王兴明[1]2002年在《ATM网络ABR业务拥塞控制的控制理论算法分析与研究》文中提出流量／拥塞控制是ATM网络业务量管理的关键问题，而ABR业务的拥塞控制又是其研究的热点。传统的ABR业务拥塞控制方案基于启发式法则而没有正式的理论支持，并且依靠一系列的测量值，这些测量值要不是很难测量就是在估计时参生显着的噪声。滤除这些噪声将导致滞后反应，较高的信元丢失和较低的链路利用。更有甚者，这些方案没有提供任何正式的设计方法来确保控制环的稳定性。因此，近年来已出现了一系列基于控制理论规则的算法。 本论文对ATM网络ABR业务拥塞控制的控制理论算法进行了总结，简要分析了其优点和缺点；运用控制理论的分析方法和观点对基于流体控制模型、史密斯预估控制模型和双重比例微分控制模型叁种拥塞控制算法加以具体的分析，从而分析了怎样确保控制环的稳定性；在NIST ATM网络仿真软件中嵌入以上叁种拥塞控制算法，从而对算法的动态和瞬态特性进行仿真分析，以此证明控制算法的有效性；最后提出了今后ATM网络ABR业务拥塞控制算法的发展趋势。
赵雪[2]2004年在《ATM网络拥塞控制的智能PID方法研究》文中进行了进一步梳理ATM(Asynchronous Transform Mode)——异步传输模式网络技术，是当前宽带网络(如ADSL、VDSL等)的核心技术，自1994年以来已从实验室研究大量走向实际应用。它结合了电路网络和计算机网络的优点，能承载语音、数据和图像等多种业务。但是，随着网络业务量的增加，ATM网络的拥塞控制越发成为迫切需要解决的难题。 ATM网络的一个重要特征就是它能提供几类服务以满足不同服务质量的要求，这包括：恒定比特率(CBR)、未定比特率(UBR)、可用比特率(ABR)以及可变的比特率(VBR)服务。这些服务中，CBR和VBR属于“受保护”的服务，它们被网络中的交换机赋予更高的优先权，优先获得链路带宽的分配。ABR则是利用CBR和VBR连接剩余的带宽来承载“尽力传输”的业务；此外，ABR服务主要用于支持数据应用，在网络信息传输中有着重要的地位。因此ABR业务的拥塞控制显得尤为重要。 ABR业务采用基于速率反馈的拥塞控制机制，主要有两种实现方案：二进制速率反馈和显示速率反馈方案。在高速网络中，实现方案的简洁性在很大程度上决定着交换机的性能，所以广大交换机厂商纷纷采用了相对简单的二进制速率反馈方案。但是，传统的二进制ABR业务拥塞控制机制大多基于启发式法则而没有正式的理论支持，所以这些方法存在两个不足，一是队列长度和源端允许信元速率呈现振荡性；二是在具有大的带宽时延乘积的网络中，控制效果不佳。本文摒弃了以往二进制ABR拥塞控制中采用的直觉分析方法，从控制理论的角度分析了该问题。本文的主要工作包括： 首先，基于流体流理论建立了单瓶颈节点的二进制ABR流的网络模型。在对该模型线性化后，本文对二进制ABR拥塞控制广泛采用的显示前向拥塞指示(EFCI)算法进行了性能分析，结果表明二进制EFCI算法导致系统振荡的主要原因在于判定和解除拥塞状态时引入了非线性环节，而非二进制机制的内在属性。因此从理论上讲，二进制反馈机制的简洁性应该有充分发挥的空间。这为论文的研究奠定了基础。 然后，采用上述模型，分别基于线性PID、模糊PID、神经PID、专家PID摘要及遗传算法PID技术，研究了二进制ABR流的拥塞控制问题。线性PID控制器在一定程度上抑制了系统振荡，使得系统的稳态/动态性能有所改善，同时使得系统具有一定的鲁棒性。继普通PID控制之后，设计了叁种改进的PID控制器，即积分分离PID、变速积分PID及微分先行PID控制器，这类改进的PID控制器进一步改善了系统性能，但其效果不明显。 将模糊逻辑与PID技术相结合，研究设计了直接控制量模糊PID控制器、模糊自适应整定PID控制器及模糊免疫PID控制器，并将其成功地应用于二进制ABR流的拥塞控制。仿真表明这类控制器不仅具有传统PID控制器的优良特性，而且由于模糊逻辑的加入，当系统受到可变比特流的干扰或系统参数变化时，控制器翔玉能很好地完成控制任务。一 将神经网络与PID技术相结合，研究设计了单神经元自适应PID控制器，并根据控制经验将其进行了改进;提出了一种动态前向网络范畴的新型神经元PID控制器，并将其成功地应用于二进制ABR流的拥塞控制。这类控制器通过自学习，取得了良好的控制效果，有效的抑制了系统振荡，实现了零超调、零误差，增强了系统的鲁棒性。相对于其它拥塞控制机制，这类控制机制的综合性能更加突出。 将专家知识及遗传算法与PID技术相结合，研究设计了专家PD控制器和基于遗传算法的PID控制器，并将其应用于二进制ABR流的拥塞控制。仿真表明这两种控制方法的有效性，但是其控制效果仍有待改善。 最后，本文分析比较了各类拥塞控制方法，指出了它们的优缺点，同时对ABR拥塞控制及智能Pro控制的应用前景进行了展望。
刘志新[3]2003年在《ABR业务流量拥塞控制方法研究》文中指出综合业务数字网是未来通信技术的发展趋势，ATM网络已被国际电信联盟作为一项典型传输技术加以推广。在ATM网络中，信息的拥塞及丢失是影响网络业务服务质量的主要原因。其中ABR业务是唯一一种可采用反馈机制进行流量控制的业务(因此网络拥塞控制问题引起了广大控制和通信学者的关注)，ABR业务流量的控制和管理问题近年来也成为一个研究的热点。通讯网络是一个庞大的复杂系统，ATM网络拥塞控制研究对控制、通信而言均具有重要的理论意义和实用价值。本文正是以此为出发点，将控制理论引入到网络通讯中，解决可控流的拥塞控制问题。本文首先从ATM网络通信基础知识开始，介绍了ATM网络的基本原理，ABR业务的反馈机制，给出了ATM网络单瓶颈节点模型，并在此模型基础上，将PID控制引入到网络控制当中，设计出适用于ATM网络模型的PID控制器，给出了保证系统闭环稳定的充分条件。进而利用前馈控制环节降低带宽波动对输出队列的影响。为消除队列输出饱和特性对控制器的影响，采用了虚队列机制，同时为加快系统的响应速度，设置了速率提升因子和速率下降因子。在以上各种方法中，均能保证系统队列输出是稳定的。时延变化及带宽波动始终是影响系统稳定及动态性能的重要因素。本文在原有文献的基础上提出了两种改进方法，分别应用内模控制和Smith预估方法解决ABR业务拥塞控制问题，可以实现系统稳态无静差跟踪给定值，在网络可用带宽大幅波动的情况下，算法仍能保证输出队列长度稳定在一定范围之内。最后将神经网络智能控制方法引入到网络拥塞控制之中。利用神经网络的自组织、自学习能力，实现对可用带宽的预测、对交换机队列模型的建模及用神经网络控制器实现队列控制。针对具有ARMA、FARIMA等不同特性的可用带宽时间序列，预测网络都可以实现较为精确的预测，在此基础上进行的PERICA算法、神经网络控制算法、公平算法都取得了较好的控制效果。
赵海滨[4]2007年在《智能优化算法及其在ATM网络流量控制中的应用研究》文中研究指明综合业务数字网是未来通信技术的发展趋势，ATM网络已被国际电信联盟作为一项典型传输技术加以推广。在ATM网络中，信息的拥塞及丢失是影响网络业务服务质量的主要因素。由于ABR业务是唯一一种可采用反馈机制进行流量控制的业务，ABR业务流量的控制和管理问题目前己成为一研究热点，引起了控制和通信学者的广泛关注。本文将控制理论引入到网络通讯中，对控制、通信而言均具有重要的理论意义和实用价值。为了较好地解决可控流的拥塞控制问题，本文主要作了以下研究工作： 首先，在分析了ABR业务反馈机制的基础上，给出了ATM网络单瓶颈节点模型，在此基础上，将PID控制引入到网络控制中，设计出了适用于ATM网络模型的PID控制器，并给出了保证系统闭环稳定的充分条件。 其次，为了较好地应用PID控制，本文选用了遗传算法和粒子群算法对PID控制器进行参数优化，经过优化的PID控制器能较好地控制ATM网络流量，减少拥塞，提高网络资源利用率。 另外，针对基本粒子群算法容易陷入局部最优值的缺点，提出了两种改进的粒子群算法。一种是基于粒子运动方向变异的改进粒子群优化算法，此算法通过改变部分粒子的运动方向来达到扩大种群多样性的目的；另一种是基于混沌思想的混合粒子群算法，此算法通过引入算法早熟判断机制，并结合混沌算法的随机性、遍历性、规律性来提高算法的搜索能力和搜索效率。这两种改进的粒子群算法都具有较强的全局搜索能力，能较好的解决普通粒子群算法容易陷入局部最优解的问题。 最后，将经过智能优化算法整定的PID控制器应用于提出的ATM网络模型中，使得系统的稳态／动态性能有所改善，并使系统具有一定的鲁棒性，抑制了交换机的队列长度的大幅波动。
刘志新[5]2006年在《高速通信网络拥塞控制算法研究》文中认为随着互联网技术的飞速发展和用户对服务质量需求的提高，“拥塞”成为通信网络发展的“瓶颈问题”。高速通信网络拥塞控制是通信界与控制界的前沿热点领域。本文侧重研究ATM网络和高速TCP网络拥塞控制算法的设计和稳定性分析。本文首先针对ATM网络ABR业务流量管理问题，基于随动控制结构，考虑时延对系统的影响，提出了一种基于离散模型的改进的ABR流量控制算法，给出了保证时滞系统闭环稳定的参数选择方法，实现了拥塞避免和可用带宽的动态公平分配，改进了现有算法的结果。为提高系统响应速度，简化算法，本文提出了一种快速队列跟踪控制器。所设计的控制器包含两部分：跟踪控制器和前馈控制器，分别实现了对给定期望队列长度的静态无差跟踪和对可用带宽干扰的有效抑制。通过严格的理论推导，得到了保证系统控制器和闭环系统稳定的参数范围，同时获得了在高突发性VBR业务背景下不同链接的Max-Min动态公平性。该算法实现简单，所需参数少，可适应较大范围变化的回路时延。文章的第叁部分充分考虑广域网大传输时延和高带宽时延积特征，以缓冲区内队列长度为QoS衡量尺度，将ABR可用带宽视为系统的未知有界扰动信息，设计双Smith预估器，从时域和频域两个角度出发分别分析了系统的稳定性。同时为抑制模型失配信息和控制器输入饱和问题，分别设计了反馈滤波器和辅助控制器。该方案可在较大回路时延和时延抖动环境下稳定运行，由可用带宽波动引起的响应可被完全抑制，且不需要测量可用带宽信息。文章接下来针对基于模型拥塞算法中对网络模型理想化、线性化等不足，基于ER反馈控制机制，设计了Fuzzy-PID型ER控制器。不需对通信网络系统精确建模，根据网络动态特性，充分考虑饱和非线性因素的影响，通过合理选择控制参数，制定了具有较强适应性的控制规则，分别优化PID参数，该方案结合传统PID和Fuzzy推理的优点，结构简单，易于实现。针对多种网络环境进行了仿真验证，分析了可用带宽、回路时延、比例因子等因素对系统性能的影响。仿真结果表明该设计方案具有较好的适应性和鲁棒性。本文的最后一部分研究HSTCP主动队列管理算法的设计。首先分析了HSTCP网络环境的特点和动态窗口调整策略与传统TCP的区别。利用局部线性化的方法将HSTCP非线性模型简化为二阶线性时滞系统。在此基础上，设计了通用PI控制器，称为SPI，解析证明了系统的稳定性，给出了自适应选择控制参数的方法。该方法同时适用标准TCP和HSTCP。运用NS2进行扩展的仿真研究，并与去尾算法的性能进行了比较。仿真结果证实了SPI控制器在两种异构流下的有效性，且具有较高的吞吐量性能，并在异构环境下具良好的公平性和友好性。
索东海[6]2003年在《广义预测拥塞控制算法及仿真研究》文中进行了进一步梳理ATM是一种面向连接的、分组交换和统计复用技术。然而，当多个突发业务同时到达一个节点时，缓存队列长度迅速增加，在极短的时间内出现缓冲溢出，或高速链路接入慢速网络中引起输入链路速率大于输出链路速率，则导致网络拥塞。拥塞一旦发生，传输延时增大，信元丢弃率迅速上升，拥塞持续时间过长，还会导致整个网络崩溃。因此，有效地控制网络拥塞，是提高网络资源利用率和改善网络服务质量的首要任务。 ATM论坛采用基于速率的反馈控制方法作为实现拥塞控制的标准算法，但论坛只给出该算法设计的指导性建议并未明确规定具体实施方案。目前经验设计的缺点是不能保证资源分配的公平性，易使源端发送速率产生不稳定的震荡，也没有系统的性能分析理论依据。基于线性控制理论的方法几乎都没有综合考虑传输延时的随机时变特性、饱和非线性和用户数的动态变化等不确定性。这些因素的存在，不仅限制了常规反馈拥塞控制算法的应用，而且还导致网络的大范围震荡，并且模型阶次难以确定，由此给基于模型的分析方法带来很大的困难。 本文针对上述问题，首先，建立了单瓶颈节点的网络流模型，该方法只需考虑网络链路延时，将其他延时(如排队和交换延时)和不确定性看作为系统的扰动。然后，设计了广义预测拥塞控制算法，保证了闭环系统的全局稳定性和稳态公平性，并设计了自适应预测拥塞控制算法，提高了系统对用户数动态变化的鲁棒性。最后，仿真研究结果表明，本文所提算法在性能上优于已有算法：改善了系统的暂态性能，增强了对不确定性的鲁棒性，提高了网络利用率，实现了带宽分配的公平性。
文旭东[7]2005年在《基于ABR业务的ATM网络拥塞控制算法研究及其在交换机中的应用》文中提出由于传统的电路交换资源利用率低,而传统的分组交换保证不了服务质量且交换速度慢,因此一种新的网络技术——ATM网络技术应运而生。ATM为了保证其QoS,将其业务划分为恒定比特率(CBR)、实时可变比特率(rt-VBR)、非实时可变比特率(nrt-VBR)、可用比特率(ABR)、不指明比特率(UBR)五中业务,并分别采用了控制机制。其中ABR业务的流量控制机制是唯一的闭环反馈控制机制,这使ABR业务的流量控制在保证ATM的Qos中具有非常重要的地位。 本文在分析ABR流量控制算法的基础上进行了ABR业务二进制流量控制和拥塞检测的关键技术研究,在进行理论分析的基础上,试图尽力体现工程应用的背景和理念,并以此为本文的基调,即强调算法的可实现性、与现有标准兼容性等,总结起来,本文的主要工作包括如下内容: 在对现有二进制算法进行建模分析的基础上,针对二进制EFCI算法收敛慢和信元速率、缓存队列长度振幅大的缺点,给出了携带队列长度信息的流量控制算法(E-EFCI)。仿真证明,该算法比基本EFCI算法具有更好的控制行为,减小了ACR和排队长度的振荡幅度,提高了链路、缓存利用率,加快拥塞解除,并具有较高的性能价格比。这也表明,根据网络交换节点的具体队列长度实时地选择参数可以使算法的性能得到优化。 第四章在讨论依据速率来检测拥塞的基础上,为进一步优化二进制算法的性能,给出了基于速率的携带虚队列长度信息的流量控制算法。仿真证明,该算法在携带队列长度信息的流量控制算法的基础上更进一步解决了EFCI算法的缺点。 在第五章中介绍了交换机设计的一些技术指标和设计思想,并简单讨论了交换机的软、硬件构架。最后是本文的总结,主要阐述了本文研究中的不足和需要进一步研究改进的地方。
熊辉[8]2003年在《控制理论在ATM网络拥塞控制中的应用研究》文中研究指明近十几年来，计算机网络经历了飞速的发展，但是伴随而来的是日益严重的拥塞。拥塞控制，是保证网络鲁棒性的关键因素，也是各种管理控制机制和应用的基础，同时又牵涉到网络运行的经济性，已经成为了当前网络研究的一个热点问题。 由于拥塞的解决必须考虑具体的网络环境和条件，这就使得研究者们所提出的方法只可能对某种特定网络适用。ATM网络是未来高速网路的发展方向，ABR业务作为ATM网络提供的重要服务，与其相关的拥塞控制技术相当富于挑战性。 传统的拥塞控制方法是基于直接推断的，有很大的随机性和人为因素，控制效果不好，容易产生数据错误和丢失，且不适合于精确分析和进一步改进。本文提出应用控制理论的相关思想处理拥塞控制问题，将控制理论的成熟方法引入到计算机网络研究的领域中来，这不仅是打破传统拥塞控制模式的新思路，而且是将控制理论和其它相关学科结合的大胆尝试。 本文解释了计算机网络拥塞问题的现象及其成因，介绍了几种流行网络中的拥塞控制方法，和ATM网络的有关知识，并综述了目前关于ATM网络ABR业务拥塞控制的研究成果，分析了较为流行的方法的优点和不足。 论文首先针对一个简化了的ATM网络模型进行了建模和分析，并应用经典控制理论中普遍使用的PI调节器设计了一个控制器，实现了拥塞控制算法。然后，详细的讨论了ATM网络ABR业务拥塞控制的建模问题。针对ATM网络特殊的协议标准，重点分析了网络元素、影响拥塞控制的因素，并提出了在进行数学建模时应当遵循的原则和必须考虑的问题。根据讨论结果，论文建立了一个对应普适网络结构的拥塞控制数学模型，并给出了控制和优化的目标。
刘庆峰[9]2004年在《基于源端的ATM网络ABR业务流量控制》文中指出高速计算机通信网络的关键技术之一是异步传输模式（ATM：Asynchronous Transfer Mode）技术。在ATM网络中，信息的拥塞及丢失是影响网络业务服务质量的主要原因。自适应比特率（ABR：Available Bit Rate）业务是唯一一种可采用反馈机制进行流量控制的业务，因此，近年来ABR业务流量的控制和管理问题成为一个研究热点。通信网络是一个庞大的复杂系统，ATM网络拥塞控制的研究对网络的控制和通信均具有重要的理论意义和实用价值。本文正是以此为研究对象，将控制理论概念引入到网络通信中，很好地解决可控流的拥塞控制问题。本文首先介绍了ATM网络的基本原理，ABR业务的反馈机制，以及ABR流量控制机制，分析了现有的ATM网络拥塞控制原理。其次，对现有基于速率的流量控制算法进行了分析，这些算法中大多都能提高活动连接和连接装置的公平性，但是，也给交换机带来更大的复杂性。基于这点，本文提出了一种流量控制算法，并将部分速率计算工作从交换机转移到源端系统中进行。结果表明，该算法能够减少交换机的速率计算工作以及交换复杂性。而且，还降低了交换机在每一时间间隔内为每条链路计算负载因子的难度，从而使网络中的队列长度保持在稳定状态下，进而达到了网络的全局最优性。最后，本文对提出的算法进行了仿真实验。由于本算法引入叁个参数，这叁个参数的值对本算法进行拥塞控制的效果起到决定性作用，因此，在仿真中，重点对叁个参数的取值范围进行仿真，给出了该参数的最优解，同时，在相同的仿真模型中，对ERICA+算法也进行仿真，对仿真结果进行比较，结果表明该算法达到了很好的效果。该方法和算法的提出，对解决ATM网络的拥塞问题提供了理论指导，具有一定理论意义和实践意义。
赵攀[10]2003年在《ATM网络中的拥塞控制算法研究》文中研究指明随着计算机网络的普及，网络用户急剧增加，互联网变得日益繁忙，随之而来的是越来越严重的拥塞问题。拥塞控制是确保Internet稳定的关键因素，也是各种管理控制机制和应用的基础，因此网络拥塞机制的研究就变得非常重要。 网络的拥塞控制一般有开环和闭环控制两种，对互联网网络业务不断变化的复杂系统，一般采用闭环控制。依据控制论的观点，发送方接收反馈信息，并从反馈信息中推断网络状况，并依据一定的控制算法调整发送速率，完成对网络拥塞的响应。因此，正确的控制算法是网络拥塞控制的关键。为此， 网络拥塞控制的研究重点就变成研究控制算法。 为此，本文系统地研究了网络拥塞控制中一个重要的课题—ATM网络下的ABR业务的拥塞控制算法。在对现有算法进行分析的基础上，本文提出了一种由粗调方式(SAM)和微调方式(AAM)两种方式所组成的拥塞控制算法，通过这两种方式的相互交换运行，使得网络同时具有了快速响应和快速收敛的特性。 通过基于本文所述算法的仿真，结果表明该算法具有良好的性能。
参考文献：
[1]. ATM网络ABR业务拥塞控制的控制理论算法分析与研究[D]. 王兴明. 大连理工大学. 2002
[2]. ATM网络拥塞控制的智能PID方法研究[D]. 赵雪. 东华大学. 2004
[3]. ABR业务流量拥塞控制方法研究[D]. 刘志新. 燕山大学. 2003
[4]. 智能优化算法及其在ATM网络流量控制中的应用研究[D]. 赵海滨. 河海大学. 2007
[5]. 高速通信网络拥塞控制算法研究[D]. 刘志新. 燕山大学. 2006
[6]. 广义预测拥塞控制算法及仿真研究[D]. 索东海. 大连理工大学. 2003
[7]. 基于ABR业务的ATM网络拥塞控制算法研究及其在交换机中的应用[D]. 文旭东. 湖南大学. 2005
[8]. 控制理论在ATM网络拥塞控制中的应用研究[D]. 熊辉. 武汉科技大学. 2003
[9]. 基于源端的ATM网络ABR业务流量控制[D]. 刘庆峰. 燕山大学. 2004
[10]. ATM网络中的拥塞控制算法研究[D]. 赵攀. 四川大学. 2003
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