PID拥塞控制算法的设计与仿真实现(2)
1. 1 拥塞控制的基本思想
拥塞控制是要通过管理相互竞争的发送端,使其合理分享有限的传输带宽资源,有效避免拥塞的发生,抑制拥塞的发展.当拥塞发生时,能将网络从拥塞状态中恢复过来. 在正常情况下(即没有出现网络故障时),拥塞控制的目的是为了避免网络拥塞. 然而拥塞的发生往往不可避免,因此,拥塞控制的目标在于采用合理的算法与机制,以确保网络不因传入数据流过大耗尽网络资源节点而导致崩溃;对网络拥塞做出反应,最小化拥塞的强度、范围和持续时间.
因此,拥塞控制策略包括拥塞避免和拥塞控制2种不同的控制机制. 拥塞避免是“预防”机制,它的目标是避免网络进入拥塞状态,使网络运行在高吞吐量、低延迟的状态下. 拥塞控制是“恢复”机制,它用于把网络从拥塞状态中恢复出来. 在网络控制的研究中,拥塞控制和流量控制是网络的经典问题,但这两个概念容易混淆. 拥塞控制必须确保网络能进行数据传输,这是全局性的问题,涉及到所有主机、路由器以及所有其他导致网络负荷能力削弱的因素. 而流量控制只与发送者和接受者之间的点到点的数据传输有关,它的任务是确保一个快速发送方的发送速度不受影响.
1.2 队列管理
中间节点有2类和拥塞控制相关的队列算法：队列调度算法和队列管理算法。前者决定下一个要发送哪个包，主要用来管理各流之间带宽的分配；后者主要是在网络发生拥塞时通过丢包来管理队列长度目前的队列管理机制可以分为2大类：被动式队列管理PQM(Passive Queue Management)和主动式队列管理AQM(Active Queue Management)。
1．2. 1 被动式队列管理
被动式队列管理是对每个队列设置一个最大值(以包为单位)。然后接受包进人队列直到队长达到最大值．接下来到达的包就要被拒绝进人队列直到队长下降。这种技术也就是传统的“去尾”(drop tail)算法[ ]。
虽然“去尾”算法在当前Internet上得到广泛使用。但其存在几个重大缺陷[ ]。其中之一就是全局同步问题。由于Internet上数据量的突发性增长，到达路由器的分组往往是突发的 如果队列是满的或几乎是满的．就会导致在短时间内连续大量地丢分组。而TCP流具有自适应特性．发送端发现分组丢失就急剧地缩小发送窗口。分组到达速率就会迅速下降。于是网络拥塞得以解除．但发送端得知网络不再拥塞后又开始增加发送速度。最终又造成网络拥塞。而且这种现象常常会周而复始地进行下去．从而在一段时间内网络处于利用率很低的使用状态。降低了整个吞吐量．这就是所谓的TCP全局同步现象。
1．2．2主动式队列管理
主动式队列管理是核心路由器在拥塞发生之前。通过检测数据包的状态特征(比如分组标记、延时时间等)．按照一定的控制率主动的而非响应性的丢弃数据包 这使得路由器能够控制在什么时候丢多少包。从而有效地管理队列长度，以支持端到端的 拥塞控制。
Braden等人于1998年在IETF提出AQM的研究动议[ ]Floyd和Jacobson于1993年提出实现技术指标的RED算法[ ]。其基本思想是路由器通过监控队列的平均长度来探测拥塞 一旦发现拥塞逼近，就随机地选择源端来通知拥塞．使它们在队列溢出之前降低发送数据速率．以缓解网络拥塞 这主要是为了在到来的包之间均匀间隔地丢包．避免连续丢包．以消除对突发流的偏见和产生全局同步现象。研究最多、最根本、最重要的当属RED算法[ , , ]以及作为控制理论在网络拥塞控制中典型应用PI控制器[ , ]。现运用控制理论．本次设计将PID控制策略应用于此，是为了提高系统的稳定性和快速响应性。