论文摘要
Ad hoc网络（MANETs,Mobile Ad hoc Networks）是一种由无线移动节点组成的具有任意和临时性网络拓扑的动态自组织网络系统。组成网络的节点既具有通信终端的功能,又具有路由器的功能,并可自由移动。其业务数据以无线多跳的方式传送,而无需基础设施的支持。由于Ad hoc网络具有较高的灵活性、移动性、自组织性以及随时随地接入等特点,已广泛用于野战通信、自然灾害、紧急救助、临时会议、智能交通、环境监测和旅游探险等各种军用、民用和商用领域,具有广阔的应用前景,是目前国内外的一个研究热点。而应用领域的不断扩展要求无线Ad hoc网络能够为不同业务提供不同的服务质量QoS（Quality of Service）。特别是目前日益增多的音频、视频和高实时性的数据业务都对网络传输平均延迟、延迟抖动、优先级划分、带宽分配等提出了更高的要求。然而,无线Ad hoc网络的多跳性和分布式特性,除带来了组网简单和灵活的特点以外,同时也为其提供服务质量保障带来了巨大的挑战。由于Adhoc网络中媒体接入控制层的分布式自由竞争模式、单跳传输范围的有限性、全网时钟的不同步性、节点对全网信息掌握的不完全性和节点移动导致频繁的网络拓扑改变,都使得无论是固网还是其它有中心结构的无线移动网络所采用的服务质量保障技术很难直接用于Ad hoc网络,因此服务质量保障问题是目前无线Adhoc网络研究的一个难点。另外,Ad hoc网络的特殊性使得各协议层面之间的性能关联很大,这使得其服务质量保障问题并非可以在某一个层次中完全加以解决,所以需要每一个层面都支持服务质量保障技术。正因如此,本论文在完成国家自然基金项目（基于MPLS的Ad hoc无线移动网络关键技术的研究,项目编号60372101和具有感知能力的自适应可重配置Ad hoc网络,项目编号60772109）的过程中,针对Ad hoc网络的特点,分别对其网络层、媒体接入控制层MAC（Medium Access Control）和传输层做了比较深入和系统的研究,并取得了一些创新性的研究成果,主要内容包括:1.简要地介绍了Ad hoc网络的发展史,分析Ad hoc网络的特点、应用前景、研究热点及发展趋势,阐述本论文的立项依据、创新点及研究成果。2.介绍了Ad hoc网络的协议体系结构,综述了目前Ad hoc网络中网络层和媒体接入控制层的协议研究,描述了目前Ad hoc网络中已有的几种服务质量保障框架。3.首先为增强Ad hoc网络的路由健壮性和改善拥塞情况,提出了一种多径路由协议TRND-AODV,在一次路由的过程中同时建立多条节点完全独立的路径。在此基础上,通过将基于Ad hoc路由协议的网络层技术与MPLS的交换技术相结合,提出一种节点独立多径标签交换路由协议AODLS和基于MPLS的Ad hoc无线移动网络模型,使Ad hoc网络不仅能够支持传统的、无连接的IP服务,还能应用于移动MPLS网络。4.借鉴TCP拥塞控制中的慢启动窗口机制提出了一种乘性递增-慢启动递减的MAC层信道接入算法MISSD,在兼顾节点公平性的同时提高网络的带宽利用率。而为进一步在不同网络规模和网络负载情况下都能较好地改善网络的拥塞状况并达到或逼近最佳的网络性能,提出了一种基于最优化参数逼近的MAC层自适应退避算法SAOP,可较好地适用于单跳的无线局域网。5.总结了无线局域网中低优先级业务增多而影响高优先级业务的原因,在用RTS多预约策略进行优先级区分的同时,通过监控网络状态并动态调整算法参数,提出了两种自适应参数调整的多优先级MAC接入算法SAQMR和MRDCW,可以对无线局域网中高优先级业务的服务质量提供更好的保护。6.为解决多跳的Ad hoc网络中转发节点拥塞和低优先级业务增多而影响高优先级业务带宽的问题,在仔细分析无线多跳环境中节点之间的相互影响情况的基础上,提出了一种多跳网络服务质量保证框架WMHQ和自适应合作式MAC层信道接入算法QAC-EDCA。通过实现三层优先级机制、多跳协调机制和接收避免策略较好地保护了多跳Ad hoc网络中高优先级业务的服务质量。7.分析了传输控制协议TCP在Ad hoc网络中存在的问题,提出了一种跨层解决方案,通过提出的CFCA信道接入机制改善TCP-ACK包在MAC层信道接入能力的方法提高Ad hoc网络中TCP协议的性能。通过以上研究,为Ad hoc网络从MAC层到传输层提供了一套比较完整的服务质量保障机制。
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摘要Abstract目录第1章 绪论1.1.Ad hoc网络概述1.2.Ad hoc网络的特点1.3.Ad hoc网络的应用1.4.Ad hoc网络的研究热点1.5.本文的研究对象及创新点1.6.本文的组织结构1.7.本章参考文献第2章 Ad hoc网络协议综述与QoS框架研究2.1.Ad hoc网络协议体系结构2.2.Ad hoc网络中的路由协议介绍2.2.1.路由协议的分类2.2.2.几种典型的路由协议2.2.2.1.主动路由协议2.2.2.2.按需路由协议2.2.2.3.混合式路由协议2.2.3.服务质量路由协议研究2.3.Ad hoc网络中的MAC协议介绍2.3.1.MAC层接入协议分类2.3.2.IEEE 802.11 MAC协议2.3.3.Ad hoc网络中MAC协议面临的问题与挑战2.4.Ad hoc网络中服务质量保障框架研究2.4.1.Ad hoc网络中服务质量保障机制的构成2.4.2.Ad hoc网络中服务质量保障框架设计准则2.4.3.几种典型的Ad hoc网络服务质量保障框架2.5.本章小结2.6.本章参考文献第3章 Ad hoc网络中节点独立的多径路由协议研究3.1.引言3.2.问题的提出3.2.1.路径的独立性问题3.2.2.路径的隐含改变问题3.3.相关的研究成果3.4.基于节点树根算法的TRND-AODV多径路由协议3.4.1.TRND-AODV算法设计思想3.4.2.TRND-AODV算法具体描述3.5.多径路由性能分析3.5.1.节点独立多径路由的健壮性3.5.2.节点独立多径路由的生存期3.5.3.多径路由和单径路由的网络负载3.5.4.多径路由和单径路由的流量分布3.6.TRND-AODV仿真分析3.6.1.仿真模型3.6.2.结果与分析3.7.MPLS技术与Ad hoc网络的结合3.8.AODLS多路标签交换路径的建立3.9.AODLS多路标签交换路径的维护3.10.AODLS多路标签路径的性能分析3.11.AODLS的仿真与分析3.12.进一步地探讨和研究3.13.本章小结3.14.本章参考文献第4章 MAC层单优先级自适应退避算法4.1.引言4.2.退避算法相关研究成果4.3.慢启动递减退避算法MISSD4.3.1.MISSD算法设计思想4.3.2.MISSD算法具体描述4.4.MISSD算法建模及性能分析4.4.1.马尔可夫链模型4.4.2.饱和吞吐量分析4.5.MISSD仿真分析4.5.1.仿真模型4.5.2.结果与分析4.6.自适应退避算法的提出4.7.网络拥塞状况研究4.8.最优化参数逼近自适应算法SAOP4.8.1.SAOP算法设计思想4.8.2.最佳归一化发帧负载的确定4.8.3.SAOP算法的实现4.9.SAOP仿真分析4.9.1.仿真模型4.9.2.结果与分析4.10.本章小结及下一步的研究工作4.11.本章参考文献第5章 MAC层RTS多预约分优先级自适应信道接入算法5.1.引言5.2.多优先级算法相关研究成果5.3.RTS多预约分优先级算法5.3.1.RTS多预约分优先级设计思想5.3.2.RTS多预约算法理论建模5.3.3.RTS多预约算法仿真分析5.4.SAQMR多优先级自适应算法5.4.1.最佳归一化发帧负载的确定5.4.2.SAQMR算法设计与实现5.5.SAQMR仿真分析5.6.MRDCW多优先级自适应算法5.6.1.MRDCW算法设计思想5.6.2.MRDCW算法具体描述5.7.MRDCW仿真分析5.8.本章小结及下一步的研究工作5.9.本章参考文献第6章 Ad hoc网络QoS框架与自适应合作式信道接入算法6.1.引言6.2.相关的研究成果6.3.无线多跳环境分析6.3.1.节点发送、侦听范围与捕获效应6.3.2.隐藏终端与暴露终端6.3.3.无线多跳环境下节点之间的影响6.3.4.多跳转发对端到端传输的影响6.4.WMHQ多跳服务质量保障框架6.4.1.问题的提出6.4.2.WMHQ服务质量框架的设计思想6.4.3.WMHQ服务质量框架的具体描述6.4.3.1.WMHQ服务质量框架的结构6.4.3.2.WMHQ中的服务质量保障策略6.4.3.3.两步预留机制6.4.3.4.三层优先级机制6.5.QAC-EDCA自适应合作式信道接入算法6.5.1.QoS参数映射6.5.2.QAC-EDCA算法中的QoS保障思想6.5.3.自适应QoS协调机制6.5.4.接收避免策略6.5.5.转发跳数优先级策略6.6.仿真与分析6.6.1.QoS协调机制仿真6.6.2.接收避免策略仿真6.7.本章小结及进一步的研究工作6.8.本章参考文献第7章 Ad hoc网络中TCP协议应用的跨层解决方案研究7.1.引言7.2.TCP协议在Ad hoc网络中存在的问题7.2.1.MAC层不公平问题7.2.2.TCP-ACK传输问题7.2.3.节点移动问题7.2.4.虚假的链路失效问题7.2.5.乱序问题7.2.6.TCP协议参数问题7.2.7.比特误码7.3.相关的研究成果7.4.Ad hoc网络的TCP应用跨层解决方案7.5.CFCA信道接入机制7.6.CFCA仿真分析7.7.进一步探讨与研究7.8.本章小结7.9.本章参考文献第8章 总结与展望8.1.本文研究成果8.2.进一步的工作缩略词结束语致谢发表或已录用论文个人简历及科研工作
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