基于802.11的无线网状网路由与传输技术研究

基于802.11的无线网状网路由与传输技术研究

论文摘要

无线网状网是一种具有网状拓扑结构的分布式网络,其通信依靠节点之间的相互协作,以无线多跳的方式为终端用户提供因特网的接入服务。无线网状网由于具有高容量、高速率、低成本以及扩展性强等众多优点,近年来受到了业界和学术界的广泛关注,具有非常广阔的应用前景。然而,网状的拓扑结构、多接口多信道的节点配置以及复杂的无线环境,使得无线网状网所能达到的传输性能还远不能满足用户的需求。因此,作为提高无线网状网系统性能的关键技术,路由与传输协议的改进成为目前的研究热点。基于对无线网状网技术的认识与研究,本文围绕路由与传输技术相关的无线网状网路由协议、网络编码和拥塞控制等问题,进行了深入细致地分析和探讨,并取得了一定的成果。论文的主要研究内容与创新成果归纳如下:第一,首先对无线网状网的相关背景与研究现状进行了综述。无线网状网是一种新型的无线接入网技术,在各个网络层次上都有很多值得研究的问题存在,特别是路由与传输技术对于提高无线网状网系统性能起着举足轻重的作用,因此论文重点分析了现有路由和传输协议的相关成果以及所面临的问题。第二,介绍了无线网状网中现有的路由协议,针对路由判据这一当前热点问题展开研究,在归纳和分析几种具有代表性的路由判据基础上,提出了一种多判据的无线网状网路由算法MEIL(Routing Metric on ETX,Interference and Load)。MEIL将无线链路的质量,同频信道之间的干扰以及节点的负载情况综合起来考虑,作为路由选择的判据,使得数据包可以沿着丢包率少、干扰低、负载轻的路径传输,有利于提高网络性能。仿真结果表明,相比于其他常见的路由算法,MEIL能够产生较好的吞吐量与时延特性。第三,为了解决现有的无线网状网路由协议在实际无线信道环境下性能降低的问题,提出了一种基于概率路由思想的SPRP(Simple Proportional Routing Protocol)协议。SPRP预先建立好以网关节点为根节点的路由树,当数据包到达时,根据无线链路当前的丢包率与节点中预存的子节点集合,动态选择下一跳节点,减轻了链路质量突变对路由协议的影响。同时,由于报文是经过多条可能的路径到达目的节点,从而平衡了网络中节点的负载状况。仿真结果表明,SPRP能够在信道质量不稳定的情况下,有效提高系统吞吐量,降低业务延时。第四,在研究网络编码相关理论知识的基础上,针对现有的网络编码技术在无线网状网中的应用问题进行了深入的探讨,并提出一种基于业务优先级的概率编码策略PNCP(Proportional Network Coding with Priority)。PNCP主要考虑到无线网状网中业务类型的差异较大,并且报文的到达过程通常具有随机性的问题,使节点为优先级不同的业务流分别维护缓存队列,根据业务自身的优先级和当前队列的状态,灵活的选择是否进行网络编码。利用马尔可夫链建立了节点缓存队列的状态转换模型,并在此模型下推导出丢包率、队列长度、延时等参数的理论值。理论分析和仿真结果都验证了PNCP简单高效的编码策略使其在几乎不影响网络编码优势的前提下,较大幅度的改善了系统性能。第五,无线网状网中信道衰落、地理环境等因素会导致随机丢包现象的频繁出现,传统的TCP拥塞控制机制由于无法判断丢包原因,往往会不必要的减小拥塞窗口,导致吞吐量无法得到提高。文中提出了一种根据回路响应时间RTT(Round-Trip Time)的变化进行拥塞控制的算法MRBR(Modified Reno Based RTT)。MRBR在慢启动阶段根据RTT值进行带宽估计,避免网络发生拥塞时连续多个报文的丢失。在拥塞避免阶段,利用RTT值实时估算网络拥塞等级,区分拥塞丢包与随机丢包,并相应的改变拥塞窗口的大小,仿真的结果也显示出MRBR算法的性能优势。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 图目录
  • 表目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 无线网状网简介
  • 1.1.1 无线网状网的背景及定义
  • 1.1.2 无线网状网的优点
  • 1.1.3 无线网状网与其他无线网络的区别
  • 1.2 研究目标及思路
  • 1.3 本文的主要创新点
  • 1.4 论文的结构安排
  • 第2章 无线网状网的结构与关键技术
  • 2.1 无线网状网的体系结构
  • 2.1.1 节点类型
  • 2.1.2 体系结构
  • 2.2 研究现状及相关标准
  • 2.2.1 国内外研究现状
  • 2.2.2 IEEE 802.11s标准
  • 2.3 无线网状网的关键技术
  • 2.3.1 物理层相关技术
  • 2.3.2 MAC层协议研究
  • 2.3.3 路由协议研究
  • 2.3.4 传输协议研究
  • 2.3.5 无线网状网中的跨层设计
  • 2.4 无线网状网的路由协议
  • 2.4.1 无线网状网路由的特点
  • 2.4.2 无线网状网路由的分类
  • 2.4.3 几种典型的路由协议
  • 2.4.4 面临的问题
  • 2.5 无线网状网中的TCP传输
  • 2.5.1 TCP协议介绍
  • 2.5.2 无线网络中TCP存在的问题
  • 2.6 本章小结
  • 第3章 无线网状网路由技术的分析与改进
  • 3.1 概述
  • 3.2 研究现状与问题分析
  • 3.2.1 AODV路由协议
  • 3.2.2 跳数(Hop Count,HOP)
  • 3.2.3 链路特性相关的路由判据
  • 3.3 MEIL路由协议
  • 3.3.1 基本思路
  • 3.3.2 协议操作
  • 3.3.3 仿真及性能分析
  • 3.3.4 MEIL路由协议小结
  • 3.4 SPRP路由协议
  • 3.4.1 问题的引入
  • 3.4.2 协议操作
  • 3.4.3 仿真及性能分析
  • 3.4.4 SPRP路由协议小结
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 一种基于优先级的网络编码策略
  • 4.1 概述
  • 4.2 基础知识
  • 4.2.1 网络与网络流
  • 4.2.2 网络编码的基本概念
  • 4.2.3 线性网络编码
  • 4.3 网络编码在无线网络中的应用
  • 4.3.1 COPE协议
  • 4.3.2 无线节点的编码策略
  • 4.4 基于优先级的概率编码策略
  • 4.4.1 基本思路
  • 4.4.2 系统模型
  • 4.4.3 数学模型
  • 4.4.4 仿真及性能分析
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 一种改进的TCP拥塞控制算法
  • 5.1 引言
  • 5.2 无线网络中TCP协议的研究现状
  • 5.2.1 本地链路层重传机制
  • 5.2.2 连接分段方案
  • 5.2.3 端到端的传输层方案
  • 5.2.4 跨层合作技术
  • 5.3 一种改进的TCP拥塞控制机制——MRBR算法
  • 5.3.1 基本思路
  • 5.3.2 协议操作
  • 5.3.3 仿真及性能分析
  • 5.3.4 讨论
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 论文总结
  • 6.2 未来研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读博士学位期间发表的学术论文
  • 攻读博士学位期间的科研项目经历
  • 相关论文文献

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