TCP/AQM系统大时间尺度模型

网络传输连接的往返时延(round-trip times,RTT)大小各不相同,因此TCP/AQM系统本质为一多时滞回路耦合系统.由于RTT分布范围远大于控制量调节周期,这给准确评估控制效果带来很大困难.已有基于控制理论的主动队列管理(active queue management,AQM)算法多以流体流模型为基础进行设计,没有充分考虑RTT和采样周期对系统性能的影响.对于TCP/AQM系统,合理的评价方法是对调节过程进行评价,而非仅评价单个采样周期内的控制量是否合适.本文结合数据驱动控制思想和系统自身特征,统一从路由视角对TCP与AQM之间的交互进行抽象,通过时间扩展从更大的时间尺度去评价控制量调节过程,然后基于此模型设计自适应AQM算法–—大时间尺度AQM算法(large time scale AQM,LTSAQM).仿真结果表明,该算法收敛速度快,排队时延抖动小,特别是在长时滞网络环境下,性能明显改善.     

基于模型有效性评价的主动队列管理算法

TCP/AQM系统是一多时滞回路耦合时变系统,源端传输控制协议(TCP)的拥塞控制机制也各不相同,因此其机理模型复杂.设计控制器所采用动态近似模型的参数变化范围很大,这对辨识算法提出了很高要求.本文先从模型误差分配方式这一新的角度对经典辨识算法进行了分析.然后运用新分析框架,结合TCP/AQM系统特征和控制要求,设计了一种基于模型有效性评价机制的辨识算法.该辨识算法能够对控制系数进行自适应调节,满足了主动队列管理(AQM)算法的设计需求.仿真结果表明,基于模型有效性评价机制的AQM算法,能有效应对时滞和不确定性带来的负面影响.与潜在标准化AQM算法相比,新算法在保持低排队时延和高效链路利用率方面取得了更好的平衡.     

基于灰色预测可变裕度PID网络自适应算法

为了综合控制拥塞链路的队列长度,提高AQM系统对动态网络环境的自适应能力,提出了一种基于灰色预测和考虑可变裕度PID控制的自适应TCP网络主动队列管理。首先,建立相角和幅值裕度与网络参数相关的PID自适应主动队列(TCP/AQM)控制论模型,该模型可以根据网络参数的变化而动态改变控制参数,以提高AQM网络动态自适应能力,及系统的鲁棒性;其次,将灰色预测引入该模型,实现路由器队列长度的超前预测,补偿带有PID反馈模块的AQM算法给队列造成的时滞影响。与其他算法的仿真结果相比较,该设计算法能够使信息流在较短的时间内稳定在期望队列长度阈值附近。     

基于自相似聚合业务流量的AQM算法性能评价

现有TCP/AQM忽略了非响应业务流量对AQM算法性能的影响,但非响应业务流量约占Internet业务流量的70%～80%.因此,评价非响应业务流量对AQM算法性能的影响具有重要意义.借助于在标准GI/M/1/N排队系统中嵌入AQM算法随机丢包机制的手段,提出了一种利用"扩充的GI/M/1/N排队系统"评价AQM算法在非响应业务流量下的性能的分析方法.最后评价了TD,RED和GRED这3种经典的AQM算法,评价结果与NS-2模拟结果一致,表明该分析方法可能用于评价AQM算法在非响应业务流量下的性能.     

TCPV egas／AQM系统稳定性分析与算法设计

本文建立支持TCP Vegas的AQM控制器设计的非线性时滞微分模型。通过对该模型线性化,可以得到以丢包率和瓶颈路由器队列长度为输入输出的TCP Vegas／AQM系统的小信号模型。我们采用劳斯判据,设计了满足闭环系统稳定性的PI型AQM控制器。仿真结果显示了所提方法的有效性。     

网络拥塞控制模型Hopf分岔的PD控制

网络拥塞会导致信息丢失,时延增加,甚至系统崩溃。由于无线接入网络中的时变衰落和分组错误率,使得TCP协议在网络拥塞控制更加复杂。TCP Westwood是专门为高速无线网络设计的,大大提高了网络带宽的利用率,改善了网络性能。TCP Westwood/AQM拥塞控制的连续流体流模型被引用,源端采用TCP Westwood拥塞控制协议,路由器端采用主动队列管理(AQM)机制中的随机早期检测(RED)算法。为了延迟无线接入网络拥塞控制模型中霍普夫(Hopf)分岔现象的发生,采用比例微分(PD)控制器,通过选择通信延迟作为分岔参数,分析无线网络系统中的Hopf分岔行为,并由理论分析得知当分岔参数超过临界值时系统发生Hopf分岔。利用中心流形和规范型理论,推导得出系统发生Hopf分岔的条件和反映Hopf分岔性质,方向和周期的参数,数值仿真验证理论分析的准确性,表明PD控制器的有效性。     

基于新的图形化方法分析TCP/AQM系统的稳定性

为了正确地设置控制器参数, 针对主动队列管理(AQM)系统提出了一种图形化的稳定性分析方法. 将TCP/AQM系统的模型转化为带有时滞的二阶系统形式, 从而用特征伪多项式来刻画其闭环系统的稳定性. 在复平面上, 借助被控对象的逆奈奎斯特曲线和控制器的负频率特征直线, 给出了判定闭环系统稳定性的充要准则. 研究了使得AQM系统稳定的PID控制器的比例增益边界与网络参数之间的关系.通过Matlab和Network Simulator分别进行了仿真, 实验结果验证了该方法的有效性. 不同的PID控制器稳定区域对比, 进一步表明该方法的保守性较小. 该方法的优点在于计算复杂度较低, 而且在复平面上显示直观.     

一种网络拥塞的反步控制算法

针对Internet网络拥塞控制中的TCP动态非线性流体模型,提出用于网络主动队列管理（AQM）的拥塞控制算法,设计用于估计未知状态的状态观测器,采用反步法技术和Lyapunov直接方法,通过输出反馈实现闭环系统的渐近稳定。仿真实验结果表明,基于反步法的AQM控制算法调整时间小、丢包率低、链路利用率高。     

具有最小时间加权平方误差积分的主动队列管理算法ISTE-PI

针对现有基于控制论的主动队列管理(AQM)算法的不足,在不忽略TCP/AQM传递函数模型中时滞环节的条件下,将TCP短流和UDP流作为干扰信号引入AQM控制器的设计过程,并借助最小"时间加权平方误差积分(ISTE)"控制方法,设计了一个基于PI控制器的AQM算法ISTE-PI.与现有算法相比,ISTE-PI算法同时具备响应速度快、抗干扰能力强、能用于大时滞网络环境且鲁棒性好等特点.鉴于Internet网络流量由TCP长流、TCP短流和UDP流构成,且是大时滞网络,因此ISTE-PI算法能更好地适应Internet网络环境下的主动队列管理.     

基于预测的时滞系统拥塞控制算法

为了克服TCP/AQM控制系统中时滞环节带来的不利影响,将Smith预估器与Dahlin算法相结合,提出了一种新的AQM机制——PPI算法,该算法能消除时滞环节对系统性能的影响,并减少整定参数的数量,通过仿真结果显示出PPI控制器能有效避免网络拥塞,提高系统的稳定性,并在系统变化时具有较好的鲁棒性。     

显示拥塞指示标记的主动队列管理研究

主动队列管理对于解决网路拥塞具有重要意义。针对PID主动队列管理算法在调节队列长度时有较大的丢包率这一缺点,提出一种显示拥塞指示标记即ECN标记的PID主动队列管理算法。该算法用显示拥塞指示标记取代丢包机制,用于通知源端网络即将发生拥塞,采用PID控制器实现反馈控制,保证系统的稳定性。仿真结果表明,显示拥塞指示标记的主动队列管理算法适用于多变的网络环境,比PID算法具有低丢包率、低延时和高吞吐量的特点。     

不确定TCP流模型的离散H∞鲁棒主动队列管理算法

针对TCP/IP网络存在参数时变和不确定性下的拥塞控制问题,提出一种新的基于H∞状态反馈控制的离散鲁棒主动列队管理算法(AQM).该方法针对不确定TCP流模型,将短期突发流所占据的带宽作为系统的外部干扰,同时考虑时滞和参数不确定性因素,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式技术,设计了离散鲁棒状态反馈控制器以保证路由器队列响应的稳定性和鲁棒性.最后,通过NS-2仿真验证了本文方法的有效性.     

非线性自适应拥塞控制算法研究

研究丢弃概率的变化率与队列长度稳定性间的关系,分析ARED算法及REM算法的丢弃概率计算函数,采用非线性化函数计算丢弃概率,提出一种非线性自适应拥塞控制算法(NLACCA),根据队列长度与目标队列长度中值的偏离程度动态地调整丢弃概率的变化率,从而减小队列长度波动,提高算法稳定性。在NS-2上进行的大量实验结果表明,该算法具有队列长度抖动性小、平均时延低、丢包数少等特点。     

具有输入和状态延时网络系统的鲁棒拥塞控制

研究基于状态空间的主动队列管理算法,以状态变量的形式描述具有状态延时和输入延时的TCP／AQM模型,设计基于观测器的状态反馈控制器,观测器在线测量控制器的输出。应用线性矩阵不等式和Lyapunov—Krasovskii定理,给出AQM控制器的控制率和不依赖于延时的稳定条件。NS2仿真表明该控制算法在延时变化和突发业务流情况下,能够快速收敛于期望队列长度,动静态性能优于已有的P1控制算法。     

复杂拓扑下UDP流对TCP流影响的分析

随着Internet的发展,UDP数据流日益增大,而传统的主动拥塞控制不能很好地处理UDP流。本文通过计算机首先模拟了在瓶颈网络和传统的RED算法下UDP流和TCP流共存的情况,然后又模拟了在复杂拓扑下主动管理算法的稳定性,说明了无拥塞控制的UDP数据流同TCP流共享带宽时的不公平性,并通过分析TCP的端到端流量控制机制指出了产生不公平的原因,讨论了解决该问题的方法。     

主动队列管理研究综述

主动队列管理是路由器中支持拥塞控制的主要机制，也是基于路由器的网络拥塞控制的研究热点，但目前仍然没有能被普遍接受并获得广泛应用的方案。该文围绕主动队列管理机制的关键技术和当前研究中尚待解决的几个问题进行了论述，具体包括：链路特征对主动队列管理机制的影响，大延时对主动队列管理的影响，主动队列管理机制对网络稳定性的影响和主动队列管理在无线网络中的应用等。