无线Mesh网络中基于编码机会路由的传输技术研究

摘要

编码机会路由(NCOR)结合了机会路由(OR)与网络编码(NC)的优势，利用多径传输与网络编码技术缓解了无线链路丢包率高的问题，是提高无线Mesh网络吞吐率和可靠性的传输方案。由于编码机会路由依赖广播信道接入，在网络负载较高条件下隐藏节点问题愈发突出，一味增加节点的发送速率反而导致有效吞吐率下降。针对以上问题，本文对编码机会路由的应用场景进行了建模分析，并提出一种基于转发配额的优化方案。
　　首先提出了适用于802.11协议的广播信道竞争分析模型，通过Markov链建模的方法研究多个节点竞争网络带宽的规律，得出节点在饱和条件下保证一比一的公平性，在不饱和条件下能够满足实际带宽的结论。同时针对无线Mesh网络中存在的隐藏节点问题，分析了隐藏节点发送速率与分组冲突率的关系。
　　基于以上分析，提出了一种基于无线信道有效容量约束与NCOR流量约束的非线性的吞吐率最优化模型，给出了求解转发配额分配的方法，并加入速率控制机制，共同构成了优化后的编码机会路由协议OC-NCOR，从全局角度出发平衡各节点的实际发送速率和各个链路的投递成功率。
　　最后在NS2.34上模拟实现了OC-NCOR协议。具体研究了协议实现的若干细节，包括报文头部格式、关键控制流程、本地缓存结构以及编码解码算法。实验结果验证了OC-NCOR的有效性，表明OC-NCOR能够有效地提高吞吐率和减少转发次数。
　　本文提出的OC-NCOR较好的考虑了信道容量约束问题和隐藏节点问题，能够有效的降低传输成本，提高吞吐率，对于编码机会路由实际应用于无线Mesh网络具有较好的借鉴意义。

目录

声明

摘要

图索引

表索引

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 论文研究内容与主要工作

1．4 论文组织结构

第二章 研究基础

2．1 机会路由

2．2 编码机会路由

2．3 性能分析和理论建模

2．4 关键技术研究

2．5 本章小结

第三章 面向NCOR的广播信道接入分析

3．1 相关研究

3．2 802．11广播信道简介

3．3 数学模型

3．3．1 假设条件

3．3．2 M／M／1／K队列和二维Markov链模型

3．3．3 模型求解

3．4 仿真实验

3．4．1 实验配置

3．4．2 两节点实验结果

3．4．3 三节点实验结果

3．5 本章小结

第四章 面向NCOR的隐藏节点冲突概率分析

4．1 问题描述

4．1．1 问题定义

4．1．2 影响因素

4．2 理论分析

4．2．1 模型描述

4．2．2 单隐藏节点分析

4．2．3 多隐藏节点分析

4．3 实验验证

4．3．1 实验配置

4．3．2 单隐藏节点实验结果

4．3．3 双隐藏节点实验结果

4．3．4 多隐藏节点实验结果

4．4 本章小结

第五章 面向NCOR的转发配额优化方法

5．1 问题描述

5．2 系统模型

5．2．1 模型概述

5．2．2 模型求解

5．3 最大承载速率控制

5．4 本章小结

第六章 OC-NCOR的模拟实现和性能分析

6．1 协议概述

6．1．1 网络拓扑构建

6．1．2 分发转发配额

6．1．3 离散化转发控制

6．1．4 解码反馈

6．2 协议详细设计

6．2．1 系统架构

6．2．2 报文格式

6．2．3 流状态

6．2．4 关键控制流程的实现

6．2．5 网络编码模块的实现

6．3 OC-NCOR性能实验和结果分析

6．3．1 实验拓扑

6．3．2 三阶网格拓扑实验结果

6．3．3 四阶网格拓扑实验结果

6．3．4 五阶网格拓扑实验结果

6．3．5 跳数对性能的影响

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

作者简介