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TCP网络自适应有限时间拥塞控制

更新时间：2019-12-30 04:59:11 大小：2M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：tcp网络 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对TCP网络存在系统不确定性和UDP流干扰的拥塞控制问题,使用反步方法提出一种自适应有限时间拥塞控制算法。为了便于控制器的实现,将TCP网络的系统参数和无响应UDP流干扰整合成一个总的不确定。然后设计了一种简单的自适应律去估计系统的总不确定,使得系统总不确定的界不必事先获得,而且减小了计算开销,满足了路由器高速处理分组的需求。基于反步方法和设计的自适应律给出了一种自适应有限时间拥塞控制算法。应用有限时间稳定性理论证明了瞬时队列长度能够在有限时间内收敛到期望的队列长度。使用网络模拟器-2对所提出的算法进行了验证,仿真结果表明该算法在各种网络环境下具有较好的有限时间稳定性和鲁棒性。


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1577653145TCP网络自适应有限时间拥塞控制.pdf 2M

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22  
12  
期
Vol. 22 No. 12  
Dec． 2018  
第
卷
第
电
机
与
控
制
学
报
Electric Machines and Control  
2018  
12  
年
月
TCP  
网络自适应有限时间拥塞控制  
，
，
刘琳琳  
叶成荫  
曹宇  
(
，
辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 辽宁 抚顺  
113001)  
:
要 针对  
TCP  
UDP ，  
流干扰的拥塞控制问题 使用反步方法提出一种  
摘
网络存在系统不确定性和  
。
自适应有限时间拥塞控制算法 为了便于控制器的实现 将  
， TCP  
UDP  
网络的系统参数和无响应 流  
。 ，  
干扰整合成一个总的不确定 然后设计了一种简单的自适应律去估计系统的总不确定 使得系统  
， ， 。  
总不确定的界不必事先获得 而且减小了计算开销 满足了路由器高速处理分组的需求 基于反步  
。
方法和设计的自适应律给出了一种自适应有限时间拥塞控制算法 应用有限时间稳定性理论证明  
。
了瞬时队列长度能够在有限时间内收敛到期望的队列长度 使用网络模拟器  
－ 2  
对所提出的算法  
，
进行了验证 仿真结果表明该算法在各种网络环境下具有较好的有限时间稳定性和鲁棒性  
。
: TCP  
; ; ; ;  
网络 拥塞控制 自适应 反步方法 有限时间控制  
关键词  
DOI: 10． 15938 /j． emc． 2018． 12． 014  
: TP 13  
: A  
: 1007－ 449X( 2018) 12－ 0107－ 07  
文章编号  
中图分类号  
文献标志码  
Adaptive finite-time congestion control for TCP networks  
YE Cheng-yin， CAO Yu， LIU Lin-lin  
( School of Computer and Communication Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，China)  
Abstract: To solve the problem of congestion control in transmission control protocol( TCP) networks in  
presence of system uncertainty and user data protocol( UDP) disturbances，an adaptive finite-time conges-  
tion control algorithm is proposed using the backstepping method． In order to facilitate the implementation  
of the controller，the system parameters of TCP networks and unresponsive UDP flows were integrated into  
a lumped uncertainty． Then a simple adaptive Law was proposed to estimate the lumped uncertainty，by  
which the bound of the lumped uncertainty was not required to be known in advance，and by which the  
computation burden was reduced and the requirement of router processing high speed packet was guaran-  
teed． Using the backstepping method and the proposed adaptive law，an adaptive finite-time congestion  
control algorithm was proposed and the finite-time stability theory was used to guarantee that the instanta-  
neous queue length can be regulated at a desired queue length in a finite time． The proposed algorithm  
was validated by the network simulator-2 and the simulation results demonstrate the superior finite-time  
stability and the robustness of the proposed algorithm in various network scenarios．  
Keywords: transmission control protocol networks; congestion control; adaptive; backstepping method;  
finite-time control  
: 2016 － 08 － 17  
收稿日期  
:
基金项目 国家自然科学基金  
( 61304021)  
:
作者简介 叶成荫  
( 1977—) ， ， ， ， ;  
男 博士 副教授 研究方向为通信网络的控制与决策  
( 1984—) ， ， ， ， ;  
男 博士 讲师 研究方向为复杂网络传播动力学行为分析与复杂网络传播控制  
曹
宇
( 1981—) ， ， ， ， 。  
女 硕士 讲师 研究方向为现代信号处理与智能检测  
刘琳琳  
:
通信作者 叶成荫  
108  
22  
卷
电
机
与
控
制
学
报
第
， ，  
定的界不必事先获得 而且减小了计算开销 满足了  
0
引 言  
。 ，  
路由器高速处理分组的需求 在此基础上 应用反  
( transmission control proto-  
由于传输控制协议  
步方法设计了一种自适应有限时间鲁棒拥塞控制算  
col，TCP)  
，
网络应用的快速增长 网络拥塞发生频繁  
，
。
，
在该算法的作用下 瞬时队列长度不仅能够在  
法
TCP  
。
因此  
网络的拥塞控制成为研究的热点  
，
有限时间内收敛到期望的队列长度 而且队列长度  
［1］  
( random early detection，RED)  
随机早期检测  
算法是得到最广泛的研究和实现的拥塞控制算法之  
RED  
，
振荡较小 具有较好的鲁棒性  
。
1 TCP  
网络动态模型及预备知识  
，
一 但是  
的参数设置依赖于手工调节和实验数  
， ， 。  
据 难以适应复杂的网络环境 鲁棒性能较差 文  
1． 1 TCP  
网络动态模型  
［2］  
献 给出了  
TCP  
，
网络非线性动态系统模型 为从  
［14］  
，
采用基于速率的流体流分析方法 给  
文献  
。
控制理论的角度设计拥塞控制器奠定了理论基础  
TCP  
:
出了  
网络的非线性动态模型为  
2
［3］  
文献 采用经典控制理论给出了比例积分  
( pro-  
·
N( t)  
N( t)  
r ( t)  
r( t) =  
－ (  
+
) p( t) ，  
2
2
2N( t)  
portional integral，PI)  
。 ［4］  
算法 文献 基于状态空间  
R ( t)  
R ( t)  
( 1)  
}
·
( proportional integral  
模型设计了一个比例积分微分  
derivative，PID)  
q( t) = r( t) － C 。  
0
。
控制器 但是这些控制器的设计是  
q( t)  
R( t) =  
+ T 。  
p
( 2)  
C
TCP  
，
网络模型的 忽略了模型不确定的  
基于线性化  
0
: r( t)  
TCP  
; q( t)  
。
影响 文献  
［5 － 7］  
式中  
为
网络的源端发送速率  
为路  
根据滑动模态对系统的摄动和  
，
外界干扰具有强鲁棒性 采用滑模控制方法提出了  
; N( t)  
TCP  
;
由器中的瞬时队列长度  
R( t) ; T  
为
网络的负载  
TCP  
。 ［8 － 10］  
网络的拥塞控制算法 文献 分别采用  
; C  
;
为往返时延  
p( t) 1 / ，  
≤ 为分组丢弃 标记概率 可以看作用于  
为传播时延  
为链路带宽  
p
0
、H  
、
跟踪控制  
鲁棒拥塞控制算法 取得了较好的服务质量 这些  
TCP  
反馈控制 数据驱动预测控制提出了  
0
≤
!
，
。
。
调节发送速率和链路队列长度的控制输入  
，
算法虽然能保证  
网络是渐近稳定的 但会引起  
，
为了提高算法的执行效率 首先将  
TCP  
网络的  
。
TCP  
较大的排队时延和较低的链路利用率  
在
网
UDP  
，
流干扰整合成一个总的不确定 然  
系统参数和  
， ，  
络中 不仅需要较好稳态性能 还需要较快的收敛性  
，
后采用反步方法设计一种自适应有限时间控制器  
。
能
有限时间控制就可以较好地满足这方面的要  
。
使系统具有较好的有限时间收敛性和鲁棒性  
。
，
有限时间控制除了具有最优的收敛性能外 还  
求
q
R ，  
为期望的队列长度 定义队列误差为  
令
∈
d
［11］  
·
。
［12］  
文献  
具有更好的鲁棒性能和抗扰动性能  
e
= q( t) － q 。  
d
x = e ，x = e ，  
记 则有  
q
q
1
2
q
利用基于终端滑模的有限时间控制技术分别设计了  
·
x
= q( t) = r( t) － C 。  
0
( 3)  
2
，
拥塞控制算法 但是忽略了无响应用户数据报协议  
u( t) = p( t) ，  
于是系统  
( 1)  
:
记
可表示为  
( user datagram protocol，UDP) TCP  
流对  
TCP  
流的干扰所  
网络存在参数  
·
x
= x ，  
2
1
。 ［13］  
带来的影响 文献 考虑了  
( 4)  
·
}
; b( t，x)  
2
x
= a( t，x) + b( t，x) u( t) 。  
2
UDP  
，
流干扰的影响 提出了一种基于终端  
不确定和  
滑模的自适应有限时间控制算法 该算法使用了径  
( radial basis function，RBF)  
N( t)  
。
: a( t，x)  
=
=
式中  
( ( x + q ) /C + T )  
1 d 0 p  
向基函数  
神经网络对  
2
( x + C )  
2 0  
N( t)  
( ( x + q ) /C + T )  
TCP  
UDP  
，
流干扰进行估计  
网络参数变化和无响应  
－ (  
+
) 。  
2
2N( t)  
忽略了无响应  
UDP  
1
d
0
p
，
虽然获得了较好的自适应性能 但是增加了计算开  
TCP  
( 1)  
UDP  
，
流
网络动态模型  
， ，  
销 影响了路由器的执行效率 在路由器中实施的难  
d( t，x)  
TCP  
为此引入未知函数  
表示  
:
可以改写为  
流对  
流造  
。
度也较大  
本文针对  
考虑了系统的不确定性和  
方法设计了一种自适应有限时间拥塞控制算法  
。
成的干扰 于是系统  
( 4)  
TCP  
，
网络的有限时间拥塞控制问题  
UDP  
·
x
= x ，  
2
1
，
流的干扰 使用反步  
( 5)  
·
}
x
= a( t，x) + b( t，x) u( t) + d( t，x) 。  
。
首
2
，
此外 由于  
TCP  
UDP  
， TCP  
先 将  
UDP  
网络经常受到无响应  
流以  
网络的系统参数和无响应  
流干扰整  
HTTP  
TCP ，TCP  
连接的干扰  
R( t)  
，
合成一个总的不确定 然后设计了一种简单的自适  
及
等短时  
和往返时延  
网络的负载  
N( t)  
，
，
应律去估计系统总的不确定 不仅使得系统总不确  
等网络参数是高度变化的  

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