无线Ad Hoc网络速率自适应技术研究

摘要

随着互联网技术的不断普及,人们对无线移动网络的需求逐渐增加。凭借其架设简单、快捷等优点,Ad Hoc网络广泛应用于一些不宜或者无法建立基础设施的地方,如移动会议、抢险救灾、行进中的队伍等。作为无线局域网 MAC层和物理层的标准协议,IEEE802.11在物理层使用多种调制和编码技术,能够提供多种传输速率。而媒体接入控制层没有规定相应的速率切换策略,因此速率自适应选择算法成为目前研究的一个重要方向。
　　本文详细分析了几种经典的速率自适应算法,如 ARF协议根据成功接收的ACK帧数目判断信道状态;RBAR协议利用 RTS帧估计信道质量;OAR和 AAR协议充分利用高质量信道连续传输多个分组;RRAA协议在统计窗口内根据误帧率大小进行速率选择。在分析各算法的核心思想以及各自优缺点的基础上,从提高网络的吞吐量、合理公平分配网络资源等两方面对无线 Ad Hoc网络速率自适应技术进行了重点研究,针对 RBAR算法存在的缺陷以及无线网络的TCP性能较差问题提出了改进和解决方案。主要工作如下:
　　(1)本文在研究速率自适应技术的基础上,通过分析吞吐量与发送速率的关系,对基于接收端的自动速率算法(RBAR)进行了改进,提出了一种以无线信道的误码率和 TCP吞吐量值作为参数选择速率的方案,该方法通过及时更新帧中的NAV向量来传递速率信息,没有对标准协议进行改动。而且能实现分段速率自适应,使得协议能更强地适应快速变化的无线信道。通过 NS2仿真实验验证,该改进方案与 RBAR、ARF协议相比较,在吞吐量性能方面有较大提高。
　　(2)由于无线通信环境的时变特性以及节点的竞争接入,导致无线 Ad Hoc网络性能较差,容易产生拥塞。传统分层结构不能保证合理利用网络的最佳资源和满足用户不同业务的QoS需求。因此,文章提出了一个以网络效用最大化(NUM)为目标的跨层协作优化策略,该方法通过把物理层、MAC层、网络层和传输层联合起来,利用凸优化方法和共享拥塞代价信息进行速率控制和链路接入竞争。协议栈各层在相互共享信息的基础上,充分利用各层网络资源。从仿真结果来看,此算法能够快速收敛得到最优的链路接入概率和传输速率解,最大限度地提高了网络的整体吞吐量。

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第一章 绪论

1.1 无线 Ad Hoc 网络及其关键技术

1.2 研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要内容和章节安排

第二章 IEEE802.11 协议与速率自适应机制

2.1 IEEE802.11 标准简介

2.2 IEEE802.11 标准的 MAC 层

2.3 速率自适应技术基础

2.4 本章小结

第三章 基于 TCP 吞吐量的 MAC 层速率自适应算法

3.1 吞吐量与发送速率的关系

3.2 算法介绍

3.3 仿真实验及性能分析

3.4 本章小结

第四章 基于跨层设计的 Ad Hoc 网络速率自适应拥塞控制策略

4.1 Ad Hoc 网络中 TCP 存在的问题及改进措施

4.2 跨层设计与 NUM

4.3 基于网络效用最大化的跨层设计

4.4 仿真实验

4.5 本章小结

第五章 结论

5.1 论文总结

5.2 工作展望

参考文献

在校期间发表的学术论文

致谢