基于模糊PID算法的网络拥塞控制问题研究

论文摘要

科学技术高速发展,新型网络应用不断涌现,用户数量迅速增加,由此引发的网络佣塞成为制约网络发展和应用的瓶颈问题,如何更好地预防和控制网络拥塞成为近年来网络研究领域的热点。仅依靠基于源端的TCP拥塞控制已不能满足服务质量要求,基于路由器的拥塞控制机制逐渐成为研究的重点。主动队列管理算法(AQM)是基于路由器的拥塞控制的重要组成部分。本文首先介绍了拥塞控制的定义、产生的原因和TCP/IP拥塞控制机制;着重介绍了IP拥塞控制机制中的主动队列管理算法,并指出它在拥塞控制中的重要作用。主动队列管理算法解决路由器满队列问题的方法,是在队列满之前就对到达的数据包进行丢弃,这样端节点便能在队列溢出之前做出反应,从而避免真正拥塞的发生。随机早期检测(RED)算法是著名的AQM算法,而基于控制理论的拥塞控制成为新的研究热点。近几年,智能控制理论在网络拥塞控制中的应用取得了很大的进展。本文在研究主动队列管理算法的基础上,考虑了网络环境的复杂性和网络模型的不确定性,将智能控制中的模糊控制与常规PID控制结合起来,采用模糊增益调整PID控制算法作为主动队列管理算法,对网络拥塞进行控制。模糊增益调整PID控制器,既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有PID控制精度高的特点,能达到传统拥塞控制所不能达到的控制效果。为了解决模糊增益调整PID控制算法设计复杂、耗时的问题,本文研究了模糊/PID混合控制算法,将具有PD控制功能的二维单输出模糊控制与PI控制相结合,并将变速积分引入PI控制器,解决因固定的积分常数在某些调节时刻过大而造成超调过大的问题。针对模糊增益调整PID控制算法和模糊/PID混合控制算法基于Matlab进行仿真。通过仿真结果表明,两种模糊PID算法能有效地将队列长度稳定在目标值附近,具有较强的稳定性和鲁棒性,适应多变的网络环境,而后者的控制效果更优越。最后,对全文进行了概括性总结,在此基础上,对以后的工作进行展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 网络拥塞控制研究背景和意义
• 1.2 网络拥塞与网络拥塞控制
• 1.3 网络拥塞控制国内外研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 TCP/IP网络拥塞控制策略分析
• 2.1 TCP拥塞控制
• 2.2 IP拥塞控制
• 2.3 AQM算法
• 2.3.1 RED及其改进算法
• 2.3.2 基于优化理论的拥塞控制算法
• 2.3.3 基于控制理论的拥塞控制算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 模糊增益调整PID控制AQM算法研究
• 3.1 网络拥塞控制机制建模
• 3.1.1 网络受控对象建模
• 3.1.2 平衡点附近线性化
• 3.2 PID控制和模糊控制理论
• 3.2.1 PID控制
• 3.2.2 模糊控制理论
• 3.3 模糊PID主动队列管理算法研究
• 3.3.1 模糊PID控制器的结构
• 3.3.2 模糊PID控制器的设计
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 常规PID控制与模糊增益调整PID控制仿真比较
• 3.4.2 模糊增益调整PID控制算法在网络环境发生变化时性能仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 模糊/PID混合控制AQM算法研究
• 4.1 模糊/PID混合控制器的结构
• 4.2 模糊/PID混合控制器的设计
• 4.2.1 二维模糊控制器的设计
• 4.2.2 PI控制器的设计
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 模糊/PID混合控制算法与模糊增益调整PID控制算法仿真比较
• 4.3.2 模糊/PID混合控制算法在网络环境发生变化时性能仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢