ATM網(wǎng)絡(luò)的流量控制和網(wǎng)絡(luò)管理問題.pdf

1、計算機和通信技術(shù)的快速發(fā)展，以及信息高速公路Internet的興起，人們普遍認識到信息及資源共享的重要意義。因此，基于Internet/Intranet技術(shù)的應用系統(tǒng)被廣泛采用。而在Internet/Intranet上傳輸?shù)男畔⒖赡苁菙?shù)據(jù)、話音、圖像或視頻等。對這些多功能的需求，現(xiàn)今的任何網(wǎng)都無法完成，因為這些網(wǎng)都是面對特定業(yè)務(wù)類型設(shè)計的。 ATM網(wǎng)絡(luò)綜合了電路交換和分組交換的優(yōu)點，既有電路交換的可靠性和低延時性，又有分組交換的

2、高效性。因此，ATM網(wǎng)絡(luò)能較好地適應多媒體業(yè)務(wù)的需要，是對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一種根本性的改變。但是，ATM網(wǎng)絡(luò)也面臨著一些亟待解決的問題，尤其是網(wǎng)絡(luò)中的時延問題，目前，有許多應用控制理論方法解決網(wǎng)絡(luò)中的延遲問題的例子，且都取得了較好的控制效果。于是，本文利用控制理論中的方法，進行ATM網(wǎng)絡(luò)的流量控制等相關(guān)問題的研究。 首先，在基于極點配置方法的ATM網(wǎng)絡(luò)控制中，討論了將極點配置在不同的位置以實現(xiàn)動態(tài)跟蹤網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的問題。將一般的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)

3、換為狀態(tài)空間方程的形式，利用現(xiàn)代控制理論中的極點配置方法，得到了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的反饋控制律，從而拓展了解決網(wǎng)絡(luò)問題的新思路。所應用的極點配置方法不僅能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化動態(tài)地調(diào)整信源的發(fā)送速率，使信源快速響應網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，解決時延對網(wǎng)絡(luò)控制帶來的不利影響，而且使鏈路帶寬和網(wǎng)絡(luò)資源得到了充分的利用。仿真結(jié)果驗證了所采用的極點配置算法能使網(wǎng)絡(luò)具有良好的動態(tài)性能。 其次，應用有限拍方法討論了ATM網(wǎng)絡(luò)的ABR通信中基于速率反饋的流

4、量控制問題。改進了原有模型，引入新的對象傳函，使之更接近實際應用。提出了結(jié)構(gòu)簡單的緩沖器隊列長度的控制方法。此方法使系統(tǒng)的響應在有限拍的時間內(nèi)嚴格地到達穩(wěn)態(tài)，信源發(fā)送速率能夠快速響應網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，較好地克服了時延對流量控制快速性和穩(wěn)定性的影響，從而有效地避免擁塞發(fā)生，同時降低信元丟失率。仿真結(jié)果驗證了此算法的有效性。 再次，應用最小方差控制算法對具有噪聲干擾ATM網(wǎng)絡(luò)進行流量控制。動態(tài)采樣網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，減小網(wǎng)絡(luò)負擔和隨機噪聲對流量

5、控制的不利影響，獲得較高的緩沖器利用率，而且此算法能夠預測網(wǎng)絡(luò)帶寬，使信源快速地、動態(tài)地響應網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，從而克服了時延對流量控制產(chǎn)生的破壞性作用。仿真結(jié)果驗證了最小方差控制算法能使網(wǎng)絡(luò)具有較小的偏差和良好的動態(tài)性能。接著，采用工程實際中使用的伯德圖算法對ATM網(wǎng)絡(luò)進行流量控制研究，此算法求出了網(wǎng)絡(luò)提供的帶寬與緩沖器隊列長度閾值之間的關(guān)系，以及此閾值與系統(tǒng)源端輸入速率之間的關(guān)系。從而，不僅為緩沖器閾值的設(shè)定提供了理論依據(jù)，而且為系統(tǒng)源

6、端的輸入速率給出了理論參考范圍，仿真結(jié)果驗證了伯德圖算法能使網(wǎng)絡(luò)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。 然后，在控制器的設(shè)計中考慮了變時延的影響，針對網(wǎng)絡(luò)中的時延現(xiàn)象進行補償，使得設(shè)計之后的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)中不含有延遲環(huán)節(jié)，從而源端能夠快速的響應網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，確保了信息的高速傳遞。同時，所設(shè)計的控制器實現(xiàn)了各個源端公平分配網(wǎng)絡(luò)的鏈路帶寬，保證了信源發(fā)送速率的有界性。 另外，ATM網(wǎng)絡(luò)在管理技術(shù)方面還存在著有待解決的問題。本文從管理

7、者的角度出發(fā),討論了如何使網(wǎng)絡(luò)和用戶的整體利益得以保障的問題。將對策論中的Nash平衡和Stackelberg策略概念引入多用戶網(wǎng)絡(luò)模型中，以引導各用戶采取有利于整體利益的行為，從而有效地實施了網(wǎng)絡(luò)控制。此部分工作包括兩個內(nèi)容： 其一，針對多優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)通信量的價控模型，討論了在確保最大盈余的情況下，各用戶的流量使用比率協(xié)調(diào)問題?；趯Σ哒摲椒ǎ謩e提出了線性和非線性激勵策略，改進了對已有價控問題的研究。在價控策略中引入激勵項，

8、使得網(wǎng)絡(luò)管理者可以更有效地引導各用戶采取有利于整個網(wǎng)絡(luò)運行的行為。數(shù)值例子說明了此方法的適用性。 其二，在基于盈余函數(shù)分析的信道選擇方案中，討論了如何合理使用信道以獲得最大利益的問題。ATM網(wǎng)絡(luò)中的信道管理問題與流量管理問題有相似之處。利用對策論協(xié)調(diào)多用戶系統(tǒng)的矛盾，分別提出了線性和非線性激勵策略以引導用戶以一定的原則來選擇信道。該方案不僅可以提高信道的利用率、降低呼阻率，而且可以保證用戶得到較滿意的盈余值。從仿真圖形中可以看出