基于微分先行PI的主动队列管理算法

主动队列管理(AQM)作为一种重要的IP层拥塞控制策略，对于提高Internet的服务质量起到了关键性的作用。简要介绍了AQM算法的研究现状和AQM中的PI算法，依据TCP拥塞控制策略基于数据包丢弃的窗口变化机制，设计了一种基于微分先行PI的主动队列管理算法，该算法依据路由器中队列长度的变化采用一定的微分校正原则，实时调整进入该路由器数据包的丢弃概率，使路由器中的队列长度能够稳定在参考值附近。仿真结果表明，该算法与PI算法相比具有更小的超调量，可以明显的加快收敛的速度，从而使Internet的服务质量有更大程度的提高。     

基于ARED的主动队列管理改进算法

随机早期检测（Random Early Detection,RED）是IETF推荐部署的主动队列管理（Active Queue Management,AQM）算法。 RED存在参数难以配置、无法适应动态网络环境的缺点。 ARED（ Adaptive RED）是RED的自适应版本,通过平均队列长度来动态调整最大丢弃概率,从而达到稳定平均队列长度的目的,但是存在瞬时队列长度振荡的问题。文中研究了拥塞控制中的主动队列管理,对ARED算法进行了改进,优化丢弃概率计算函数,提出TTS-ARED算法,实现在动态网络环境下队列长度的稳定以及丢包率降低。 NS2的仿真结果表明,TTS-ARED算法显著地降低了丢包率,队列长度稳定性比ARED算法更优越。     

RED队列稳态误差分析

主动队列管理在保证较高吞吐量的同时，通过在交换节点上主动丢弃数据包来控制队列长度，从而实现对端到端的延时和抖动的控制．RED算法是目前应用最为广泛的主动队列管理(AQM)算法．RED算法以平均队列长度作为衡量网络拥塞的指标，其参数设置对算法性能有较大影响．利用现代控制工程理论，将RED算法看做一种单位反馈控制系统，并将期望队列长度作为系统输入，将瞬时队列长度作为输出，对该系统的稳态误差进行了分析．实验结果表明在稳定状态下，RED队列的波动受分组丢弃概率函数的斜率影响．在稳定条件边界附近，系统的稳态误差急剧增加．     

基于灰预测的PID主动队列管理算法

提出一种基于灰色预测的智能 PID(GI-PID)主动队列管理(AQM)算法,该算法采用 GM(1,1)模型在线预测路由器队列长度,补偿滞后以解决网络状况反馈不及时的问题;同时根据队列误差的变化趋势,应用专家经验动态改变 PID 控制器的参数,使参数实时地随着网络环境变化而调整,实现智能控制.仿真试验表明,GI-PID 算法相比传统 PID 算法大幅度地抑制了队列长度的振荡,路由器队列收敛于期望值,同时具有较小的分组丢弃概率.     

一种基于可变结构的主动队列管理算法

主动队列管理算法(AQM)是近年来网络拥塞控制的研究热点之一,已经提出了许多的主动队列管理算法,例如:RED,ARED,SRED,PI,REM等.文中设计一种基于控制理论的可变结构的主动队列管理.通过分析控制机制对于非线性的TCP/AQM模式的鲁棒性和性能,展示了在不确定的RTT(round-trip time)和活跃的TCP连接个数的情况下,有很好的性能和鲁棒性,这正是主动队列管理最重要的理念.运用网络仿真软件NS对设计进行仿真验证,从不同的角度对其性能与现有队列管理算法进行比较.仿真结果显示,从稳定性和鲁棒性等角度,可变结构控制算法显著胜过现有的AQM算法     

PIPIO：一个新的面向区分服务确保转发的主动队列管理算法

RIO是用于支持区分服务确保转发逐跳行为的主动队列管理算法，该算法是对RED算法的简单扩充。由于RED算法的性能对配置参数敏感，因此基于RED算法的RIO算法必然具有配置参数敏感的特点。PI算法是基于控制论的主动队列管理算法，具有队列长度抖动小的特点。PIP算法是PI算法的改进，比PI具有更快的收敛速度。本文基于PIP算法设计了一个新的主动队列管理算法PIPIO。该算法队列长度抖动小，同时能保护高优先级报文。     

一种基于速率的PI主动队列管理机制

PI(proportional integral)主动队列管理机制是应用控制理论中的比例积分控制器设计的主动队列管理机制,其性能优于RED(random early detection)算法,能有效地消除稳态误差.但PI算法默认参数在目标队列长度较小情况下收敛速度较慢;而参数整定上的试凑法,无法同时保障系统的瞬态和稳态性能.研究拥塞产生的原因及其表现形式,提出一种基于报文到达速率的PI算法(Rate based Proportional and Integral,RPI).它根据报文到达速率和队列长度,即拥塞瞬间状况和持续状况计算出合适的丢弃率.通过NS2模拟表明,相对于PI,RPI具有更快的收敛速度和更小的队列抖动.     

一种模糊自适应虚拟队列管理算法

随着网络流量的剧增,主动队列管理是近来端到端拥塞控制研究中的一个研究热点。为了解决队列拥塞、高效利用队列资源和减少队列抖动等队列管理问题,采用模糊控制模块计算分组丢弃概率,减少了由于"硬判断"所造成的队列抖动问题;同时在算法中引入期望队列长度来显式控制并稳定队列长度,提高了队列资源利用率。最后通过在NS2平台上仿真三种不同的业务流量对该算法进行实验测试,结果表明,算法在一定程度上解决了PI算法队列抖动大和AVQ算法队列资源使用率低的问题,具有一定的可行性和应用价值。     

一种新的自适应RED算法

主动队列管理算法(RED)存在很多问题,如参数难以配置、对负载变化敏感等,为此采用控制理论的方法改进RED算法,提出一种基于比例控制的自适应RED算法-PRED.仿真结果表明该算法的稳定性好,队列的稳态值不受负载变化的影响.与已有的几种主动队列管理算法的性能比较表明,PRED算法的性能明显优于ARED,PI控制,DRED,SRED和REM几种算法.     

基于混合流拥塞控制的Ad Hoc网络视频传输

基于TCP反馈的主动队列管理算法会无差别地丢弃UDP分组,导致视频质量下降.根据TCP/UDP发送特性和混合流排队机制,推导拥塞窗口、丢弃概率及混合流队列长度的微分方程,通过线性化获得Ad Hoc网络混合流AQM(active queue management)控制模型,提出了一种减少UDP丢弃率的PI-V主动队列管理算法.当视频画质下降时,算法依据视频帧权重与分组长度,动态地调整UDP视频流的丢弃概率.NS(network simulator)仿真表明,PI-V算法优于PI与去尾算法,提高了视频传输质量0.82 d B~2.22 d B的峰值信噪比(PSNR).     

Design and analysis of an ONOFF variable structure controller for AQM routers supporting TCP flows

Active queue management （AQM） can maintain smaller queuing delay and higher throughput by purposefully dropping packets at intermediate nodes. Most of the existing AQM schemes follow the probability dropping mechanism originating from random early detection （RED）. This paper develops a novel packet dropping mechanism for AQM through designing an ONOFF controller applying the variable structure control theory. Because the binary ONOFF controller can considerably simplify the manipulation on the AQM router, it is helpful for implementing the high performance router. The design principles of ONOFF controller are discussed in detail. The guidelines towards parameter settings are presented. The performance is extensively evaluated and compared with other well-known controllers through simulations and theoretical analysis. The results demonstrate that the ONOFF controller is responsive and robust against external disturbances, and is insensitive to variances of the system parameters. Therefore, it is very suitable for the time- varying network system, and at the same time, it can also keep the instantaneous queue length at a desired level with rather small oscillations, which is conducive to achieving the technical objectives of AQM.     

Multi-indicator Active Queue Management Method

A considerable number of applications are running over IP networks. This increased the contention on the network resource, which ultimately results in congestion. Active queue management (AQM) aims to reduce the serious consequences of network congestion in the router buffer and its negative effects on network performance. AQM methods implement different techniques in accordance with congestion indicators, such as queue length and average queue length. The performance of the network is evaluated using delay, loss, and throughput. The gap between congestion indicators and network performance measurements leads to the decline in network performance. In this study, delay and loss predictions are used as congestion indicators in a novel stochastic approach for AQM. The proposed method estimates the congestion in the router buffer and then uses the indicators to calculate the dropping probability, which is responsible for managing the router buffer. The experimental results, based on two sets of experiments, have shown that the proposed method outperformed the existing benchmark algorithms including RED, ERED and BLUE algorithms. For instance, in the first experiment, the proposed method resides in the third-place in terms of delay when compared to the benchmark algorithms. In addition, the proposed method outperformed the benchmark algorithms in terms of packet loss, packet dropping, and packet retransmission. Overall, the proposed method outperformed the benchmark algorithms because it preserves packet loss while maintaining reasonable queuing delay.     

一种针对TCP动态队列管理的控制算法

描述了一种新的TCP/IP动态队列管理控制算法,对于传统的随机早期检测法(RED)来说,它的主要目标之一就是稳定路由器队列的长度,然而它实现此目标并不是很成功,主要因为它在平衡队列长度的过程中很强地依赖了动态TCP链接数。而新的动态控制算法则使用了一种简单的控制方法,当路由器缓冲区即将出现拥塞时,它能够根据当前路由器缓冲区负载概率来随机地实施包丢弃。该算法能够很好地稳定路由器缓冲区的队列占用数,同时,在实现过程中并不用评估动态TCP链接数以及分析网络流的状况。所给出的一个实验模型表明,该控制算法是有效可行的。     

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。     

基于两次丢包策略的主动队列管理算法研究

针对网络拥塞现象,基于两次丢包方法建立了一种新的主动队列管理算法TDPQW。该算法利用M/G/1排队模型推导了实际队列长度和等待时间的数学表达式,以此提出在队列头部和队中随机位置进行丢包的策略。同时,通过仿真实验对比分析了该算法与RED、DROP-TAIL算法的性能,结果表明TDPQW具有较好的适应性。     

一种短流优先的公平带宽分配机制

提出一种短流优先的公平带宽分配机制FPIP(fair PIP).通过区别处理短流和长流的报文,FPIP能够将带宽优先分配给短流,然后将剩余的带宽在长流之间公平分配.此外,FPIP采用主动队列管理机制AQM(active queue management)检测拥塞并控制队列长度.仿真结果表明,FPIP在保证公平性、控制队列长度、减小Web流的响应时间等方面具有良好的性能.     

Adaptive Head-to-Tail: Active Queue Management based on implicit congestion signals

Active Queue Management is a convenient way to administer the network load without increasing the complexity of end-user protocols. Current AQM techniques work in two ways; the router either drops some of its packets with a given probability or creates different queues with corresponding priorities. Head-to-Tail introduces a novel AQM approach: the packet rearrange scheme. Instead of dropping, HtT rearranges packets, moving them from the head of the queue to its tail. The additional queuing delay triggers a sending rate decrease and congestion events can be avoided. The HtT scheme avoids explicit packet drops and extensive retransmission delays. In this work, we detail the HtT algorithm and demonstrate when and how it outperforms current AQM implementations. We also approach analytically its impact on packet delay and conduct extensive simulations. Our experiments show that HtT achieves better results than Droptail and RED methods in terms of retransmitted packets and Goodput.     

主动队列管理中P I 字节模式和包模式

主动队列管理(AQM)是近年来TCP端到端拥塞控制的一个研究热点，其中PI拥塞控制机制是建立在RED拥塞控制基础上的一种控制机制．PI机制基于两种方法控制网络拥塞现象：跟踪实时队列长度及拥塞情况下以一定概率丢弃到达队列的数据包．以上方法的计算可以基于包数目或字节数，而方法选择的不同对网络会产生不同的影响．仿真量化性地测定使用不同队列计算和标注方法情况下对通信性能产生的影响．同时，PI控制器与RED控制器在相同模式和参数设置下进行比较，可显示出PI控制具有一定的优越性．     

不同服务类型的队列管理及性能比较

为提高网络利用率和数据包处理速度,针对不同应用的网络流量,在网络拓扑结构的参数设置相同的情况下,使用NS2模拟器对瓶颈链路分别采用7种主动队列管理机制进行仿真,通过分析跟踪文件并计算各种算法的QoS性能,得出每种流量对应的最优队列管理机制,并将队列管理系统在网络处理器IXP2400上进行实现。实验结果表明,FTP流量、CBR流量、HTTP流量分别在SRED算法、BLUE算法、FRED算法下QoS性能达到最优。     

AQM router design for TCP network via input constrained fuzzy control of time-delay affine Takagi–Sugeno fuzzy models

In this article, Takagi–Sugeno (T–S) fuzzy control theory is proposed as a key tool to design an effective active queue management (AQM) router for the transmission control protocol (TCP) networks. The probability control of packet marking in the TCP networks is characterised by an input constrained control problem in this article. By modelling the TCP network into a time-delay affine T–S fuzzy model, an input constrained fuzzy control methodology is developed in this article to serve the AQM router design. The proposed fuzzy control approach, which is developed based on the parallel distributed compensation technique, can provide smaller probability of dropping packets than previous AQM design schemes. Lastly, a numerical simulation is provided to illustrate the usefulness and effectiveness of the proposed design approach.