基于事件触发的TCP/IP网络主动队列管理算法研究

作     者：武冬梅 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：井元伟

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：TCP/IP网络 拥塞控制 主动队列管理 事件触发 鲁棒控制 

摘      要：随着网络规模的增大,网络用户和应用的日益提高,网络拥塞已经成为非常重要的问题。基于路由器的主动队列管理(AQM)算法作为基于端系统的拥塞控制算法的补充可以有效地解决TCP网络的拥塞控制问题,其中基于控制理论的AQM算法是研究的热点。本文在解决网络拥塞问题的同时考虑了网络资源的节约问题,将事件触发的方法应用到了 AQM算法中,设计了事件触发控制器和事件触发条件,并通过仿真验证了算法的有效性。论文的主要研究工作如下:首先,基于TCP网络的线性化模型,考虑其模型的不确定性问题,联合设计了事件触发控制器和事件触发条件,并且考虑外部扰动的影响,设计了鲁棒事件触发控制器和事件触发条件,然后通过线性矩阵不等式(LMI)技术给出了控制器增益和事件触发参数的求解方法。通过仿真验证了所设计控制器的有效性,所设计的控制算法可以保证路由器中的瞬时队列长度稳定在期望队列长度上,同时该算法可以有效降低控制器的触发频率,从而节约网络资源。其次,针对TCP网络中状态难以全部直接测量的问题,构造了状态观测器。在此基础上,考虑模型的不确定性和外部扰动的影响,设计了基于观测器的鲁棒事件触发控制器和事件触发条件,并利用LMI技术给出了两种控制器增益的求解方法。仿真结果表明,该算法在保证网络鲁棒镇定的同时可以有效减少控制器的输出,从而有效减少网络节点的数据传输量。再次,考虑TCP网络的非线性特性,基于T-S模糊模型对TCP网络系统进行建模,并选取合适的模糊规则和隶属度函数。同时,考虑模型不确定性和网络时间延迟的影响,设计了模糊控制器和事件触发条件,利用LMI技术得到了保证网络系统稳定的模糊控制器增益和事件触发参数存在的充分条件。仿真结果表明,该算法成功减少了模糊控制器的更新频率和相应执行器的执行次数,并且模糊控制器可以获得良好、稳定的控制效果。最后对本文的研究工作做出总结,并提出了下一步研究工作的主要方向。