论文摘要
随着电信行业激烈的竞争,无线接入网络得到了快速的发展,越来越多的无线接入技术被提出。无线mesh网络（Wireless Mesh Network, WMN）正是这样一种新型的无线接入技术。无线mesh网络的主干网是分布式的对等网络,所以在网络的节点处很容易造成数据堆积,从而引起网络拥塞严重影响网络性能。无线mesh网络中的拥塞问题越来越得到人们的关注,设计性能良好的拥塞控制算法是急需解决的问题。无线mesh网络的标准草案之一IEEE 802.11s协议草案已经得到多方关注,是很具有发展前景的协议草案。在这个协议草案中引入了基于MAC层的拥塞控制机制。本文正是针对这一协议草案进行改进的,并同时兼顾了有效性和公平性的问题。目前已有的针对这个协议草案的改进算法都是基于显式闭环拥塞控制的,没有充分考虑业务优先级与拥塞控制的关系,并且没有和其他诸如调度算法等联合考虑来解决拥塞控制问题。本文以这两个问题为切入点进行研究。本文首先介绍网络产生拥塞的原因,分析了现有的IEEE 802.11s协议草案中拥塞控制机制性能以及目前无线mesh网络拥塞控制算法的现状。其次,本文提出针对IEEE 802.11s协议草案的改进算法,其中改进是分两个方面展开的。首先是将定价理论引入到无线mesh网络中,提出基于定价理论的拥塞控制算法。第二是对前跳虚时钟算法进行改进,将其引入到无线分布式的环境中。基于定价理论的拥塞控制算法是基于显式闭环拥塞控制的,它将经济学中的定价理论引入到拥塞控制领域。发生拥塞的节点根据拥塞程度结合业务优先级,通过设计的定价函数求出价格,拥塞节点将计算出的价格写入拥塞控制请求行为帧当中传递给上游节点,上游节点根据接收到的拥塞控制请求行为帧中包含的信息对本地速率进行控制。由于IEEE 802.11s协议规定不能直接修改物理层参数,所以速率控制是基于MAC层竞争窗口的,通过调整竞争窗口大小影响数据接入概率,间接影响上游节点发送速率。基于前跳虚时钟的调度算法是有线调度算法,工作在集中式环境中。本文对这个算法进行改进,使其适用于无线mesh网络的环境。本文对前跳虚时钟算法提出两点改进,首先提出一个补偿队列,用于存放由于网络信道不稳定而不能发送的数据。另外就是结合IEEE 802.11s协议特点,通过调整竞争窗口来控制队列中数据发送的次序,并且结合基于定价理论的拥塞控制算法,通过拥塞窗口和业务优先级参数共同调整竞争窗口的大小。最后,通过NS-2对两个改进了的算法进行仿真比较。通过与其他算法在吞吐量、丢包率、公平性指数和平滑指数的比较分析可以看出本文提出的两种算法具有很好的公平性和有效性。特别是在误码率很大的无线环境中,基于前跳虚时钟的调度算法性能并没有受到严重的破坏。
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