无线Ad hoc网络基于MAC层带宽延迟估计的TCP拥塞控制

论文摘要

无线Ad hoc网络是由一组移动终端自由组网而实现通信的一种网络形式,具有无中心、自组织、多跳路由、以及动态拓扑的特点,TCP协议不能适应无线Ad hoc网络的这些特点,导致了性能的不稳定以及吞吐率的下降。在众多改进无线Ad hoc网络下TCP性能的方法中,根据当前的网络容量调整传输层发送数据包的速率是可行的改进方案之一,可以使TCP适应Ad hoc网络的环境特点,改善TCP的性能。本文提出了一种改进无线Ad hoc网络下TCP性能的方案。该方案主要是在MAC层带宽延迟估计的基础上,借助跨层交互机制,调整TCP的拥塞控制。在MAC层,节点在处理每一个需要发送的数据包的同时,测量本节点处的带宽和延迟,并将带宽延迟信息存储到数据包的MAC头部。在数据包的正向传输和ACK的反向传输过程中,估计出当前传输路径的可用带宽和正向传输及反向传输的总延迟。跨层交互机制辅助MAC层完成带宽延迟估计,计算带宽延迟积;实现MAC层与TCP层的信息共享,响应MAC层与TCP的请求;根据TCP的状态,定时调整TCP的拥塞窗口和慢启动阈值。在TCP层,当出现丢包事件时,从跨层交互机制得到MAC层估计的带宽延迟积,利用带宽延迟积修改TCP的拥塞窗口和慢启动阈值。该方案可以使TCP能够根据网络状况进行拥塞控制,避免网络拥塞,减少慢启动的次数,从而提高性能。在NS2上的仿真结果表明,新方案能够降低TCP平均慢启动次数,并且能够减少平均队列长度,在静态场景下吞吐率能够比原方案提高10%到15%,动态场景下吞吐率也能有小幅提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 无线 Ad hoc 网络的发展及研究现状
• 1.1.2 无线 Ad hoc 网络的特点
• 1.1.3 无线Ad hoc 网络中TCP 的性能问题
• 1.2 选题动机
• 1.3 主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 无线Ad hoc 网络TCP 性能研究综述
• 2.1 现有的改进方案综述
• 2.1.1 单层改进方案
• 2.1.2 跨层改进方案
• 2.2 各种改进方案的分析
• 2.3 基于带宽估计的改进方案
• 2.3.1 现有的带宽估计方案
• 2.3.2 带宽测量与TCP 改进的目标
• 第三章 MAC 层带宽延迟估计方法
• 3.1 信道的可用带宽
• 3.1.1 无线 Ad hoc 网络下的信道可用带宽
• 3.1.2 信道可用带宽的估计方法
• 3.1.3 带宽延迟积
• 3.2 IEEE 802.11 MAC 协议简介
• 3.3 MAC 层带宽延迟估计方法
• 3.3.1 MAC 层带宽估计算法
• 3.3.2 MAC 层延迟估计算法
• 3.3.3 IEEE 802.11 MAC 协议的扩展
• 3.3.4 程序流程
• 第四章 跨层交互机制设计
• 4.1 跨层设计方法介绍
• 4.2 跨层交互机制的实现
• 4.2.1 跨层交互机制
• 4.2.2 跨层交互需要解决的问题
• 4.3 跨层模块的功能
• 4.3.1 数据结构的扩展
• 4.3.2 功能扩展
• 4.3.3 程序流程
• 第五章 基于MAC 层带宽延迟估计的TCP 改进方案
• 5.1 BDE-TCP 概述
• 5.2 TCP 的拥塞控制机制
• 5.2.1 慢启动算法
• 5.2.2 拥塞避免算法
• 5.3 对TCP 拥塞控制的调整
• 5.3.1 BDP 与拥塞控制
• 5.3.2 对TCP 协议的扩展
• 5.3.3 拥塞窗口和慢启动阈值的调整
• 第六章 性能评价
• 6.1 仿真工具选择
• 6.2 仿真场景
• 6.2.1 静态场景
• 6.2.2 动态场景
• 6.2.3 通信业务
• 6.3 性能参数
• 6.4 静态场景下仿真结果讨论
• 6.4.1 队列长度
• 6.4.2 吞吐率
• 6.4.3 平均慢启动次数
• 6.4.4 公平性
• 6.5 动态场景下仿真结果讨论
• 6.5.1 吞吐率
• 6.5.2 平均慢启动次数
• 6.5.3 公平性
• 6.6 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢