周鑫——主动队列管理(AQM)

主动队列管理AQM主动队列管理（Active Queue Management，简称AQM）是一种网络流量管理机制，旨在减少网络拥塞并提高吞吐量和延迟性能。

AQM通过在网络交换机中实现一系列的算法和策略来控制数据包的传输和排队，以解决传统的传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）拥塞控制方法的一些缺陷。

一、AQM的背景与意义网络中的拥塞是指当网络中的流量量超过网络链路的吞吐能力时，网络出现堵塞的现象。

传统的TCP拥塞控制方法主要依靠丢包作为拥塞信号的指示，一旦丢包发生，TCP会减少发送速率。

然而，丢包并不能及时地反映网络的拥塞情况，且丢包发生后需要一定时间的恢复，导致了网络性能的下降。

AQM的提出旨在通过主动控制交换机中的队列长度，实时地反馈网络拥塞情况给数据源，从而减少队列中的排队延迟，提高网络的吞吐量和时延性能。

AQM的引入可以使得网络在拥塞发生前就采取一些措施，如主动丢弃数据包、降低发送速率等，以避免网络的拥塞现象。

二、AQM的工作原理AQM的工作原理可以总结为以下几个步骤：1. 检测队列长度：AQM通过周期性地检测队列的长度来获得拥塞信息。

当队列长度超过一定的阈值时，表示网络出现了拥塞。

2. 拥塞信号生成：一旦检测到网络拥塞的信号，AQM会根据一定的算法生成相应的拥塞信号。

常见的算法包括随机早期检测（Random Early Detection，RED）和随机早期丢弃（Random Early Drop，RED），它们分别通过计算数据包排队概率和随机丢包的方式来产生拥塞信号。

3. 拥塞信号传输：AQM将生成的拥塞信号传输到数据源或发送方。

这可以通过向数据源发送拥塞通知消息或降低数据包的传输速率来实现。

4. 数据源的拥塞响应：接收到拥塞信号的数据源或发送方会根据拥塞信号采取相应的措施以降低发送速率，从而减少拥塞现象。

三、AQM的优势与挑战AQM相对于传统的TCP拥塞控制方法具备以下优势：1. 实时性：AQM能够实时地反馈拥塞信息给数据源，数据源可以及时采取措施，从而降低了网络拥塞的发生概率。

几种典型主动队列管理算法Active Queue Management (AQM)算法是一种在网络路由器中使用的管理队列的方法。

它的目标是通过减少网络拥塞来提高网络性能，减少延迟和数据包丢失。

下面是几种典型的AQM算法：1. 随机早期检测（Random Early Detection，RED）：RED是最早的AQM算法之一，它基于网络中的拥塞情况来丢弃数据包。

RED通过随机选择和丢弃一部分数据包来避免队列过载。

当队列长度达到预定的最大值时，RED开始随机选择和丢弃部分数据包，这样可以提前检测拥塞并减少流量。

RED算法可以根据网络的需求进行调整，例如调整丢包概率和队列长度，以提供更好的网络性能。

2. 增量式RED（Incremental RED，iRED）：iRED是对RED算法的改进。

iRED使用流量计数器以及随机选择丢包的机制来判断网络拥塞情况。

iRED通过监控队列长度和流量大小的变化来调整丢包概率，以此提供更好的拥塞控制。

3. Proportional Integral (PI) Controller：PI控制器也是一种常见的AQM算法。

它基于控制系统理论中的PID控制器原理，并使用积分和比例控制来调整队列长度。

PI控制器根据网络拥塞程度，使用增加和减少队列长度的操作来控制网络中的流量。

这种方法可以根据实际情况进行调整，以提供较好的拥塞控制。

4. 预测性拥塞控制（Predictive Congestion Control，PCC）：PCC是一种基于机器学习的AQM算法。

它使用历史数据和机器学习模型来预测网络拥塞的发生。

PCC算法可以通过监控网络中的拥塞情况并调整流量来避免拥塞发生。

这种方法可以提前预测拥塞，并在拥塞前采取适当的措施，以减少延迟和数据包丢失。

5. 可变比重RED（Variable Packet Size RED，VPSRED）：VPSRED是一种改进的RED算法，它考虑了数据包的大小对拥塞控制的影响。

几种典型主动队列管理算法主动队列管理（Active Queue Management，AQM）算法是网络中用于解决拥塞问题的一种方法。

AQM算法旨在控制路由器或交换机上的队列长度，以避免拥塞的发生。

下面将介绍几种典型的AQM算法。

1. Drop Tail：Drop Tail是最简单的AQM算法之一、在Drop Tail算法中，当队列满时，路由器直接丢包。

这种算法简单直接，但它容易造成拥塞窗口的剧烈抖动。

当队列满时，所有的数据包都会被丢弃，这会导致发送端认为网络出现了丢包并将窗口减小，从而在网络中形成一个震荡现象。

2. Random Early Detection（RED）：RED算法是一种基于概率的AQM算法。

在RED算法中，当队列的长度超过一定阈值时，根据概率丢弃数据包。

这个概率与队列长度成正比，队列越长，丢包的概率越高。

这种算法可以有效地控制队列的长度，并且能够根据网络的负载进行自适应调整。

3. Weighted Random Early Detection（WRED）：WRED算法是RED算法的扩展版本，它引入了一定的服务质量（Quality of Service，QoS）机制。

WRED算法根据数据包的不同类型和优先级来设置不同的阈值和丢包概率。

例如，对于延迟敏感的数据包，WRED算法可以设置较低的阈值和较低的丢包概率，以保证其及时传输。

4. Random Early Detection with Classic Marking (REM)：REM算法是RED算法的改进版本，它引入了经典标记机制。

在REM算法中，当队列的长度超过一定阈值时，数据包不会立即被丢弃，而是通过一个标记机制标记为丢失概率大于零的数据包。

发送端接收到标记的数据包后，将根据标记的概率进行重传。

这种算法可以减少重传次数，提高网络的性能。

5. Controlled Delay：Controlled Delay算法是一种以减少延迟为目标的AQM算法。

Ad hoc网络PID主动队列管理
胡为民;陈亮
【期刊名称】《南通纺织职业技术学院学报》
【年(卷),期】2008(008)002
【摘要】主动队列管理(AQM)的PI算法可以有效控制Ad hoc网络的瓶颈节点队列长度,但随着移动节点的增加.PI算法的调节时间明显增加,进而影响控制效果.而PID的微分环节可以加快系统稳定过程.从而收到更好的控制效果.针对Ad hoc网络的多跳、时滞特点,根据时延无线网络中的稳定性特点,分析、整定了PID控制器,分别给出了大时延下PI和PID算法的队列长度控制效果.通过Matlab和NS2仿真.相比PI算法,PID可减少调节时间,提高了队列控制效果,为进一步优化、设计基于控制理论的主动队列管理算法提供了基础.
【总页数】4页(P6-9)
【作者】胡为民;陈亮
【作者单位】南通纺织职业技术学院,南通,226007;南通纺织职业技术学院,南通,226007;南京理工大学计算机学院,南京,210094
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.Ad Hoc网络单神经自适应PID主动队列管理 [J], 孙慧玉;姜文刚
2.稀疏车辆Ad Hoc网络中基于受控机制的自适应Epidemic路由算法 [J], 苏春
波;徐家品
3.应用于Ad Hoc网络TCP/AQM的神经网络PID控制器优化设计 [J], 胡为民;陈亮
4.Ad hoc网络主动队列管理分析 [J], 陈亮;张宏;胡为民
5.一种新的Ad Hoc网络主动队列管理方法 [J], 段谟意
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主动队列管理中PID控制器的解析设计方法
杨吉文;顾诞英;张卫东
【期刊名称】《软件学报》
【年(卷),期】2006(17)9
【摘要】主动队列管理(active queue management,简称AQM)是一个非常活跃的研究领域.作为对终端系统上拥塞控制的一种补充,中间节点的AQM策略在保证较高吞吐量的基础上可以有效地控制队列长度.基于TCP/AQM控制论模型,使用H(最优控制理论,以解析的方法设计了新型PID控制器.该控制器的特点是:控制器由单参数调节,可以方便地实现系统标称性能和鲁棒性能的折衷.通过NS仿真并与其他算法相比较,验证了所设计的控制器的性能.结果显示,所设计的PID控制器性能优于其他算法.
【总页数】7页(P1989-1995)
【作者】杨吉文;顾诞英;张卫东
【作者单位】上海交通大学,自动化系,上海,200030;上海交通大学,自动化系,上海,200030;上海交通大学,自动化系,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.实验反应堆功率调节系统PID控制器的解析设计方法 [J], 褚新元;李富;黄晓津;张良驹
2.满足相位裕度的PID控制器解析设计方法 [J], 唐建国;唐枋
3.主动队列管理中的PID控制器 [J], 任丰原;王福豹;任勇;山秀明
4.主动队列管理中的APD和APID控制器的设计 [J], 蔡小玲;汪小帆;王执铨
5.单神经元自适应PID控制器在主动队列管理中的应用 [J], 李春来;童耀南
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参数自适应的随机早期检测算法
姚亮;卢辉斌
【期刊名称】《计算机工程与设计》
【年(卷),期】2008(29)1
【摘要】主动队列管理(AQM)算法是最近网络拥塞控制研究的重点,随机早期检测(RED)算法作为 AQM 算法的代表受到广泛的关注.分析了随机早期检测算法的原理和局限性,针对 RED 算法参数配置困难的问题,提出了一种参数自适应的随机早期检测算法.该算法能够根据网络负荷的变化动态的调节 RED 算法的参数,从而能够在突发业务下对拥塞做出及时有效的反应.通过仿真表明该算法能够有效地降低丢包率,降低数据包排队延时,提高了 RED 算法的网络适应性.
【总页数】3页(P86-88)
【作者】姚亮;卢辉斌
【作者单位】燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.01
【相关文献】
1.一种分段平滑的随机早期检测队列管理算法 [J], 赵宇红;白雪冰;张晓琳
2.一种分段平滑的随机早期检测队列管理算法 [J], 赵宇红;白雪冰;张晓琳;
3.随机早期检测算法的分析与改进研究 [J], 朱毅;吴昕
4.随机早期检测算法的改进算法——基于输入补偿的比例微分控制算法 [J], 丁操;章奕
5.基于路由队列资源自适应的非线性随机早期检测算法 [J], 杨晓亚;何万生
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