以TCP/IP为基础的互联网在过去的二十年中取得了巨大的发展，网络规模和用户数量都呈爆炸式的增长。随着网络应用的不断深入，人类已经进入了一个以网络为基础的信息时代。拥塞是一种无法完全避免的基本网络现象，严重的拥塞会造成传输时延，传输速率和吞吐量等性能指标的恶化。拥塞控制机制作为保证网络高效运行和鲁棒性的基础一直是网络研究的重要课题。拥塞控制算法根据实施的位置可以分成两种：位于源端的传输控制协议(TransmissionControlProtocol，TCP)和位于路由器上的主动队列管理算法(ActiveQueueManagement，AQM)。 从时间和空间上来说互联网的拥塞控制系统都是非常复杂的，传统的研究是基于随机理论和排队论来对系统进行建模与分析。近年的网络实测和仿真数据研究表明，网络中会出现自相似(分形)和混沌等复杂的确定性非线性现象，因此用非线性动力学来分析可以预期得到比传统随机理论和排队论的分析更精确的结果。而且它可以更准确地揭示网络中非线性现象产生的原因，这对于网络拥塞控制系统的建模、控制以至大规模网络的仿真都是非常关键的，具有十分重要的理论意义与应用价值。本文的主要研究内容也正是在TCP-AQM拥塞控制系统中寻找这些非线性现象，并从非线性动力学的角度对其进行分析和控制。 本文的主要内容和成果总结如下：①我们通过混沌时间序列分析技术研究了一种源端运行TCP拥塞控制算法，路由器端运行随机早期检测(RandomEarlyDetection，RED)队列管理算法的拥塞控制系统。相空间重构生成的吸引子和混沌不变量指标的计算表明该系统在一定参数配置下会出现混沌现象。在此基础上，本文同时从常规网络指标(吞吐量、丢包率)和非线性动力学指标(最大Lyapunov指数、Hurst系数)这两方面，比较了不同配置下TCP-RED和TCP-ARED(AdaptiveRED，自适应随机早期检测)拥塞控制系统的性能，结果表明ARED算法比RED算法有更好的性能。 ②研究了一种简化的互联网拥塞控制系统离散模型的分叉与混沌行为，通过选择增益参数和源端数量作为分叉参数，证明了模型会出现倍周期分叉，并研究了分叉的稳定性。在单源端单瓶颈链路的条件下，得出了Li-Yorke意义下的混沌出现的充分条件。研究还发现通过限制源端发送速率的幅值可以控制其混沌行为。 ③针对网络拥塞控制系统中存在的分叉与混沌现象，本文将混沌控制中时延反馈方法引入拥塞控制算法中，设计并分析了3种改进的RED算法：基于时延状态反馈的RED(RED-SDFC)、基于标准时延参数反馈的RED(RED-DFC)和基于改进时延参数反馈的RED(RED-MDFC)。在TCP-RED拥塞控制系统离散模型的基础上，通过对模型的稳定性和分叉分析，以及不同配置下ns-2仿真研究的结果表明：改进的RED算法，特别是基于改进时延参数反馈的RED算法，能够提高拥塞控制系统的稳定性，并具有更高的吞吐量和更低的丢包率。提出的这些改进RED算法可以方便的在商业路由器(如CISCO的路由器)上实施。 ④根据常规主动队列管理算法缺乏控制参数自适应机制的情况，本文提出用实时自适应的混沌控制方法(RTAMI算法)来改进RED算法以增强系统稳定性。分叉分析和数值仿真结果表明：在系统参数变化的情况下，RED-RTAMI算法能够控制住TCP-RED模型的分叉与混沌现象。在有UDP(UserDatagramProtocol)流的情况下，数值仿真表明RED-RTAMI算法也能控制住拥塞系统的混沌现象。