无线自组织网络TCP容量优化与时延模型的研究

摘要

无线自组织网络(WirelessAdhocNetwork)是一个由移动主机组成的，没有任何基础设施或集中管理的临时网络。无线adhoc网络中的每个节点都可以充当一台主机或者一个路由器。由于传输距离的限制，移动主机需要互相配合，以将数据包发送到目的地。此外，无线adhoc网络还具有其他的特点，如无线信道的共享，节点频繁移动造成的不可预知的路由失败，以及随机的信道错误，这些都不同于传统的有线网络。作为支撑传输层的重要协议，TCP最初是在有线网络中设计的，并没有考虑上述特点，所以研究更加适合于无线自组网的TCP协议是保证无线自组织网络性能的关键问题。
　　 本文针对TCP在无线adhoc网络中的工作特性，关注无线adhoc网络节点的竞争问题，并着重于通过对无线网络时延成分的剖析来解决两方面的问题：分析竞争时延对BDP计算的影响，准确计算在adhoc网络中的BDP，解决TCP拥塞窗口增长过速(CWNDovershooting)的问题，从而提高adhoc网络的性能；同时，增加从竞争的角度对丢包的分析，考虑反映网络中不同丢包原因和源端的相互作用，从而建立了更为准确和符合adhoc网络实际情况的时延模型。本文的主要研究如下：
　　 (1)带宽时延积(BDP)是衡量一个连接最多可以容纳的数据量的重要指标。在无线adhoc网络中，数据包在竞争信道的这段时间内是被阻塞的，因此这部分的时延并不能反映网络的承载能力。如果我们仍然采取原有的总的时延来计算BDP，并用其反映网络状态，将会使整个网络负荷过重，同时还会出现拥塞窗口过速增长的问题。在本文中，我们提出了一种新的方法，能够准确地测量拥塞单跳时延和拥塞往返时间（RTT），它们是刨除竞争时延后的部分，并利用测量的时延计算出更准确的BDP。同时，我们基于BDP找到更合适的拥塞窗口的上限，以消除拥塞窗口增长过速的问题，并提高吞吐量。
　　 (2)在无线adhoc网络中，丢包产生的原因除了包含队列的尾部丢包之外，还可能是由信道随机的错误和竞争导致的丢包。传统的研究并没有意识到这些不同的丢包原因对无线adhoc网络时延产生的不同影响，同时还忽略了源节点和网络之间的相互作用。此外，传统的网络模型仅仅考虑瓶颈链路，而未能考察整个路径上的所有链路。在本文中，我们提出了包括TCP源模型和网络模型的端到端时延分析模型。在TCP源模型中，我们提出了一个反馈式的TCP模型，根据不同的丢包原因可以调整端到端时延估计。在网络模型中，我们加入竞争时延以反映无线adhoc网络的特点，并且使用了开放的杰克逊排队网络，以达到可以在无线丢包假设下的，沿整个路径进行网络建模的目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 TCP协议在无线ad hoc网络中的关键问题

1．2 无线自组网网络容量和模型研究概况

1．3 本文的研究内容

1．4 本文的论文组织结构

第二章 TCP协议在无线自组网中的问题以及相关工作

2．1 TCP协议简介

2．2 TCP的BDP以及基于BDP拥塞控制在无线自组网中的研究

2．3 TCP模型的研究概况

第三章 基于准确的带宽时延积的TCP拥塞控制

3．1 背景介绍

3．2 相关时延的测量以及BDP的计算

3．2．1 无线自组织网络中单挑时延的划分以及时延的测量

3．2．2 无线自组织网络中准确的带宽时延积的计算

3．3 利用基于BDP的TCP最优拥塞窗口上限(OCWL)的拥塞控制

3．3．1 拥塞窗口过速增长以及网络超负荷的问题

3．3．2 基于BDP的TCP最优拥塞窗口上限的拥塞控制

3．4 OCWL在NS2中的实验仿真

3．4．1 链式拓扑

3．4．2 网格拓扑

3．4．3 随机动态拓扑

3．4．4 拥塞协议的公平性评测

3．5 总结

第四章 Ad hoc网络中对TCP Reno流的端到端时延建模

4．1 背景介绍

4．2 时延建模

4．2．1 TCP源端模型

4．2．2 网络模型

4．2．3 包括源端和网络的整体模型

4．3 实验仿真

4．3．1 竞争的影响性评测

4．3．2 与现存模型的比较

4．4 总结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果