无线移动自组网链路层跨层捎带技术研究

论文摘要

无线移动自组网是当前的研究热门,而对于自组网的研究主要集中于对数据链路层MAC协议的研究以及网络层路由协议的研究。由于自组网具有节点自组织、分布式管理、拓扑动态变化等特性,因此自组网的路由协议设计与有线网络路由设计有较大区别,不能套用有线网络路由协议的设计模式。在路由协议的众多关键技术中,控制网络开销是其中较为重要的一项。这是因为自组网采用电磁波无线通信作为传输介质,它具有带宽较窄、数据率较低、误码率较高的特点。而路由协议为了完成路由的发现与路由维护等功能,需要不断地发送路由更新信息等控制报文,这些控制报文是以短报文的形式在网络中传输的。在仅有的无线通信资源中,如果对这部分短报文的传播不加以控制,势必会影响到正常的业务数据通信。因此解决路由开销问题的一个主要思路就是尽量减少网络中短报文的发送频率。捎带技术是一项在有线网络中已经得到成功应用的技术,尤其是在TCP协议的捎带确认机制中得到了充分的体现。结合电子科技大学国家863计划基于超短波跳频电台的无线移动自组网关键技术中提出的“链路层捎带传输”,本文研究了如何使用链路层捎带技术减少短报文发送的频度,从而降低网络控制开销的方法。尽管链路层捎带技术在TDMA固定分配信道的网络中得到了较好的应用,但是在当今热门的IEEE 802.11网络下,捎带技术是否也能发挥应有的作用,有效地降低控制开销是本文关注的问题之一。本文同时还结合了网络协议栈跨层设计的思想——所谓跨层设计,是指在网络协议的分层设计方法中,打破层次之间固有的独立性,加强层间的协同与数据交互,优化整体网络的设计方法——利用链路层跨层捎带网络层的路由信息,进一步减少网络中的路由控制短报文的数量,降低路由开销,优化路由协议的设计,最终提升网络的整体性能。在对链路层跨层捎带技术进行了功能设计与性能分析之后,为了验证结论,本文在NS-2仿真工具中,以按需路由协议的代表AODV协议为例,进行了链路层捎带技术的改造,并建立合理的无线仿真环境,通过仿真实验验证了结论。本文的主要研究工作与创新之处概括如下:1.结合链路层捎带技术与跨层设计的思想,设计出了一种可跨层捎带上层控制信息的捎带传输机制,该设计方法可有效地控制网络开销,提高网络性能;2.将原本应用与TDMA信道的链路层捎带技术,应用到了CSMA竞争型信道中;3.将链路层基本功能进行了扩展,使得网络层可以请求链路层的相关信息,减少了网络层的维护开销,达到了跨层设计的目的。4.针对热门的AODV协议提出了可支持链路层跨层捎带技术的改进方法;5.在NS-2仿真工具下修改并编写出了用于链路层捎带技术仿真的代码,设计出了适宜于AODV协议仿真的无线场景,并通过仿真实验验证了结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状与问题的提出
• 1.3 论文的组织结构
• 第二章 无线移动自组网概述
• 2.1 概述
• 2.2 关键技术
• 2.2.1 MAC 协议
• 2.2.2 路由技术
• 2.3 分层协议栈与跨层设计
• 第三章 自组网的数据链路层
• 3.1 概述
• 3.2 MAC 协议的分类
• 3.3 关键技术问题
• 3.3.1 隐藏终端与暴露终端问题
• 3.3.2 公平接入问题
• 第四章 自组网的网络层
• 4.1 概述
• 4.2 自组网路由协议的分类
• 4.2.1 距离矢量算法与链路状态算法
• 4.2.2 先应式路由协议和按需路由协议
• 4.3 自组网路由协议的关键技术
• 4.4 控制开销问题
• 4.5 典型路由协议的实现分析
• 第五章 跨层捎带的实现
• 5.1 捎带技术的原理
• 5.2 捎带技术的应用
• 5.3 链路层捎带技术的实现
• 5.3.1 自组网的控制开销问题
• 5.3.2 链路层功能扩展
• 5.3.3 捎带协议设计
• 5.4 跨层捎带的实现讨论
• 5.4.1 跨层捎带的实现依据
• 5.4.2 层间接口的实现
• 5.4.3 共享信息实现跨层协同
• 5.5 捎带的性能特性分析
• 第六章 跨层捎带技术的仿真
• 6.1 NS-2 仿真工具概述
• 6.1.1 概述
• 6.1.2 NS-2 原理
• 6.1.3 移动节点结构
• 6.1.4 NS 中的报文管理
• 6.1.5 NS-2 仿真的基本步骤
• 6.2 代码修改
• 6.3 无线场景设计
• 6.3.1 工具简介
• 6.3.2 无线场景参数
• 6.4 结果分析
• 6.4.1 仿真结果trace 文件
• 6.4.2 性能指标的定义
• 6.4.3 仿真结果
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：无线网络仿真脚本代码
• 攻硕期间取得的研究成果