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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Projeto de controladores otimos para gerenciamento ativo de filas
Title Alternative: Design of optimal active queue management controllers
Author: Lima, Michele Mara de Araujo Espindula
Advisor: Fonseca, Nelson Luis Saldanha da, 1961-
Abstract: Resumo: A ocorrência de congestionamento degrada o desempenho das redes de computadores. Dentre as conseqüências negativas da sua ocorrência cita-se a diminuição da vazão, a perda de pacotes, e o aumento do atraso. Para prevenir e controlar o congestionamento, o protocolo Transmission Control Protocol (TCP) varia a taxa de transmissão de dados de acordo com o nível de congestionamento existente. As políticas de Gerenciamento Ativo de Filas, do Inglês Active Queue Management (AQM), monitoram o nível de ocupação das filas, afim de notificar o congestionamento incipiente aos nós emissores. Esta notificação é realizada através da marca¸c¿ao ou do descarte de pacotes. O sistema de controle de congestionamento em redes TCP/IP, pode ser visto como um sistema de controle por retroalimentação, no qual, a taxa de transmissão dos n'os fontes é ajustada de acordo com o nível de ocupação da fila. Os controladores para o gerenciamento ativo de filas determinam o valor da probabilidade de descarte ou de marcação, buscando a maximização da vazão e a minimiza¸c¿ao das perdas, garantindo, assim, a estabilidade do tamanho da fila independentemente das variações das condições da rede. Nesta tese, são utilizadas técnicas da teoria de controle ótimo para definir uma política ótima de gerenciamento ativo de filas, denominada H2-AQM. A principal característica da H2-AQM é o uso de controladores não racionais, superando-se, assim, a dificuldade de se incorporar no projeto do controlador a garantia de estabilidade em relação ao atraso da retroalimentação. Outrossim, a estabilidade e os objetivos de desempenho do sistema são completamente expressos e solucionados através de desigualdades matriciais lineares, permitindo que os parâmetros do controlador possam ser calculados através da solução de um problema convexo simples. Diferentes controladores operando no mesmo ponto de equilíbrio definem diferentes caminhos entre um ponto qualquer de operação do sistema e o ponto de equilíbrio. Por outro lado, o caminho percorrido para atingir a estabilidade depende dos objetivos usados para projetar o controlador. Nesta tese, é discutida, também, a escolha dos objetivos do projeto de um controlador ótimo para o gerenciamento ativo de filas. Os desempenhos dos diferentes controladores são avaliados e a eficácia do controlador que apresentou o melhor desempenho foi comparado com o desempenho das políticas RED e PI-AQM

Abstract: Congestion is one of the most significant problems in networking. When congestion occurs, the network performance degrades, leading to throughput decrease, delay increase and packet losses. In order to avoid congestion the Transmission Control Protocol (TCP) changes its transmission rate according to the level of congestion. AQM policies notify incipient congestion to TCP source by marking or dropping packets. In TCP/ICP networks, congestion control system can be viewed as a feedback control system in which the transmission rate of the sources are adjusted according to the level of congestion inferred by the queue occupancy. Controllers are responsible for determining the appropriate value of the dropping/marking probability values that stabilizes the queue size regardless of the network condition. In this thesis, optimal control theory is used to conceive an optimal AQM policy, called H2-AQM. The novelty of the proposed approach lies in the use of non-rational controllers that overcomes the difficulty of incorporating guarantees of the stability with respect to the delayed part of the system in the controller design. Furthermore, in the proposed approach stability and performance objectives are completely expressed as Linear Matrix Inequalities (LMIs), thus requiring the solution of a single convex problem for the computation of the controller parameters. Different controllers define different pathes for taking the system state to a target point of equilibrium. Moreover, the path depends on the objectives established for the design of the controller. In this thesis, a discussion on the design of AQM optimal controllers for optimal performance is also presented. The performance produced by different optimal controllers was investigated. The efficacy of the controller which presented the best performance was, then, compared to the performance of both RED and PI-AQM policies
Subject: TCP/IP (Protocolo de rede de computador)
Teoria do controle
Redes de computadores
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: LIMA, Michele Mara de Araujo Espindula. Projeto de controladores otimos para gerenciamento ativo de filas. 2005. 207p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/276334>. Acesso em: 5 ago. 2018.
Date Issue: 2005
Appears in Collections:IC - Tese e Dissertação

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