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网络拥塞控制中主动队列管理算法研究

房曙东  
【摘要】:主动队列管理(AQM)一直是Internet拥塞控制领域的热点问题。拥塞控制的目标就是要达到链路吞吐量的最大化、分组延迟的最小化、各用户之间资源分配的合理化和尽可能少地丢弃数据包。AQM的目标是在基于IP尽力而为服务的网络中,降低缓冲区排队延时和延时抖动,抑制突发性的流量拥塞造成的死锁现象以及报文丢失。 本文在学习TCP和各种AQM拥塞控制的基础上,结合控制理论,提出对一些AQM控制器的修改意见,并设计出一些新的AQM控制器。通过理论分析和仿真,证明新的AQM控制器在某些性能上优于部分原有的AQM控制器。 本文的主要工作如下: (1)提出了鲁棒的内模补偿控制器I-PIP。引入位置信号作为内模反馈,有效的提高了控制器的响应速度,减小系统调节时间。I-PIP能够达到降低排队延时,抑制队列抖动并且保持较高的链路利用率。在较大时滞和负载的网络中,I-PIP有很好的适应能力。 (2)提出不完全微分PID、PD控制器。在微分项后插入低通滤波器可以抑制微分环节对流量扰动的敏感性。不完全微分PID、PD控制器继承PID、PD控制器响应速度快,参数配置方法规范等优点。仿真证明,不完全微分PID、PD对频繁变化的流量环境的适应性要优于PID、PD算法和其他一些AQM控制器。 (3)提出自适应队列长度算法(ATQL)。它不是一种AQM算法,但可以有效提高PI,以及其他使用预期队列长度(TQL)钳制缓冲队列长度的AQM算法的控制性能。ATQL使用低通滤波器估计实际负载,并实时调整TQL。ATQL简化PI参数配置,提高上游链接的吞吐量,减少分组丢弃数目。ATQL说明队列抖动幅度与流量本身的突发性有关:即便在突发性严重的流量条件下,加入ATQL的PI控制器得到的丢弃概率仍然可以保持平稳、收敛的抖动。ATQL的代价是:会在重负载条件下,增加分组的排队时间。


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