Controle de congestionamento em redes TCP/IP: uma abordagem via LMI

Abstract

Neste trabalho, é realizado o estudo e a implementação de Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs) no projeto dos controladores Proporcional Integral (PI) e Detecção Preventiva Aleatória (RED), quando esses são aplicados no Gerenciamento Ativo de Fila (AQM) de uma rede de computadores. As LMIs são construídas observando-se a minimização dos critérios de desempenho H ¥ para sistemas com atraso, os quais garantem a estabilidade assintótica do sistema estudado. Como o protocolo de transporte TCP é o que incorpora o AQM nos seus serviços de entrega confiável de dados, ele foi escolhido para interagir com os mecanismos de gerenciamento ativo de fila que estão sendo propostos. O modelo do TCP é desenvolvido baseado na análise de fluxo-fluído e na teoria de Equações Diferenciais Estocásticas (SDEs), já para o modelo do AQM são utilizadas as respectivas funções de transferência dos controladores PI e RED. Para comparar a eficácia da técnica de projeto através das LMIs, os controladores também foram projetados através de técnicas da Teoria de Controle Clássico e um estudo comparativo entre esses métodos é apresentado. As performances dos controladores, verificadas e comparadas usando-se o simulador de redes NS-2, mostram que os métodos são equivalentes, e que o PI é menos sensível do que o RED na presença de variações nos parâmetros da rede como número de sessões, atraso de propagação e capacidade do enlace. In this work, Linear Matrix Inequalities (LMIs) are used to design the Proportional Integral (PI) and the Random Early Detection (RED) controllers when them are applied in the Active Queue Management (AQM) of networks. The LMIs are built observing the H ¥ performance criteria, to systems with delay, which assure the asymptotically stability of the studied system. As the Transmission Control Protocol (TCP) incorporates the AQM policy in its services of trustworthy delivery of data, it was chosen to interact with the mechanisms of active queue management that are being considered. The TCP dynamic model is based on fluid-flow and Stochastic Differential Equations (SDEs) analysis, and to the AQM model is used the respective transfer functions of controllers PI and RED. To prove the effectiveness of the design technique with LMIs, the controllers were also configured through techniques of the Theory of Classic Control and a comparative study between these methods is presented. The performance of the controllers, verified and compared using the network simulator NS-2, show that the methods are equivalents, and that the PI is lesser sensitive than RED in the presence of network parameter variations such as load factor, round-trip time and link capacity.