基于滑模控制算法的TCP网络拥塞控制_

基于滑模控制算法的TCP网络拥塞控制
    摘要:针对传输控制协议(TCP)网络的拥塞问趣，提出一种墓于滑模控制的主动队列管理〔AQM)算法.该算法直接分析非线性的TCP/AQM网络模型，对于往返时延和TCP连接所存在的不确定性具有良好的奋棒性.设计了一种能够明显减小系统抖振的趋近律，使用该趋近律的控制器能有效抑制路由器中队列长度的振荡.不同情况下的仿真结果表明，该算法具有良好的稳定性和奋棒性.
    1 引言
    在过去十几年中，随着传输控制协议(TCP)网络规模的爆炸式增长及流行，拥塞问题越来越严重地阻碍了网络的健康发展.主动队列管理(AQM)是一种基于路由器的拥塞控制机制，该机制在路由器队列满之前就以一定的概率标记或丢包，使发送端能够及早作出反应，如减小发送速率等，从而达到抑制拥塞的目的
    近年来，一些基于反馈控制理论的拥塞控制算法己被提出，如PI}2」和PID}'」等.这些基于控制理论的AQM算法在保持网络高的链路利用率及低的包丢失率等方面具有很好的性能
    TCP/AQM动态系统中的往返时延(RTT)及通过拥塞路由器的TCP连接数存在不确定性，因此需要设计鲁棒性强的AQM控制器，以便取得更好的控制效果.滑模控制系统中的滑动模态具有不变性，即它与系统的摄动和外界干扰无关.对于TCP网络这种复杂的时变系统，滑模控制是一种理想的选择.近年来该领域出现了许多研究成果. 文献[5,6]提出一种基于滑模控制理论的算法，使网络的性能和鲁棒性得到很大的改善，但它们是基于线性系统模型而提出的，模型精度不高，文献[7〕直接分析非线性的TCP J AQM网络模型，提出一种鲁棒的滑模变结构控制器，但系统稳态时路由器中的队列长度仍存在一定幅度的振荡.
    本文直接分析非线性的TCP/AQM网络模型，提出一种鲁棒的滑模控制主动队列管理算法.对于往返时延RTT及活动的TCP连接所存在的不确定性，该算法具有良好的鲁棒性和性能.另外，还给出一种能够明显减小系统抖振的新的趋近律，使用

    从图2中可以看出，VS控制器和SMC对变化的网络参数不敏感，仍能使系统鲁棒稳定，但VS控制器在系统稳态时的振荡较大;SMC表现出比VS控制器更好的性能，仅仅在开始阶段用去一些调节时间.
    5 结论
    为了解决TCP网络中存在的拥塞问题，本文通过直接分析非线性的TCP/AQM网络模型，提出一种鲁棒的滑模控制主动队列管理算法.该算法对于往返时延RTT及TCP连接所具有的不确定性有很好的鲁棒性.另外，还设计一种能够明显减小系统抖振的新的趋近律，使用该趋近律的控制系统能够有效地抑制路由器中队列长度的振荡.不同情况下的仿真结果表明，本文算法具有良好的稳定性和鲁棒性，对于提高TCP网络链路的利用率、降低包丢失率、抑制网络拥塞都是很有效的.

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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