互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益膨脹和業(yè)務(wù)類型的不斷豐富，以及人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求的增加，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制問題變得更加重要。互聯(lián)網(wǎng)要更好的發(fā)展必須解決好網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題。因此，研究并解決互聯(lián)網(wǎng)的擁塞控制問題具有重大的意義。
　　互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制機(jī)制可以被看作是一個(gè)具有通信時(shí)滯的動(dòng)態(tài)非線性反饋系統(tǒng)，它包括兩方面：基于源端的TCP擁塞控制機(jī)制和基于鏈路端的隊(duì)列管理機(jī)制。這兩方面相互影響、相互作用，成為解決互聯(lián)網(wǎng)擁塞問題的主要途徑?；ヂ?lián)網(wǎng)擁塞控制領(lǐng)域是計(jì)算機(jī)

2、網(wǎng)絡(luò)、通信、自動(dòng)控制等多學(xué)科交叉的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，吸引了眾多科研工作者的關(guān)注。盡管目前在該研究領(lǐng)域已取得了大量成果，然而尚有許多工作需要完善和提高。
　　本文主要關(guān)注擁塞控制算法的穩(wěn)定性分析和復(fù)雜動(dòng)力學(xué)研究。特別地，不同于廣泛存在的采用保守或近似的分析方法來確定其穩(wěn)定條件，本文的研究建立在系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆€(wěn)定性分析之上，最后導(dǎo)出的結(jié)果完全是精確的穩(wěn)定條件。本文的研究成果對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制系統(tǒng)的建模、改進(jìn)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制算法和指導(dǎo)參數(shù)

3、設(shè)計(jì)都具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文的主要貢獻(xiàn)如下：
　　(1)采用時(shí)滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論，研究了帶通信時(shí)滯的經(jīng)典的AVQ(Adap-tive Virtual Queuing)算法的穩(wěn)定性，給出了精確的沒有任何保守性的穩(wěn)定條件。進(jìn)一步地，通過計(jì)算出特征方程最右邊的根，從而導(dǎo)出AVQ算法的最優(yōu)化參數(shù)，使用該優(yōu)化參數(shù)值不僅可以保證算法工作在穩(wěn)定狀態(tài)，而且使得算法具有最佳的收斂特性。最后，Matlab、NS2仿真結(jié)果驗(yàn)證和

4、說明了理論結(jié)果的正確性。
　　(2)基于穩(wěn)定性轉(zhuǎn)換的思想，通過使用時(shí)間尺度轉(zhuǎn)化并結(jié)合D-subdivision法，導(dǎo)出了最近非常流行的并被認(rèn)為最適合未來高帶寬、高時(shí)延乘積網(wǎng)絡(luò)的FAST TCP擁塞控制算法保持局部穩(wěn)定的條件，該條件是算法保持穩(wěn)定的精確充要條件。此外，使用非線性理論研究了當(dāng)算法剛失去穩(wěn)定性時(shí)可能出現(xiàn)的復(fù)雜非線性現(xiàn)象。研究表明，當(dāng)增益參數(shù)小于某一關(guān)鍵值時(shí)，霍普夫分岔現(xiàn)象將出現(xiàn)，即系統(tǒng)狀態(tài)由穩(wěn)定的平衡點(diǎn)變?yōu)闃O限環(huán)。此外，

5、通過使用中心流形定理確定了霍普夫分岔的方向和周期解的穩(wěn)定性和計(jì)算公式。
　　(3)通過分析特征方程，研究了近來提出的含通信時(shí)滯的LRC-RED算法的局部穩(wěn)定性和魯棒穩(wěn)定性，給出了正確的沒有任何保守性的穩(wěn)定條件，該研究結(jié)果可為該算法的參數(shù)設(shè)置提供更好的依據(jù)，同時(shí)該部分使用的穩(wěn)定性分析的技巧并不局限于該算法，對(duì)于其它類似含通信時(shí)滯的算法都具有重要的參考價(jià)值。
　　(4)針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)典的擁塞控制算法(delay dual)模型提出

6、了一種改進(jìn)的時(shí)滯反饋控制(Time-delayed Feedback Control, TDFC)方法來增強(qiáng)其穩(wěn)定性并控制其不利的分岔現(xiàn)象。研究表明，該方法提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)間，并可有效地推遲霍普夫分岔行為的發(fā)生。同時(shí)，利用規(guī)范形理論，確定了受控系統(tǒng)的分岔方向和分岔周期解的穩(wěn)定性，并給出了其相應(yīng)的計(jì)算式。
　　(5)通過系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆€(wěn)定性分析，導(dǎo)出了最近提出的含通信時(shí)滯的HighSpeed TCP/RED算法的局部穩(wěn)定性和魯棒穩(wěn)定性