网络拥塞控制若干策略研究及稳定性分析杨木易.ppt

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1、网络拥塞控制若干策略研究及稳定性分析,答辩人：杨木易 导 师：井元伟 教授,2023/10/18,结论与展望,主要工作,绪论,2023/10/18,拥塞的定义及产生的原因,第一章 绪 论,网络拥塞的基本概念,当网络中存在过多的数据包时，网络的性能就会下降，这种现象称为拥塞。,图1.1 网络负载与吞吐量及响应时间的关系,2023/10/18,第一章 绪 论,TCP网络拥塞控制算法的研究概况,2023/10/18,第一章 绪 论,主动队列管理算法的分类,2023/10/18,第一章 绪 论,网络拥塞控制中的经济学方法,2023/10/18,第一章 绪 论,对策论在网络拥塞控制中的应用,在网络工程中

2、，对策的参与者是计算机软件，有精确的计算能力也不会出错，只要其符合用户的要求(用户指定的优化目标)，用户就没有理由替换它。因而对策论更适合于描述计算机交互作用中的分布式控制问题，从而可以为网络拥塞控制问题提供有效的分析方法。,2023/10/18,第五章基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,第四章基于改进Kelly算法的拥塞控制策略 的稳定性分析,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,第一章 绪 论,第三章市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,第六章基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,本文的主要工作,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,对策论在网络中应用的主要概念及

3、定理,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,此时：,2023/10/18,第二章对策论在网络拥塞控制中的应用,使用对策论方法可以对网络资源进行合理的分配

4、，而且能够在网络处于轻度拥塞控制的状况下，引导用户合理的利用紧张的网络资源，避免或是减轻拥塞的发生，表现出了较好的效果。在拥塞发生时，网络方可以通过价格的调整，通过经济的手段对用户的资源使用量进行间接的控制，从而达到拥塞控制的目的。,本章小结,2023/10/18,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,基于市场供求平衡的网络价格控制,均衡状态时，资源配置最优，系统总效用最大。,价控策略,基于供求的经济模型的主要思想是：,以价格为杠杆调节网络资源分配，当供给大于需求时，价格下调，,刺激消费；当供给小于需求时，价格上升，抑制消费。直到系统达到,图3.1 价格策略函数曲线,(3.2),(3.3

5、),2023/10/18,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,需求反应函数,2023/10/18,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,数值例子及仿真结果,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,基于Nash平衡点的网络收益优化策略,2023/10/18,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,表3.1 N增加时各相关量的变化趋势,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,2023/10/18,第三章 市场供求原理在网络拥塞控制中的应用,本章小结,本章在分析了网

6、络价控中的供求平衡点之后将对策论中的Nash均衡理论同市场供求平衡原理相结合，可使用户达到系统所期望的运行点，从而使双方的利益趋于平衡。对抑制网络拥塞具有重要的现实意义。,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,网络模型描述,Johari 等将Kelly的原始算法离散化,(4.1),(4.2),图4.1 带延时的网络模型,2023/10/18,BACKGROUND,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,最大-最小Kelly算法(MKA),稳定的拥塞控制策略,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析

7、,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进

8、Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,数值仿真,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,2023/10/18,第四章 基于改进Kelly算法的拥塞控制策略的稳定性分析,本章基于Kelly 所提出的模型，针对网络中存在的往返传播时延将原有模型的参数做了两个改变。通过建立系统对称的Jacobian矩阵来分析使系统稳定时参数所应满足的取值范围。通过分析及仿真结果可知该算法可以很快达到稳定，有效地避免了网络发生拥塞的可能，对于高速网络来说，此种拥塞控制策略具有重要的现实意义。,本章小结,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,

9、2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法(PSMC-AQM),PSMC-AQM控制器设计,(5.8),2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,标记概率的实际意义,的限制式(5.11)的形式有助于启发,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,仿真分析,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,基于Kelly模型的终端滑模AQM算法(TSMC-AQM),终端滑模面

10、设计,。,终端滑模面的设计原则不是使其上的滑模运动渐近稳定，而是使其上的滑模运动在有限的时间内到达平衡点，从而提高路由器中队列长度向期望值收敛的速度，由于收敛速度得到了加快，因此必将提高拥塞控制的性能。,所设计的终端滑模面具有如下的形式,(5.17),其中：,，,，,均为大于零的常数，,和,为正奇数，且满足,。,当系统状态运动到该终端滑模面上时，,此时由式(5.17)能够得到下式,(5.18),将式(5.18)代入到式(5.5)中即得如下的滑模运动方程,(5.19),2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变

11、结构AQM算法,，,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,终端滑模AQM控制器的设计,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,2023/10/18,第五章 基于Kelly模型的滑模变结构AQM算法,本章小结,本章提出了有效的AQM控制方案。为了改善网络流量动态变化时的响应，采用基于Kelly比例公平模型的滑模控制器(PSMC)作为AQM控制器。终端滑模AQM控制器(TSMC)，通过设计一

12、个非线性的滑模面使路由器中的队列长度能够在有限的时间内到达期望值，并给出了这一时间上界的具体表达式，提高了队列长度的收敛速度。,2023/10/18,第六章 基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,对偶算法,2023/10/18,第六章 基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,稳定性分析,为了研究系统在平衡点附近的动态特性，考虑如下系统：,2023/10/18,第六章 基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,2023/10/18,第六章 基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,2023/10/18,第六章 基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,往返延时下的单链路多用户稳定性分析,2023/10/18,第六章 基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,(6.22),2023/10/18,第六章 基于对偶算法的拥塞控制策略全局稳定性分析,本章小结,通过建立Lyapunov函数，分别在考虑往返延时和不考虑往返虑延时的情况下分析了对偶拥塞控制算法的稳定性，并给出了系统稳定时参数所应满足的条件。通过稳定性分析可以很容易地确定系统的参数的选择，有效地控制了延时，避免了网络的拥塞。借助建立数学模型来分析网络系统的稳定性具有重要的现实意义。,2023/10/18,第七章 结论与展望,请各位评委老师批评指正!,