基于主动队列管理的网络拥塞控制研究

论文摘要

随着计算机网络的发展,互联网上的用户和应用都在急剧增加,因而导致了越来越严重的网络拥塞问题,已经严重阻碍了Internet的进一步发展。因此,网络拥塞控制是一个至关重要的问题,已经成为网络系统改善性能、提高服务质量的主要手段。网络拥塞控制问题的研究具有重要的理论意义和应用价值。因此,本论文着重基于网络拥塞的主动队管理算法进行了研究,并提出了一种改进遗传算法的PID主动队列管理算法。本文主要工作如下：首先介绍了网络拥塞控制现象及其产生原因,论述了目前拥塞控制的研究现状,并给出了拥塞、拥塞崩溃及拥塞控制的定义。介绍了TCP/IP协议的拥塞控制机制及传统拥塞控制算法的不足,同时系统介绍了几种主动队列管理算法。然后从经典控制理论的角度阐述了基于主动队列管理的网络拥塞控制。针对实际网络中应用的RED算法及其改进算法存在依赖直觉,没有全面系统地从理论上对算法加以分析研究的问题,本文基于Misra提出的流体流理论,详细的推导了网络的TCP/AQM简化模型。控制器的设计基于该简化网络模型展开,论文给出了P、PI和PID控制器的设计方法、控制参数的选择及其在拥塞控制中的应用。通过对设计的不同管理算法的系统仿真,比较了RED、PI及PID控制器下仿真结果。由结果可以看出PID控制下系统响应速度加快但是超调量大,同时队列曲线存在抖动。经过理论分析和实验仿真表明：PI控制器调节时间很长,对路由器缓存大小的依赖过强,而PID控制器下系统的超调量很大。针对上述主动队列管理算法存在的缺点提出一种基于改进遗传算法的PID主动队列管理算法。论文中详细地介绍了该算法中PID控制器的设计推导过程。并且对提出的改进遗传算法进行了性能分析。运用该算法设计得出的PID控制参数通过使用Matlab进行仿真,仿真结果验证了该算法在调节时间、抖振、超调量等各个方面的性能都优于PI和RED算法。从而证明了该进算法的合理性和有效性。最后对基于主动队列管理的网络拥塞控制算法给出了结论与展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 网络拥塞控制研究的背景和意义
• 1.2 网络拥塞及产生的原因
• 1.3 拥塞控制算法的分类
• 1.4 拥塞控制的研究现状
• 1.4.1 TCP/IP拥塞控制算法的研究现状
• 1.4.2 主动队列管理算法的研究现状
• 1.5 本论文研究的主要内容及结构安排
• 第2章 TCP/IP拥塞控制策略
• 2.1 TCP/IP概述
• 2.2 TCP/IP拥塞的控制机制
• 2.2.1 TCP/IP拥塞控制主要参数
• 2.2.2 TCP/IP拥塞控制机制
• 2.2.3 TCP/IP拥塞控制算法的不足
• 2.2.4 拥塞控制算法的评价标准
• 2.3 队列管理机制
• 2.3.1 队列管理策略
• 2.3.2 主动式队列管理及其优点
• 2.4 几种主动队列管理的算法
• 2.4.1 随机早检测算法
• 2.4.2 ARED算法
• 2.4.3 BLUE算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于RED算法的主动队列管理研究
• 3.1 网络动态模型描述
• 3.2 基于模型的RED算法设计与仿真
• 3.2.1 基于模型的RED算法设计
• 3.2.2 基于模型的RED算法仿真
• 3.3 比例控制器的设计
• 3.4 比例积分控制器的设计与仿真
• 3.4.1 比例积分控制器设计
• 3.4.2 比例积分控制器仿真
• 3.5 比例积分微分控制器设计与仿真
• 3.5.1 比例积分微分控制器设计
• 3.5.2 比例积分微分控制器仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于改进遗传算法的PID主动队列管理研究
• 4.1 遗传算法理论
• 4.1.1 遗传算法的产生与发展
• 4.1.2 遗传算法的基本概念
• 4.2 遗传算法的特点
• 4.3 改进遗传算法的PID队列管理算法设计
• 4.3.1 数学模型
• 4.3.2 目标函数的确立
• 4.3.3 基于改进的遗传算法PID控制器设计
• 4.4. 算法仿真与结果分析
• 4.4.1 改进遗传算法的性能分析
• 4.4.2 基于改进遗传算法的PID主动队列管理仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢