LMI方法在大時滯網(wǎng)絡(luò)擁塞控制器中的應(yīng)用

Internet的擁塞控制已經(jīng)成為當(dāng)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(yán)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(fù)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)：