Responsible for this page: Automatic Control , AC_at_isy.liu.se
Page last update:

[ Go to content ] [ Help ] [ Information about accessability ]
På svenska
Go to
LiU.se
LiU - ISY > Automatic Control > Publications Database

On Modeling and Control of Network Queue Dynamics

Author: F. Gunnarsson
Published: Licentiate Thesis no. 1048, Oct 2003.
Research area: Applications
Keywords: modeling, control, internet, nonuniform sampling, frequency ananlysis

Download:
Thesis as PDF (878 kbytes)

Abstract:
Internet flow control algorithms used today are separately designed and tuned for outdated setups and traffic mixes. Differnet algorithms exist in both end nodes an core routers of a network. This work presents improved techniques for network flow control. The solutions are adaptive and scalable to account for changing network structures and shifts in the traffic mix. The flow control is performed at the network routers by adaptive queue management. The problem is identified to be a control problem, which requires dynamic models to base control design on. System identification and automatic control are used to design adaptive queue management techniques. It is shown that biased autoregressive models of the queue length dynamics capture the main dynamics. The throughput is increased and the oscillations damped by using knowledge from the model, in the control.

The techniques for adaptive queue management are triggered by packet arrivals, which indicate nonuniform sampling rather than uniform. Techniques for modeling dynamics based on nonuniform samples are discussed. Accurate approximations of the signal spectra can be used to adopt continuous time models. Approximations of the Fourier transform based on nonuniform samples are developed and evaluated.

Continuous time models can be identified using standard identification techniques, from nonuniformly sampled data. Some of the considerations that has to made are presented. Filtering at nonuniform sample times is also discussed.

There exist many control problems on different levels in a network. An overview of network control is given, based on available specification. The control problems are also presented using block diagrams and connections between the problems are highlighted. It is shown that, is important to consider the structure of underlying network control when design is done.

Extra information:

In print
The thesis is available in print from the author.

Errata
A few small errors have been found and listed in the errata. Additonal typos will be included when noticed.

Presentation
The slides, in swedish, from the presentation can be downloaded.

På svenska

    Titel
    Reglering och modellering av ködynamik i nätverk

    Sammanfattning
    Internet är ett komplext kommunikationssystem som började byggas i slutet på 1960-talet. Det är uppbyggt av lager med funktionalitet för att underlätta för ny design. Varje lager är avskärmat från över och underliggande lager och har hand om en specifik del av kommunikationen. Data på internet skickas paketvis och varje paket är individuellt, endast vid sändare och mottagare finns paketen med säkerhet i rätt ordning. Flera regler finns för att kommunikationen ska vara så bra, snabb och säker, som möjligt. Dessa regler är i många fall kvarlevor från Internets tidiga dagar och forskare världen över arbetar med förbättringar på olika plan.

    Avhandlingen börjar med en översikt om hur reglerteknik kan användas på Internet både på hög och låg nivå. Detta synsätt används sedan för att förbättra prestanda i en kö på nätverket, genom att hitta samband för hur kön uppför sig och utifrån dessa ta beslut om ett paket som just anlänt ska kastas eller inte. Detta ger resultat på grund av att avsändaren till paketet kommer att sänka sin sändhastighet när sändningen inte lyckades, därför dämpas också inhastigheten till kön.

    Köregleringen på Internet ger upphov till flera nya problem, bland annat på grund av att paket inte anländer i regelbunden takt utan tiden mellan deras ankomst varierar slumpmässigt. Avhandlingen behandlar matematik för ickelikformig sampling, som dessa slumpmässiga ankomster ger upphov till. Detta görs för att kunna använda den designade tekniken i en verklig Internetkö, samt för att utveckla den allmänna teorin på området.

Bibentry:

@PhDthesis{Gunnarsson:03ca,
    author = "Gunnarsson, Frida",
    title = "On Modeling and Control of Network Queue Dynamics",
    school = "Department of Electrical Engineering, Link{\"{o}}ping University",
    year = "2003",
    month = Oct,
    address = "SE-581 83 Linköping, Sweden",
    note = "ISBN 91-7373-764-X",
    type = "Licentiate Thesis no. 1048",
}