无线网络系统的建模及拥塞控制问题研究

论文摘要

TCP(Transmission Control Protocol)协议由于能够提供可靠的端到端的传输服务,保障网络的通信性能,人们对其进行了大量的研究,同时,无线网络由于能够满足人们随时随地上网的需求,近几年也得到了广泛的关注。拥塞控制问题一直是网络中的一个核心问题,无线网络也不例外。由于传统的TCP协议是为丢包较少的有线网络设计的,它假设网络拥塞是丢包的唯一原因。如果将传统的TCP协议直接应用到无线网络中,并进行拥塞控制,会导致TCP的性能降低,且传统的应用在有线网络中的拥塞控制模型也不能满足无线网络的动态特性,因此,TCP在无线网络中的性能需要进一步的改进。本文首先简要的分析了拥塞产生的原因,阐述了TCP拥塞控制的过程,详细的分析了无线网络的特点,并将传统的TCP拥塞控制引入到无线网络中,对其性能进行了分析,指出了TCP在无线网络中存在的问题,并阐述了几种目前主要的改进方案。其次,通过对有线网络建模进行研究,发现拥塞是丢包唯一原因的假设并不适合无线网络,因此,采用显示拥塞通告机制,对发送端隐藏非拥塞丢包的影响,为无线网络模型的建立创造合理的环境。经过分析发现,有线网络的模型并不适合无线网络,因此,将模型与带宽估计算法结合,建立一个新的无线网络模型。为了让模型中的带宽估计值更加精确,在对带宽估计算法进行探讨后,针对算法中估计的带宽值存在抖动的问题,设计指数滑动平均滤波的方法,针对不能根据数据包间的时间间隔动态的调整估计值的问题,采用指数近似的方法进行改进。最后,针对改进后的模型设计了单神经元自适应PI控制器,对整个控制系统的稳定性进行分析,并对瞬时队列长度进行仿真,仿真结果显示单神经元自适应PI控制控制速度较快,鲁棒性较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 无线网络研究背景及意义
• 1.2 拥塞控制的研究现状
• 1.3 其它控制方法的研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 无线网络拥塞控制概述
• 2.1 TCP拥塞控制概述
• 2.1.1 拥塞的定义及产生的原因
• 2.1.2 拥塞控制的四个阶段和拥塞控制算法分类
• 2.2 无线网络概述
• 2.2.1 无线网络的优点
• 2.2.2 无线网络的特点及分类
• 2.2.3 TCP在无线网络中的性能分析
• 2.2.4 TCP性能改进方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 丢包区分方法及带宽估计算法改进
• 3.1 无线网络丢包区分方法的研究
• 3.1.1 基于端到端的方法
• 3.1.2 基于底层信息的方案
• 3.1.3 ECN机制
• 3.2 基于带宽估计的拥塞控制算法
• 3.2.1 带宽估计的理论依据
• 3.2.2 带宽估计算法的改进
• 3.2.3 仿真及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 拥塞控制模型的建立及其控制器设计
• 4.1 拥塞控制模型的改进
• 4.1.1 主动队列管理算法的数学模型
• 4.1.2 基于拥塞窗口变化量的模型改进
• 4.2 单神经元自适应PID控制器设计
• 4.2.1 神经元模型
• 4.2.2 几种典型的学习规则
• 4.2.3 单神经元自适应PI控制器设计
• 4.2.4 稳定性分析
• 4.2.5 仿真及分析
• 4.3 基于拥塞窗口值的改进模型及其仿真
• 4.3.1 模型改进及控制器设计
• 4.3.2 仿真及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢