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基于混合控制的网络拥塞控制系统研究

作　者: 吴婷婷
导　师: 王年
学　校: 安徽大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 拥塞控制混合控制 Hopf分岔高带宽时延乘积 XCP
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 4次
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内容摘要

随着通信和信息技术的飞速发展,网络应用领域变得更加广泛,深刻影响着人们的日常工作和生活。由于网络的应用范围在不断扩大,网络用户的数量也在逐年增加,这使得网络状况逐渐恶化,从而出现网络拥塞现象。网络处于拥塞状态下的直接后果是网络性能的降低,主要表现在：网络带宽利用率大幅下降；数据包大量丢失；在极端条件下甚至会使整个网络出现崩溃现象。因此对网络拥塞问题采取有效的控制策略,优化网络的性能、使网络能够正常有效地运行受到了许多研究者的关注。混合控制是经典控制理论中的一种方法,他是在反馈控制器的基础上增加一补偿结构(参数扰动)以实现精度或干扰能力较高的控制任务。混合控制方法的优点在于对系统参数不确定的情况下,能够很好地延迟分岔从而保证其稳定的动力学行为,具有很强的适用性。近年来,对于网络拥塞控制系统动力学模型方面的研究十分活跃,本论文的主要工作和创新之处体现在：1.为了提高混合控制算法在网络拥塞控制系统中的适用范围,本文将混合控制方法应用于互联网拥塞控制系统流体流模型(Fluid-Flow Model)中,采用延迟或者消除分岔的思想,从而扩大系统的稳定性区间。通过调节混合控制的控制参数,控制Hopf分岔的发生。利用中心流行定理和正规形理论,得到Hopf分岔的方向并分析了分岔周期解的稳定性。2.同时,本文结合混合控制方法对高带宽时延乘积网络XCP(eXplicit Control Protocol)系统进行分岔控制。根据Routh-Hurwitz稳定性判别准则判断受控系统的稳定性并通过Hopf分岔定理来求解受控系统的平衡点,理论分析了受控系统的稳定性。为了验证本文算法的有效性,对本文算法进行Matlab实验仿真,进一步验证了本文算法理论推导的正确性。结论均表明,通过调节参数该算法能够很好地控制分岔现象,提高了系统的性能和资源利用率,同时保证了网络带宽的合理的利用和网络的正常运行。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究背景及意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 网络拥塞控制系统在动力学方面的算法研究  10-11
    1.2.2 高带宽时延乘积网络的拥塞控制算法研究  11-12
  1.3 文章主要内容及结构安排  12-14
第二章相关概念和若干算法  14-27
  2.1 网络拥塞控制的相关概念  14-16
    2.1.1 网络拥塞的基本概念  14-15
    2.1.2 产生网络拥塞的原因  15-16
  2.2 HOPF分岔控制的相关概念  16-18
    2.2.1 HOPF分岔  16-17
    2.2.2 分岔控制  17-18
    2.2.3 混合控制算法  18
  2.3 稳定性分析相关理论  18-22
    2.3.1 中心流形定理  19
    2.3.2 规形定理  19-20
    2.3.3 劳斯-赫尔维茨(Routh-Hurwitz)定理  20-22
  2.4 若干网络拥塞控制算法  22-26
    2.4.1 若干传统网络拥塞控制算法  22-24
    2.4.2 基于流体流理论的TCP/AQM算法  24-25
    2.4.3 XCP网络拥塞控制算法  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章网络拥塞控制系统流体流模型HOPF分岔的混合控制  27-39
  3.1 引言  27-28
  3.2 流体流模型的HOPF分岔  28-29
  3.3 流体流模型受控系统的HOPF分岔  29-34
    3.3.1 线性化分析  29-31
    3.3.2 分岔周期解的方向和稳定性  31-34
  3.4 实验及分析  34-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 XCP网络HOPF分岔混合控制算法  39-46
  4.1 引言  39
  4.2 XCP模型的HOPF分岔  39-40
  4.3 XCP网络受控系统的HOPF分岔  40-43
    4.3.1 线性化分析  41
    4.3.2 HOPF分岔分析  41-43
  4.4 实验及分析  43-45
  4.5 本章小结  45-46
第五章总结与展望  46-48
  5.1 论文总结  46-47
  5.2 研究展望  47-48
参考文献  48-55
致谢  55-56
攻读硕士期间发表论文  56
攻读硕士期间参与的科研项目  56

基于混合控制的网络拥塞控制系统研究

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