一种用于通信网络拥塞控制的主动队列管理方法技术

本发明专利技术公开一种用于通信网络拥塞控制的主动队列管理方法，属于通信网络和自动控制的技术领域，本方法的特征在于：建立了通信网络拥塞控制系统的时滞有界模型，给出了判定闭环系统稳定性的充分性条件，设计了基于线性矩阵不等式的动态输出反馈控制器参数，给出了主动队列管理的实施步骤。本发明专利技术适用于通信网络拥塞控制，能迅速地将队列长度收敛到目标长度附近，在特征参数变化的通信网络环境中，具有较强的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是一种基于动态输出反馈控制的主动队列管理方法。
技术介绍
随着互联网规模的急剧膨胀，通信网络拥塞问题日益严重，特别是大量多媒体实时业务的广泛应用对通信网络服务质量的要求越来越高，在通信网络中实施拥塞控制就显得尤其重要。主动队列管理(AQM)策略对降低丢包率，提高链路利用率，减少排队时延，抑制速率振荡等方面发挥了重要作用，是通信网络拥塞控制的重要手段。通信网络拥 塞控制模型可以看作一个反馈控制系统，故从控制理论的角度来研究通信网络拥塞控制可以得到较有效的结果。如基于比例积分(PD、比例微分(PD)、比例积分微分(PID)控制的主动队列管理方法，在固定通信网络参数的前提下给出了控制器参数的设计方法。其主要思想是在AQM中加入比例、微分、积分等环节以缩短响应时间，提高稳态精度，把队列长度控制在目标长度附近。现有大多数AQM是在小时延环境下设计的，在忽略时延的情况下，这些方法能够获得很好的稳定性和瞬态响应性能，但是当时延增大时，系统的稳定性则受到很大影响。由于通信网络流量具有突发性和时变性，导致通信网络模型参数的不确定性。随着时滞系统稳定性分析和鲁棒控制理论的发展，将时滞系统控制方法应用于通信网络拥塞控制中，建立基于严格理论推导基础上的控制方法。如比例状态反馈控制(KSFC)方法通过求解线性矩阵不等式得到AQM系统的状态反馈控制率，但是需要获取系统状态向量，包含传输控制协议(TCP)拥塞窗口尺寸，给系统增加了额外的负担，实际使用中难以实现。状态输出反馈控制(SOFC)方法通过对时滞系统稳定性分析给出AQM系统的静态输出反馈控制率，但是当通信网络特征参数变化范围较大时，该方法的性能并不能令人满意。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，建立通信网络拥塞控制系统的时滞有界模型，给出判定闭环系统稳定的时滞上限条件，给出动态输出反馈控制器的参数设计方法，给出主动队列管理实现的步骤。该方法能迅速地将队列长度收敛到目标长度附近，其队列长度、丢弃概率和链路利用率等指标较好。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案:由通信网络拥塞控制的流体流模型出发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通信网络拥塞控制的主动队列管理方法，包括步骤：(1)将TCP/AQM的流体流模型在工作点附近进行线性化，得到线性微分方程δW.(t)=NR02C(δW(t)+δW(t-R0))-1R02C(δq(t)-δq(t-R0))-R0C22N2δp(t-R0)δq.(t)=NR0δW(t)-1R0δq(t)---(2)其中工作点(W0，q0，p0)定义为N(t)≡N，C(t)≡C，即W0＝R0C/N，R0＝q0/C+Tp，δW(t)＝W(t)?W0，δq(t)＝q(t)?q0，δp(t)＝p(t)?p0，W(t)表示拥塞窗口尺寸，q(t)表示路由器缓存中的队列长度，p(t)表示路由器中使用AQM时包丢弃的概率，N(t)表示TCP会话数，C(t)表示链路容量，R(t)表示往返时间，R(t)＝q(t)/C(t)+Tp，C(t)表示链路容量，Tp表示传播时延；(2)得到TCP/AQM的状态空间方程x.(t)=Ax(t)+Adx(t-r)+Bu(t)y(t)＝Acx(t)????????????????????????????????????????(3)t∈[?r*，0]其中状态向量x(t)=δW(t)δq(t),输出y(t)＝δq(t)，控制输入u(t)＝δp(t?r)，时延r＝R0，Ac＝[01]，A=-NR02C-1R02CNR0-1R0,Ad=-NR02C1R02C00,B=-R0C22N20;其特征在于还包括以下步骤：(3)设计全维动态输出反馈控制器x~.(t)=K11x~(t)+K12y(t)(4)u(t)=K12x~(t)+K22y(t)使得对于r∈[0，r*]，通信网络拥塞控制系统的时滞有界模型式(5)是稳定的，x‾.(t)=A‾x‾(t)+A‾dx‾(t-r)---(5)其中x‾(t)=x(t)x~(t),A‾=A+BK22AcBK21K12AcK11,A‾d=JAd,J=I20;(4)将系统式(5)变换为x‾.(t)=(A‾+A‾d)x‾(t)-(A‾+A‾d+M)ηt(-r)-N∫t-rt[(A‾+A‾d)x‾(τ)-A‾dητ(-r)]dτ---(6)M+N+A‾=0---(7)其中ηt(τ)=x‾t(0)-x‾t(τ),τ∈[?r，0]；(5)设计动态输出反馈控制器：(A)主动队列管理系统稳定性条件：设计可保证上述系统式(5)稳定的正定对称矩阵P，S1，S2，S3∈R4×4，S4∈R2×2，满足(A‾+A‾d)TP+P(A‾+A‾d)+P(A‾+A‾d)S1-1(A‾+A‾d)TP(8)+PMS2-1MTP+r*(A‾+A‾d)TS3(A‾+A‾d)+r*PNS3-1NTP+r*PNJS4-1JTNTP<0(B)主动队列管理控制器参数设计：设计可保证上述系统式(5)稳定的适当维矩阵R，U，V，W，满足Γ1T+Γ1Γ1Γ2Γ1TΓ1Γ3*-S^10000**-S^2000***-(r*)-1Q^00****-(r*)-1Q^0*****-(r*)-1S4<0---(19)Q^=XI2I2Y>0---(20)得到动态输出反馈控制器参数K11K12K21K22=Γ4BW-Y-1V(-WAcX+U)Z-1W---(21)其中Γ1=(A+Ad)X+BUA+Ad+BWAcRY(A+Ad)+VAc,Γ2=AdYAd,Γ3=A+Ad+BWAcY(A+Ad)+VAcΓ4＝(?BWAcX+BU+Y?1VAcX?Y?1R+(A+Ad)X)Z?1，Z＝X?Y?1；(...

【技术特征摘要】
1.一种用于通信网络拥塞控制的主动队列管理方法，包括步骤: (1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛龙，孙金生，王执铨，
申请(专利权)人：南京理工大学常熟研究院有限公司，
类型：发明
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