基于排队论的Ad Hoc网络性能分析

摘要

Ad Hoc网络是由一系列具有主机和路由器功能的节点组成的多跳、没有固定基站和控制中心的、可以快速临时自动组网的自治网络系统。它采用分布式管理方法，具有组网迅速、灵活、不受有线网络约束等特点，被广泛应用于军事行动、紧急搜索、地震、水灾或偏远地区的灾难救援行动等多种场合，而且它也可以作为无线接入网，与现有的无线网络或有线网络进行融合。因此它具有非常广阔的应用前景，Ad Hoc网络技术已被认为是未来移动通信技术的核心组成部分之一。本文从Ad Hoc网络研究领域中的接入协议出发，分别研究了单跳Ad Hoc网络的马尔科夫链模型、建模时应该考虑的因素以及单主机多电台网络节点的性能等问题。 本文首先对Ad Hoc网络的概念、特点及研究的关键技术和应用领域等相关问题进行了阐述。由于无线Ad Hoc网中的MAC协议主要是IEEE 802.11标准中的DCF，因此我们对IEEE 802.11协议及其一系列标准协议进行了简单的介绍。在此基础上，紧接着对IEEE 802.11 DCF协议进行了建模分析，该模型充分考虑了AdHoc网络节点的特点，给出了节点的马尔可夫链状态图，然后对单跳Ad Hoc网络节点的吞吐量和端到端的时延模型进行了推导。为了证明所建模型的有效性，我们对单跳Ad Hoc网络进行了仿真试验，结果表明理论值和实验值十分相近，这说明了建立的模型是可信的。 其次，以OPNET Modeler软件为例，我们对Ad Hoc网络的仿真进行了比较详细的介绍。对比了节点运动速度和方式、节点密度和环境不同的情况下，网络性能参数吞吐量和时延的变化规律，说明了建模过程中应该予以考虑的重要因素。 最后，我们对目前单主机单电台的Ad Hoc网络节点进行了扩展，对节点是单主机多电台的Ad Hoc网络进行了建模和分析。在经典的排队系统模型基础之上引入多优先级、多服务台因素和AQM队列管理机制，得到了一个新的系统模型，并推导出了系统的总体性能指标平均队长、吞吐量、丢包率和平均等待时间，随后的数值分析进一步说明了服务台个数和各性能参数之间的关系。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1 Ad Hoc网络概述

1.1.1 Ad Hoc网络的发展及其意义

1.1.2 Ad Hoc网络的特点

1.2 Ad Hoc网络的关键技术及要解决的问题

1.3 Ad Hoc网络的应用领域

1.4本文主要内容及安排

第2章单跳Ad Hoc网络性能分析

2.1简介

2.2 IEEE802.11协议介绍

2.2.1分布式协调功能DCF

2.2.2点协调功能PCF

2.2.3 IEEE 802.11协议族

2.3网络模型假设

2.4 Ad Hoc网络节点的马尔可夫模型

2.4.1节点状态图

2.4.2吞吐量分析

2.4.3时延分析

2.5本章小结

第3章单跳Ad Hoc网络性能模型的数值分析

3.1吞吐量

3.2时延模型验证

3.3本章小结

第4章基于OPNET的Ad Hoc网络建模

4.1 OPNET Modeler软件特点

4.2 OPNET建模概述

4.2.1 OPNET Modeler的三层建模机制

4.2.2无线信道建模

4.3 Ad Hoc网络的节点模型

4.3.1 Wireless_lan_mac进程模型

4.3.2 Ad Hoc网络的拓扑结构和网络参数的设置

4.3.3场景参数设置

4.3.4网络性能评估参数

4.3.5实验环境

4.4本章小结

第5章多电台Ad Hoc网络节点排队性能分析

5.1 Ad Hoc网络节点分类

5.2通信网中信息流的特点及解决方法

5.3排队模型的建立

5.4模型的数值分析

5.5本章小结

结论分析与展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录