Реализация пропорционального интегрального контроллера - алгоритма активного управления очередями в средстве моделирования сетей NS-3

С развитием интернета трафик, который попадает на маршрутизаторы, постепенно растёт. В некоторый момент буфер устройства переполняется большим количеством поступающих пакетов, из-за чего теряется, возможно нужная, часть информации. Эта проблема вызывает и другие сложности, которые оказывают далеко не лучшие последствия на сеть. Возможным решением сложившейся ситуации является создание алгоритмов активного управления очередями (Active Queue Management, AQM), которые не допускают переполнения очереди маршрутизатора и откидывают пакеты на основании параметров работы. Таких алгоритмов несколько, и в данной работе рассмотрен один из основных - пропорциональный интегральный контроллер (Proportional Integral Controller). Для понимания, как устроен алгоритм, представлено теоретическое описание, формула, на основании которой не допускается переполнение буфера маршрутизатора, и непосредственно алгоритм пропорционального интегрального контроллера реализован в симуляторе сетей NS-3. В этой реализации содержится сам алгоритм и 3 cмоделированные среды с низкой и высокой нагрузкой на них. В результате выполненных действий получены графики размера очереди, сделаны выводы, насколько эффективен алгоритм в действии.

Proportional integral controller implementation - active queue management algorithm in NS-3 network simulators

With the development of the Internet, the traffic that enters the routers is gradually growing. The device buffer is overflowing with a large number of incoming packets, due to which a possibly necessary part of the information is lost. This problem causes other difficulties that have not the best consequences for the network. A possible solution to this situation is the creation of Active Queue Management (AQM) algorithms that do not allow the router's queue to overflow and discard packets based on operating parameters. There are several such algorithms, and in this paper one of the main ones is considered - the Proportional Integral controller (PI-controller). To understand how the algorithm works, a theoretical description is presented, a formula based on which the router buffer overflow is not allowed, and the Proportional Integral Controller algorithm is implemented in the NS-3 network simulator. This implementation contains the algorithm itself and 3 simulated environments with low and high load on them. As a result of the performed actions, graphs of the queue size were obtained, conclusions were drawn about how efficient the algorithm is in action.