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网络拥塞控制中基于单神经元自适应PID的AQM策略研究

胡勇  
【摘要】:进入九十年代以来,以IP为基础的Internet呈爆炸式增长,新型网络应用不断涌现,使网络流量急剧增加,由此引发的网络拥塞日趋严重。因此如何更好地预防和控制拥塞一直是近年来国际上网络研究领域的热点问题。 本文的创新点在于提出将单神经元PID自适应控制策略应用于主动队列管理的方法,基于以下三方面考虑:1.主动队列管理是网络拥塞控制的重要控制机制,它的好坏关系到整体网络性能的优劣;2.现有著名的主动队列管理算法RED及其变种算法,均是根据工程经验进行设计和改进,缺乏有效的理论指导;3.本文设计的主动队列管理新策略,以控制理论为指导,将单神经元和PID两者优势相结合,不仅发挥了PID的实时、直观和实现简单等优势,而且克服了PID参数难以整定和面对非线性系统难以处理等缺陷。 文章首先介绍了Internet中的拥塞现象产生的背景、原因及拥塞控制策略研究发展,讨论了拥塞控制两种机制:终端系统控制机制和中间节点控制机制,其中重点分析了中间节点控制机制中关键机制—主动队列管理。 然后,详细论述了改进单神经元PID自适应控制策略的来由、原理和设计,并从两方面进行改进算法研究和验证。一方面,从TCP流量控制的数学模型出发,应用控制理论的知识对RED算法、PI算法、增量式PID算法和改进单神经元PID算法进行分析,并在Matlab软件环境下对整个系统的动态性能进行仿真和比较;另一方面,采用网络模拟软件NS2通过对实际网络元素模拟试验的方式对四种算法进行验证和比较。从而得出,本文提出的算法在稳定性、鲁棒性和自适应性上均优于RED、PI和增量式PID算法。 最后,对Internet网络拥塞控制机制的探索进行总结与展望,希望能够用成熟的控制理论来指导我们分析问题和解决问题,能对拥塞控制策略的发展起到一定的推动作用。


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