摘 要:为解决传输控制协议(transmission control protocol, TCP)网络中的拥塞问题,提出了一种基于滑模控制理论的主动队列管理(active queue management, AQM)算法.该算法基于线性TCP网络拥塞控制模型,为补偿网络中不确定因素的影响,采用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)设计了一个渐近稳定的滑模面,从而使滑模面的设计问题转化为LMI的求解问题.通过在拥塞控制系统中应用一个改进的到达条件明显地降低了系统的抖振,满足该到达条件的控制器能够使路由器中队列长度的振荡得到有效的抑制.不同情况下的仿真结果表明该算法具有良好的稳定性和鲁棒性.
关 键 词:TCP网络拥塞控制;主动队列管理;滑模控制;线性矩阵不等式;到达条件
随着传输控制协议(transmission controlprotocol, TCP)网络规模在过去十几年中爆炸式地增长及流行,拥塞问题已越来越严重地阻碍了网络的健康发展.主动队列管理(active queuemanagement, 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排满之前就以一定的概率标记或丢包,使发送端能够及早做出反应,如减小发送速率等,从而达到抑制拥塞的目的[1].近年来,基于反馈控制理论的主动队列管理算法已被相继提出[2-4],但是,由于TCP/AQM动态系统中的往返时延(round-trip time, RTT)、通过拥塞路由器的TCP连接数以及链路容量均存在着不确定性因素,因此需要设计鲁棒性更强的AQM控制器.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[5],对于TCP网络这种复杂的时变系统,滑模控制是相当理想的选择.目前,滑模控制在TCP网络拥塞控制中的应用已有一些研究成果[6-7],但这些成果由于没有采用有效抑制抖振的措施而使得路由器中的队列长度在稳态时仍存在一定幅度的振荡.
本文为解决TCP网络的拥塞问题,提出了一种基于滑模控制理论的主动队列管理算法.为克服网络中不确定性因素的影响,利用线性矩阵不等式设计了一个渐近稳定的滑模面,将滑模面的设计问题转化为线性矩阵不等式的求解问题.通过在系统中采用改进的到达条件,有效地抑制了路由器中队列长度的振荡,并且与其他文献中的拥塞控制算法进行了仿真对比,不同情况下的仿真结果证实了本文算法的优越性.
本文是在算法层次上通过计算丢弃概率对进来的数据包进行处理,从而及早发现拥塞的发生.该算法是用在一个路由器中的,将不能给予有效服务的请求适时分配到其他备用的资源上去会涉及到分布式算法,这也是今后需要研究的方向.
本文针对TCP网络的拥塞问题设计了一种基于滑模控制理论的主动队列管理算法.利用线性矩阵不等式设计了一个渐近稳定的滑模面,有效地补偿了不确定性因素的影响.通过在系统中采用改进的到达条件有效地抑制了队列长度的振荡,不同情况下的仿真结果证实了本文算法的优越性.
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