基于智能控制理論的互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制機制研究.pdf

1、計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和普及極大的推動了社會的發(fā)展和科技的進步。隨著互聯(lián)網(wǎng)(Internet)規(guī)模的快速擴大和新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類型的不斷出現(xiàn)，用戶對網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)質(zhì)量也提出了更高的要求。由于網(wǎng)絡(luò)資源和流量分布的不均衡等原因，單純的增加網(wǎng)絡(luò)資源并不能解決擁塞問題，因此有效的擁塞控制機制是網(wǎng)絡(luò)提供高質(zhì)量服務(wù)的基礎(chǔ)。雖然當前的基于端系統(tǒng)的TCP擁塞控制機制能夠在一定程度上緩解擁塞，但是僅從源端的控制很難提供較高的服務(wù)質(zhì)量，而且作用有限。因此，近年來基

2、于網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點的擁塞控制機制——主動隊列管理(Active Queue Management，AQM)——成為了一個研究熱點。期望利用AQM算法與端系統(tǒng)算法的協(xié)作，能夠更有效的避免擁塞的發(fā)生，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，在此基礎(chǔ)上為用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量。 已被提出的AQM算法大多存在算法對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)敏感，難以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。其根本原因在于：或者算法是基于經(jīng)驗的，或者大多基于控制理論的AQM算法過份依賴被控對象的模型。而智能控制不依

3、賴精確的被控對象數(shù)學(xué)模型，對模型的不確定性具有較強的適應(yīng)能力。模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制作為智能控制領(lǐng)域的兩大分支，是實現(xiàn)語言知識表示和自適應(yīng)知識學(xué)習(xí)這兩種人類控制基本特征的理想工具。因此本論文的主要研究內(nèi)容是基于模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的AQM算法的設(shè)計和研究，主要的研究成果如下： (1)對當前互聯(lián)網(wǎng)中的擁塞控制機制研究現(xiàn)狀加以綜述。首先介紹了擁塞、擁塞產(chǎn)生的原因、擁塞控制的概念、目的及方式；其次介紹了擁塞控制的研究方向和動態(tài)；然后

4、著重討論了主動隊列管理的研究現(xiàn)狀，已提出的主要算法及其存在的問題和原因。 (2)對智能控制理論，著重對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與模糊控制進行了介紹。對這兩種理論在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用狀況進行了敘述，并討論了智能控制算法在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的實現(xiàn)方法。 (3)基于傳統(tǒng)控制理論中的Dahlin控制器，提出了一種針對大往返時延網(wǎng)絡(luò)的主動隊列管理算法，可以有效的提高在大時延的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中主動隊列管理算法的性能。 (4)利用模糊控制理論，

5、結(jié)合基于隊列和基于負載的主動隊列管理算法。同時將瞬時隊列長度和隊列輸入速率作為擁塞的測度，在模糊控制理論基礎(chǔ)上提出了一種使用2個級聯(lián)的模糊控制器的AQM算法。其中模糊控制器I根據(jù)瞬時隊列的長度和變化值計算控制量，模糊控制器II根據(jù)系統(tǒng)負載因子計算控制增益。文中給出了算法的參數(shù)選擇依據(jù)。 (5)用于主動隊列管理的基于獨立神經(jīng)元的自適應(yīng)PI算法。基于神經(jīng)元模型，并借鑒了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的學(xué)習(xí)算法設(shè)計了一種用于AQM的算法，給出了算法在平衡

6、點附近局部穩(wěn)定的條件?？刂破骼?個獨立的神經(jīng)元，根據(jù)一定的自適應(yīng)律在線調(diào)整PI控制器的控制參數(shù)，以克服固定參數(shù)PI控制器響應(yīng)慢、難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化等不足。 (6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與模糊控制理論相結(jié)合的算法。首先分析了TCP/AQM系統(tǒng)的可逆性；然后利用一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控制方法，設(shè)計了一種用于AQM的模糊自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。在算法中，一個3層的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為前饋控制器，PI算法作為反饋控制器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共同進行控制并提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)