无线Ad Hoc网络中MAC协议和TCP性能的研究

论文摘要

随着计算机技术和无线通信技术的高速发展，无线网络在社会工作和生活的各个方面的应用已经越来越广泛。无线ad hoc网络是无线网络的一种，是下一代网络的重要组成部分。TCP是当前Internet最为重要的传输协议，是整个Internet协议栈的核心。无线ad hoc网络受其IEEE802.11MAC层的制约，TCP在无线adhoc网络上表现的性能不尽人意，远不能与有线网络相比，因此，本文将研究无线网络IEEE802.11MAC层与TCP相互作用，并有针对性地对MAC层进行改进，以提高TCP在无线ad hoc网络中的性能。论文对IEEE802.11MAC协议进行了分析，得出结论二元指数退避会造成无线ad hoc网络中TCP流的吞吐率严重下降；而且分析了由于隐藏/暴露终端的存在造成了TCP流之间不公平现象，从而导致了某些流吞吐率严重下降；论文还分析了TCP拥塞控制机制与IEEE802.11MAC协议相互作用，进一步造成了在无线adhoc网络中TCP吞吐率的严重下降的现象，并分析了导致这种现象的原因。基于分析的结果，论文对无线ad hoc网路中TCP性能进行了有针对性的改进。首先为了提高MAC的吞吐率，设计了一种全新的算法来准确估计网络中的活动节点；其次针对竞争节点初始竞争窗口较大的问题进行了改进，设计了算法对初始竞争窗口进行了优化，其优化结果与网络中的活动节点数目有关。通过仿真实验对改进的算法进行了性能评价，仿真结果表明，改进后的MAC算法无论在网络内活动节点数目的估计还是在提高网络吞吐率方面的表现都优于IEEE802.11MAC协议，提高了TCP在无线ad hoc网络中的性能。接着论文对TCP的拥塞控制机制进行了改进。改进是基于跨层设计的方法进行的，这种方法可以不受网络协议栈层次的限制，跨层读取或传递网络信息，在很大程度上提高了网络节点的效率。采用跨层设计的思想对TCP拥塞控制算法进行改进的同时，并对路由失效机制进行了改进。改进的结果在NS-2中进行了静态和动态两种拓扑进行仿真，仿真的结果证明了改进后的TCP协议与改进后的MAC共同作用，在吞吐率上优于TCP NewReno，且节点内的延迟也有所降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线网络概述
• 1.2 无线网络 MAC 协议
• 1.2.1 ALOHA 协议
• 1.2.2 载波侦听多路访问协议
• 1.2.3 两种协议的比较
• 1.3 TCP 协议概述
• 1.3.1 TCP 原理
• 1.3.2 TCP 拥塞控制机制
• 1.4 选题背景
• 1.5 论文主要贡献
• 1.6 论文的创新点
• 1.7 论文结构
• 第二章 IEEE 802.11 MAC 协议与 TCP 性能分析
• 2.1 IEEE 802.11 MAC 协议概述
• 2.1.1 帧间间隔（IFS）
• 2.1.2 二元指数退避机制
• 2.1.3 CSMA/CA
• 2.1.4 基本访问模式
• 2.1.5 带 RTS/CTS 访问模式
• 2.2 IEEE 802.11 MAC 协议分析
• 2.3 隐藏/暴露终端与 TCP 性能分析
• 2.4 TCP 拥塞控制机制分析
• 2.5 本章结论
• 第三章 IEEE 802.11 MAC 协议的改进
• 3.1 引言
• 3.2 网络中活动节点数的估计
• 3.3 竞争窗口的优化
• 3.4 性能评价
• 3.4.1 仿真环境简介
• 3.4.2 仿真场景
• 3.4.3 仿真结果
• 3.5 本章结论
• 第四章 无线 AD HOC 网络中 TCP 拥塞控制机制的改进
• 4.1 引言
• 4.2 跨层的设计方法
• 4.3 基于跨层的 TCP 拥塞控制方法
• 4.4 仿真结果
• 4.4.1 算法关键代码
• 4.4.2 静态拓扑
• 4.4.3 随机拓扑
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献