎng)絡(luò)負(fù)載數(shù)目驗(yàn)證算法在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的魯棒性，在30s隨機(jī)加入10個(gè)TCP數(shù)據(jù)發(fā)送源，并在70s隨機(jī)結(jié)束20個(gè)TCP數(shù)據(jù)發(fā)送源，圖3給出了在兩種不同算法作用下變化連接數(shù)路由器Ｒ0中緩存的隊(duì)列長(zhǎng)度。由圖3可以看出，在增加和減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載數(shù)目情況下，MVCC算法與PI算法相比收斂速度較快，MVCC算法具有更好的魯棒性。采用最小方差控制，針對(duì)隨機(jī)系統(tǒng)的一種優(yōu)化控制方法，在控制器設(shè)計(jì)過程中充分考慮系統(tǒng)的噪聲和隨機(jī)性，符合有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特性，滿足移動(dòng)終端接入等應(yīng)用場(chǎng)合，適應(yīng)隨機(jī)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。圖3隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下兩種算法的隊(duì)列長(zhǎng)度4結(jié)論本文設(shè)計(jì)了基于最小方差的擁塞控制算法，該方法能夠有效地控制隊(duì)列長(zhǎng)度迅速收斂

影響。設(shè)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制系統(tǒng)方程為N(z－1)y(k)=M(z－1)u(k)+e(k)(5)式中:y(k)為系統(tǒng)的輸出，u(k)為系統(tǒng)的控制器，e(k)為系統(tǒng)誤差，可以用式(5)來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)的不確定性。為了保證系統(tǒng)輸出方差最小，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制器u(k)=τ0q0－F(z－1)q(k)q0+E(z－1)M(z－1)(6)其中多項(xiàng)式E(z－1)和F(z－1)滿足Diophantine方程N(yùn)(z－1)E(z－1)+F(z－1)=1(7)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)擁塞控制閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性充要條件的證明參見文獻(xiàn)［13］。3仿真實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)采用開源的Ns-2仿真軟件，圖1表示帶瓶頸鏈路的有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真拓?fù)�，其中Si是數(shù)據(jù)發(fā)送端，Ｒi為路由器，di是數(shù)據(jù)接收端，Ｒ0是瓶頸路由器，Ｒ0與Si之間是有線鏈路，Ｒ1與di之間是有線鏈路，Ｒ0與Ｒ1之間是無(wú)線瓶頸鏈路。設(shè)定有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，傳輸延時(shí)Tp=0．01s，數(shù)據(jù)包大小為500字節(jié)，無(wú)線瓶頸鏈路帶寬C0=250packet/s(1Mb/s)，發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)帶寬為2500packet/s(10Mb/s)，路由器緩存大小為300packet，期望隊(duì)列長(zhǎng)度q0=100packet，TCP數(shù)據(jù)源數(shù)目N=30，鏈路丟包率pl=0．1，仿真持續(xù)時(shí)間為100s。圖1帶瓶頸鏈路的有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真拓?fù)涓鶕?jù)仿真拓?fù)湓O(shè)置的有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，可以得到τ0=q0C0+Tp=0．41sW0=τ0C0N(1－pl)=3．8packetp0=2(1+pl)W20－2plW0=0．13209

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]空間延遲/中斷容忍網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略研究[J]. 燕洪成,張慶君,孫勇.  通信學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]節(jié)點(diǎn)狀態(tài)感知的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略[J]. 吳大鵬,傅象玖,張洪沛,王汝言.  電子學(xué)報(bào). 2016(01)
[3]異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下TCP擁塞控制的混沌特性分析[J]. 魏旭暉,王輝.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2015(07)
[4]TCP擁塞控制中的死鎖與混沌[J]. 姜文剛,孫金生,王執(zhí)銓.  南京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(04)
[5]基于反步設(shè)計(jì)法的非線性主動(dòng)隊(duì)列管理算法[J]. 楊歆豪,王執(zhí)銓.  南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
[6]一種基于TCPW的流媒體端到端擁塞控制方法[J]. 金崇奎,王嘉,宋利.  中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào). 2008(10)



本文編號(hào)：3256580