基于跨层方法的网络拥塞控制研究

论文摘要

随着人类信息需求量的爆炸性增长,集语音、视频等实时业务和Web浏览、文件传输等数据业务为一体的综合多业务网络和无线网络,已成为网络发展的趋势。这就要求网络具有高速度、高质量、高可靠性的信息交换能力和文件传输能力。因此,拥塞控制就显得极为重要,也成为多年来的一个研究热点。本文针对不同类型网络的拥塞情况,应用跨层的方法设计了不同的拥塞控制方式。首先,本文设计了基于H∞优化控制理论的鲁棒AQM控制器,在保证控制器鲁棒性的同时,简化了参数整定方法。综合考虑系统的闭环性能和鲁棒性,通过理论分析得出控制器的统一表达式;并对控制器的稳定性和鲁棒性进行分析。本文以PID类控制器为例设计了鲁棒控制器R-PID,说明了参数整定方法。应用跨层的方法,并结合经验和仿真结果,实现了参数在线自适应调整。仿真结果证明R-PID在保持瞬时队列,降低排队延迟,提高链路利用率方面明显地优于传统AQM控制器;并通过参数自适应调整,使控制器能根据网络状况的动态变化在控制性能和鲁棒性之间做一均衡。其次,本文设计了适用于WLAN接入网络的拥塞控制和资源分配方法FairRA。基于最大最小公平性准则,提出一套适用于WLAN基站的公平调度规则集,并在此规则集的基础上设计了基于队列长度的调度器。采用跨层方法,应用MAC层信息计算WLAN的链路利用率,设计了基于WLAN可利用容量的拥塞控制方法。FairRA将调度算法和拥塞控制方法相结合,充分考虑WLAN的容量和节点的能力,在端节点和基站上均衡功能。仿真结果证明了在WLAN中,FairRA能更好地控制拥塞,平滑发送速率,从而达到无线资源的公平分配。最后,文章改进了DCCP/CCID-3协议,使其适合在无线Ad hoc网络中运行。改进后的CCID-3应用理论模型计算多跳Ad hoc网络中不进行重传的MAC延迟来修正传输层RTT估算方法;同时改进了分组丢失率计算和权重计算方法,并在发送节点处以ACK的序列号变化来探测丢失事件。仿真结果证明了改进后的CCID-3在网络吞吐率上有较大提高。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有线网络的拥塞控制
• 1.2.1 源算法
• 1.2.2 链路算法
• 1.2.3 源―链路算法
• 1.3 无线网络的拥塞控制
• 1.3.1 IEEE 802.11 DCF 协议
• 1.3.2 无线网络中的拥塞指示
• 1.3.3 拥塞水平表示
• 1.3.4 拥塞通知
• 1.4 研究动态
• 1.4.1 鲁棒AQM 控制器研究动态
• 1.4.2 WLAN 接入网络拥塞控制和资源分配的研究
• 1.4.3 无线Ad hoc 网络中拥塞控制的研究
• 1.5 选题动机
• 1.5.1 鲁棒AQM 控制器设计
• 1.5.2 基于跨层方法的WLAN 接入网络拥塞控制与资源分配
• 1.5.3 无线Ad hoc 网络中DCCP 协议性能的改进
• 1.6 研究方法
• 1.6.1 研究路线
• 1.6.2 跨层设计方法
• 1.6.3 仿真工具
• 1.6.4 评价标准
• 1.7 论文主要贡献
• 1.8 论文组织结构
• 第二章 主动队列管理模式鲁棒控制器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统模型
• 2.3 设计原理
• ∞理论的鲁棒控制器的设计和分析'>2.4 基于H_∞理论的鲁棒控制器的设计和分析
• 2.4.1 设计过程
• 2.4.2 稳定性和鲁棒性分析
• 2.5 R-PID 控制器
• 2.5.1 R-PID 的表达式
• 2.5.2 R-PID 的参数整定
• 2.6 R-PID 控制器的实现
• 2.6.1 数字R-PID
• 2.6.2 数字R-PID 的收敛性
• 2.6.3 估计活动流数目N
• 2.6.4 估算RTT
• 2.6.5 参数自适应调整
• 2.7 仿真评价
• 2.7.1 仿真场景设置
• 2.7.2 单瓶颈链路
• 2.7.3 多瓶颈链路
• 2.8 本章 小结
• 第三章 调度和拥塞控制结合的无线网络资源分配
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.3 调度算法
• 3.3.1 公平调度策略
• 3.3.2 调度算法
• 3.4 拥塞计算与通知
• 3.4.1 WLAN 的拥塞指示
• 3.4.2 无线链路利用率的计算
• 3.4.3 拥塞水平
• 3.4.4 拥塞通知
• 3.5 拥塞控制算法
• 3.5.1 基站行为
• 3.5.2 接收端行为
• 3.5.3 发送速率调整算法
• 3.6 FairRA 资源分配模型的实现
• 3.6.1 分组格式
• 3.6.2 慢启动
• 3.6.3 流数目N 的估算
• 3.6.4 发送速率参数设置
• 3.6.5 发送窗口
• 3.7 仿真评价
• 3.7.1 单条流场景
• 3.7.2 多条流场景
• 3.8 本章 小结
• 第四章 无线Ad hoc 网络中数据报拥塞控制协议性能的改进
• 4.1 引言
• 4.2 DCCP 协议性能分析
• 4.2.1 RTT 对CCID-3 性能的影响
• 4.2.2 分组丢失率对CCID-3 性能的影响
• 4.3 DCCP 协议性能的改进
• 4.3.1 RTT 估算的改进
• 4.3.2 分组丢失率的改进
• 4.4 仿真评价
• 4.5 本章 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢