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通信网络拥塞控制的PID算法及其参数整定研究

作　者: 张志鹏
导　师: 陈虹
学　校: 吉林大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 网络拥塞控制 PI算法 PID算法 P-Fuzzy PID算法参数整定
分类号: TP393.07
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文首先介绍了互联网拥塞控制机制。根据其实现位置不同,网络拥塞控制算法分为两大类:源端拥塞控制算法(TCP拥塞控制)和路由器IP拥塞控制算法。并且重点介绍了RED等主动队列管理算法。其次,本文基于V.Misra等人建立的TCP连接上拥塞窗口的动态模型,研究了PI算法和PID算法。通过双线性变换法得到了PI和PID控制器的离散模型。采用二阶最优模型理论对PI算法参数进行配置;采用稳定裕度理论对PID算法参数进行配置。利用网络仿真软件NS2对两种算法的性能进行了仿真分析,实验结果表明PI算法新参数配置比默认参数配置能更快调节瞬时队列长度到期望值附近,且丢包率较低,但是当时延增大时,队列抖动较大。而PID算法在较大时延时依旧能保持队列的稳定,丢包率也小于PI算法,但在重负载环境下效果较差。最后,本文将PID算法和模糊控制的优点相结合,提出并设计了P-Fuzzy PID算法。其设计思路是,在大误差时使用P控制器,参数配置主要考虑响应速度,使得误差迅速减小。在误差达到指定阈值时,使用开关切换到模糊PID控制器,实现暂态过程时的快速性和稳定性,并获得优秀的稳态性能。通过仿真分析可知,对于负载及时延多变的网络环境,其适应性较强,能迅速将瞬时队列长度调节到期望值附近,丢包率较低。尤其在重载环境下,其性能明显优于PID算法。

全文目录

提要  4-7
第1章绪论  7-13
  1.1 引言  7-9
  1.2 网络拥塞控制的研究现状  9-10
    1.2.1 基于源端的控制策略  9-10
    1.2.2 基于通信子网的拥塞控制策略  10
  1.3 TCP/IP 拥塞控制存在的问题  10-11
  1.4 主要研究内容及内容安排  11-13
第2章互联网拥塞控制机制  13-25
  2.1 拥塞控制机制  13-14
  2.2 TCP 拥塞控制策略及发展  14-17
    2.2.1 基本概念  14-15
    2.2.2 TCP 拥塞控制的基本算法  15-17
    2.2.3 TCP 拥塞控制算法的发展  17
  2.3 IP 路由端拥塞控制策略及发展  17-24
    2.3.1 队列调度算法  18-19
    2.3.2 队列管理策略  19-20
    2.3.3 随机早期检测算法RED 及其改进算法  20-22
    2.3.4 REM 算法  22
    2.3.5 PI 算法  22-23
    2.3.6 AQM 算法的优点  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 PI 和PID 算法参数整定的研究  25-43
  3.1 网络动态模型的建立  25-28
  3.2 PI 算法的参数整定  28-34
    3.2.1 PI 控制器模型  29-30
    3.2.2 基于二阶最优模型的参数整定  30-31
    3.2.3 算法仿真结果分析  31-34
  3.3 PID 算法的参数整定  34-42
    3.3.1 PID 控制器模型  34-37
    3.3.2 基于稳定裕度的参数整定  37-39
    3.3.3 算法仿真结果分析  39-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 P-Fuzzy PID 多模式算法的研究  43-61
  4.1 模糊数学理论  43-47
    4.1.1 模糊集理论的产生与发展  43-44
    4.1.2 模糊理论的几个重要概念  44-46
    4.1.3 隶属度函数的确定方法  46-47
  4.2 模糊控制理论  47-50
    4.2.1 模糊控制的基本原理  47-48
    4.2.2 模糊控制算法的实现方法  48-50
  4.3 多模式算法设计  50-59
    4.3.1 多模式控制器模型  50-51
    4.3.2 模糊控制器的设计  51-55
    4.3.3 算法仿真结果分析  55-59
  4.4 本章小结  59-61
第5章结束语  61-63
  5.1 结论  61
  5.2 研究展望  61-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
摘要  69-72
Abstract  72-74

通信网络拥塞控制的PID算法及其参数整定研究

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