基于TCP/AQM的离散滑模控制器设计_

基于TCP/AQM的离散滑模控制器设计
摘要：基于网络拥塞控制有效的主动队列管理算法(AQM)，设计了一种鲁棒的离散滑模控制器（DSMC）。针对实际网络中离散化的采样系统和定期更新等运行特点，将TCP动态拥塞窗口模型离散化，考虑该模型存在的网络延迟及流量扰动等参数不确定等特点，采用鲁棒性较好的滑模控制器。在控制器的设计中，构造了包含起始点滑模面，缩短到达时间；假设不确定扰动的最大上界，采用等效控制设计控制律；然后给出了系统的稳定性分析。仿真结果表明该控制器能够获得较快的响应速度和稳定的队列长度，在网络参数变化时仍能获得很好的鲁棒性。
关键词：拥塞控制；离散滑模控制；鲁棒性；扰动
在Internet中，网络拥塞导致网络性能下降，增大了网络传输数据的延时和包丢失率以及由包丢弃网络反复重发包所带来的资源浪费，严重将造成网络坍塌，无法正常的传送数据。目前TCP/IP协议中解决网络拥塞的主要途径是采用主动队列管理(AQM)。主要设计思想是将链路拥塞信息
与源端共享，源端根据丢包率或者信息位状态预测即将到来的拥塞，从而降低其发送速率，避免了网络拥塞。但是网络拥塞控制中存在太多的不确定因素，如网络连接数的不固定而造成的流量的扰动等，因此控制器的设计尤其要考虑鲁棒性。滑模控制(SMC)以其对于不确定项和干扰具有很强的鲁棒性[2]的特点，被广泛用于解决非线性控制问题。SMC在网络拥塞控制中已有成功的应用。更是针对连续的网络模型来设计响应速度快，鲁棒性强的控制器，然而在实际网络系统中，采样系统需要控制器的离散形式，为此本文在算法设计引入离散时间系统，同时在SMC全局设计中考虑不确定项及干扰，采用等效控制加以处理，从而增强了系统的稳定性。
近年来，随着计算机技术的高速发展，越来越多的系统正采用数字化控制器。实际网络中，计算机系统是采用离散化的采样系统，网络数据的更新也是采用定期更新的形式，因此应采用离散滑模控制，否则当采用数字计算机来实现滑模控制时，由于有限的采样频率限制，不仅会在滑动模态产生抖动，而且会使原本在连续系统中稳定的滑动模态变为不稳定，连续系统的理想鲁棒性也将不再存在。因此，研究离散时间系统的滑模控制问题，具有重要的理论和实际意义。
本文研究了一类TCP/AQM离散时间系统的鲁棒滑模控制器的设计问题。在控制器的设计中，滑模面的选取方法，采用使系统运动开始便落在理想滑动模态上，缩短了到达时间；控制率设计考虑不确定扰动项的最大界，采用等效控制增强了系统的鲁棒性。仿真结果表明DSMC能够获得较快的瞬态响应和较小的稳态误差。相对应于不确定的网络系统有较小的分组丢失、较高的链路利用率以及较小的队列波动。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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