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动态网络系统的鲁棒自适应主动队列管理算法研究

曾繁华  
【摘要】: 在网络技术的飞速发展的今天,网络系统得到广泛的使用,网络的规模也逐渐扩大,网络系统也逐渐的加剧拥塞。多条流入线路有分组到达,并需要同一输出线路,或是路由器处理速度慢,那么将导致网络系统拥塞。拥塞又会造成网络数据传输的延时,进一步使拥塞加剧,严重时网络将产生崩溃。然而,如果仅依靠源端的流量控制策略,那么网络资源的利用率将会大大降低,同时网络的拥塞问题也不能很好的解决。主动队列管理(AQM)算法能够很好的解决网络拥塞问题,而且这种方法也逐渐在网络系统中使用。AQM通过保持系统的队列长度在稳定的范围内,提高路由器中的数据包利用率并且降低系统的排队延时,改善网络性能,提高网络质量。因此,对AQM算法的研究具有重要意义。 本文将控制理论应用于主动队列管理算法中,提出了三种主动队列管理算法,通过控制网络系统队列长度和系统延时,提高了系统的稳定性。本文研究的内容如下: 首先,改进已有的网络系统模型,设计了网络系统的H_∞控制器,对网络系统的时滞进行补偿,提高了网络系统的时滞上界。通过选取Lyapunov函数对系统的稳定性和系统的H_∞性能指标进行了分析。 其次,在网络系统状态不可测得情况下,设计了网络系统的鲁棒H_∞输出反馈控制器。在控制器的设计中,应用积分等式定理,引入了自由矩阵,能够很好的调节网络系统的队列长度,降低外界的干扰和和一些不确定性对网络带来的危害,使网络系统的队列长度保持在平衡点附近,有效的避免网络拥塞的发生,提高了网络系统的性能。 最后,设计了一种具有记忆性的自适应控制器,能够根据网络的实时拥塞情况来更新参数,参数在运行过程中根据网络的捌塞情况能够自适应变化。通过仿真研究表明,自适应控制器能够很好的进行参数调整,并且使网络系统的队列长度保持在平衡点附近。


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