基于QoS保证的无线Ad hoc网络跨层优化技术研究

论文摘要

由于Internet中现有的服务模型不能直接应用于Ad hoc网络,必须从Ad hoc网络的特点出发,为其设计一个合适的QoS模型。该QoS模型将规定Ad hoc网络中提供服务保障的体系结构和框架,并且从Ad hoc网络今后的商业应用考虑,需要兼顾Internet现存的体系结构,以实现与Internet的无缝连接。QoS模型的制定需要解决的一个关键问题是Ad hoc网络需要提供什么样的服务质量标准和水平,这将影响QoS模型和所有其他的QoS保障要素。本论文研究的主要挑战是如何在动态变化的网络环境中使用有限的资源来提供灵活的用户可以接受的服务质量,只单独讨论某个方面的QoS,而不搞清它们之间的区别和联系,不从整体着手,将很难了解和评价整个系统的性能。本文从无线Ad hoc网络的QoS体系结构、QoS信令、支持业务区分和资源预留的各种控制策略的研究出发,指出各层的QoS控制策略相互独立、局部优化性和多层重复相似控制策略的冗余性限制了无线自组织网络的性能。指出模糊层间界限和跨层设计的方案将成为无线网络发展的趋势。并给出了可行的跨层QoS模型。通过自适应反馈、自适应调度策略影响协议栈各层次的工作,用以减少原有IPQoS的复杂性、冗余度,优化自组织网整体性能,提高无线自组织网络的服务质量保证水平。本文在Ad hoc网络的QoS服务模型的基础上对已有的模型框架所包含的功能性组成部分进行具体的设计,主要涉及缓存管理、接纳控制、QoS路由,服务等级映射几方面,从而得出了本课题的无线自组织网络的主体QoS体系架构。这种基于无线Ad hoc网络中QoS保障设计的跨层QoS保障机制框架,它将操作在不同层上的三种(预测、协调和适配)机制与提供QoS保障的自适应机制结合起来,以提高整个系统的QoS保障能力,并体现了跨层的思想。最后,利用数学模型和网络仿真软件OPNET对提出的跨层QoS机制进行性能分析,并与传统机制在平均接入延迟、丢包率、吞吐量三方面进行比较,以评估改进机制的性能。仿真结果表明丢包率和吞吐量得到较为明显的改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及现状
• 1.2 研究课题的提出
• 1.2.1 Ad hoc网络对QoS支持问题
• 1.2.2 跨层QoS研究进展
• 1.3 论文的研究内容和组织结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 无线Ad hoc网络QoS保障
• 2.1 概述
• 2.2 AD HOC网络的QoS模型
• 2.3 AD HOC网络的QoS信令机制
• 2.4 AD HOC网络的QoS路由
• 2.5 AD HOC网络中的MAC协议
• 2.6 本章小结
• 第三章 无线Ad hoc网络中QoS保障设计
• 3.1 AD HOC网络的基本QoS服务模型
• 3.2 无线AD HOC网络中QoS保障跨层机制
• 3.2.1 分层QoS保障机制研究进展
• 3.2.2 跨层设计的原理
• 3.2.3 现有的跨层设计方案分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于QoS保证的无线Ad hoc网络跨层优化机制框架
• 4.1 QoS体系架构
• 4.2 基于MMSE信道预测算法的预测策略
• 4.2.1 信道模型
• 4.2.2 MMSE信道预测算法
• 4.2.3 自适应调制编码（AMC）模块
• 4.3 基于自适应接纳控制算法的协调策略
• 4.3.1 动态QoS映射模型的设计
• 4.3.2 接纳控制模型分析
• 4.3.3 基于802.11e的MAC协议设计
• 4.4 基于中间件控制框架的适配策略
• 4.5 本章小结
• 第五章 跨层框架算法性能分析及功能仿真
• 5.1 物理层的预测算法
• 5.2 数据链路层的自适应接纳控制算法性能分析
• 5.3 中间适配层可行性分析
• 5.4 跨层仿真及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表的文章