Internet的擁塞控制已經(jīng)成為當前計算機網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個熱點。網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生來源于網(wǎng)絡(luò)資源和流量分布的不均勻，擁塞使得數(shù)據(jù)包在傳輸過程中時延增大，丟包率上升，吞吐量下降，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量下降。近年來，應(yīng)用控制理論方法來處理網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制問題越來越受到人們的關(guān)注。
　RED算法是IETF推薦使用的唯一的AQM算法，但研究及實踐均發(fā)現(xiàn), RED算法的魯棒性和穩(wěn)定性并不十分理想, 其性能對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計參數(shù)及運行狀態(tài)很敏感。另外，由于TCP鏈路的物理差別，傳播時延也有較大的波動。但已有的大多數(shù)算法和策略都沒有充分考慮大時滯對AQM穩(wěn)定性的影響，從而導(dǎo)致了大時滯網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的劇烈的系統(tǒng)震蕩，降低了鏈路利用率。現(xiàn)代時滯系統(tǒng)分析技術(shù)基于嚴格的理論推導(dǎo)與證明，將時滯分析技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究是可行的，并且為深入研究網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和系統(tǒng)穩(wěn)定性提供幫助。
　本文基于TCP/AQM流體動力學(xué)模型,從H∞控制理論的觀點出發(fā)，將TCP流個數(shù)的擾動作為網(wǎng)絡(luò)負載來考慮，基于LMI方法設(shè)計了具有時滯反饋的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H∞擁塞控制器，由控制器得到的數(shù)據(jù)包分組丟棄概率的變化不僅與隊列的變化率有關(guān)，還與窗口的變化率有關(guān)，并進一步說明該控制器為基于平均隊列長度估計的預(yù)測控制器。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的控制器在高速網(wǎng)絡(luò)中具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性。
1 TCP/AQM反饋控制系統(tǒng)
　Misra等人基于流體動力學(xué)提出了TCP/AQM系統(tǒng)模型[1]，用一對非線性微分方程表示：


                     
    則TCP/AQM系統(tǒng)模型可化為如下形式的反饋控制系統(tǒng)：


    證明：
　(1)如果定理中LMI成立，則系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的；由式(9)，利用Schur補性質(zhì)可得出式(7)，從而由引理1可證得無擾動時式(4)漸近穩(wěn)定。


　　

    則定理2得證。另外由于式(15)為LMI，因此將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)代入即可求解。
2.3  H∞網(wǎng)絡(luò)擁塞控制器的參數(shù)估計
　當網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時，由系統(tǒng)參數(shù)之間的相互關(guān)系，通過解LMI式(15)及式(16)可得出k和γ的值，此時AQM/TCP系統(tǒng)的H∞擁塞控制器的形式為：

3 性能仿真

    隊列長度變化及窗口大小的變化見圖1和圖2，可以看出，所設(shè)計的擁塞控制器在大時滯環(huán)境下比RED算法獲得了更穩(wěn)定的隊列變化；并且窗口變化平緩，鏈路利用率高，具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性。

    針對大多數(shù)傳統(tǒng)AQM算法和策略沒有充分考慮大時延對AQM穩(wěn)定性影響的問題，本文基于LMI方法設(shè)計了一種H∞網(wǎng)絡(luò)擁塞控制器，由控制器得到的數(shù)據(jù)包分組丟棄概率的變化不僅與隊列的變化率有關(guān)，還與窗口的變化率有關(guān)，并進一步說明該控制器為基于平均隊列長度估計的預(yù)測控制器。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的控制器在高速網(wǎng)絡(luò)中具有較高的鏈路利用率和很好的隊列穩(wěn)定性，并且具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性能。
參考文獻
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