移動Ad Hoc網(wǎng)絡擁塞控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、移動Ad Hoc網(wǎng)絡是一種由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動主機組成的多跳、臨時性自治系統(tǒng)。網(wǎng)絡中所有的節(jié)點地位平等，每個移動終端具有路由器和主機兩種功能，其組網(wǎng)的無基礎設施性和自組織性，使它在特定的軍事和民用通信領域得到了廣泛應用。但移動Ad Hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的移動性、介質(zhì)無線性、MAC訪問控制方式、網(wǎng)絡層路由協(xié)議及路徑的不對稱性，會導致鏈路誤碼率高、網(wǎng)絡分割和路由變化頻繁等，這些都會導致網(wǎng)絡丟包，若用傳統(tǒng)的TCP擁塞控制方法，將所有丟包都

2、作為擁塞指示而調(diào)用擁塞避免或慢啟動，將嚴重影響Ad Hoc網(wǎng)絡的TCP性能。本文對Ad Hoc網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層工作機理進行了深入研究，并分別從數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層探索擁塞控制策略，主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)分析數(shù)據(jù)鏈路層可能產(chǎn)生的擁塞機理，對現(xiàn)有AAR(Adaptive Auto Rate)協(xié)議進行改進，將POCC(Penalty function-based Optical Congestion C

3、ontrol)算法應用于AAR協(xié)議，提出了AAR-CC(Adaptive Auto Rate-Congestion Control)協(xié)議，從而在MAC層實現(xiàn)了擁塞控制的速率自適應機制。在AAR-CC協(xié)議中，源節(jié)點根據(jù)某時刻鏈路的總擁塞信息確定當時數(shù)據(jù)發(fā)送速率。新協(xié)議只對MAC幀稍作修改并增加一個字節(jié)的擁塞指示CI，具有可擴展性和低開銷性。AAR-CC利用背靠背數(shù)據(jù)傳輸方式，充分發(fā)揮高質(zhì)量通信信道利用率，有效緩解擁塞狀況，從而提高網(wǎng)絡的端

4、到端飽和吞吐量。
　　 (2)分析MAC層退避機制，改進IEEE802.11分布協(xié)調(diào)功能(Distributed coordinationfunction，DCF)，提出了一種實時退避自適應擁塞控制(Real-Time Traffic BackoffAdaptiveCongestion Control，RBA-CC)協(xié)議。RBA-CC協(xié)議有兩項重要改進：1)將迅速交換和快速轉(zhuǎn)發(fā)機制應用于多跳Ad Hoc網(wǎng)絡，減輕了MAC層的流間

5、競爭和流內(nèi)競爭，從而提高實時業(yè)務的傳輸效率;2)依據(jù)節(jié)點隊列的瞬間狀態(tài)判斷擁塞狀況，讓ACK幀攜帶下一跳節(jié)點的擁塞指示信息，以便實現(xiàn)上一跳節(jié)點的自適應退避擁塞控制。RBA-CC協(xié)議能夠降低實時業(yè)務數(shù)據(jù)包的傳輸時延，并有效提高網(wǎng)絡端到端飽和吞吐量。對RBA-CC協(xié)議進行仿真，驗證了上述結(jié)論的正確性。
　　 (3)分析網(wǎng)絡層路由協(xié)議，提出局部擁塞表概念，利用旁路、局部擁塞表和hello消息機制，對動態(tài)源路由(Dynamic Sour

6、ce Routing protocol，DSR)協(xié)議、Ad Hoc按需距離矢量(Ad Hoc on Demand Distance Vector，AODV)協(xié)議進行了分析，提出了擁塞自適應動態(tài)源路由(Congestion Adaptive Dynamic Source Routing，CA-DSR)協(xié)議、Ad Hoc擁塞自適應按需距離矢量(Congestion Adaptive Ad Hoc on Demand Distance Vec

7、tor，CA-AODV)路由協(xié)議。在這兩種擁塞適應路由協(xié)議中，主節(jié)點利用局部擁塞表，能在第一時間感知到網(wǎng)絡擁塞，當擁塞發(fā)生時，擁塞節(jié)點的上一節(jié)點能按需建立繞過擁塞節(jié)點的旁路，當數(shù)據(jù)流到達已建立旁路的節(jié)點時，被按比例分流在主路由和旁路上，實現(xiàn)了路由擁塞適應功能。協(xié)議利用hello消息對局部擁塞表進行有效維護。仿真結(jié)果已驗證，新提出的擁塞自適應路由協(xié)議的平均端到端延遲更短、數(shù)據(jù)包遞交率更高、規(guī)格化路由開銷更少。
　　 (4)分析現(xiàn)有

8、Ad Hoc網(wǎng)絡TCP性能改進方案，提出了一種基于端到端的Ad Hoc網(wǎng)絡TCP擁塞控制改進算法(Improvement AD hoc network TCP congestion control，IADTCP)。提出了一種新的慢啟動方案以解決現(xiàn)有策略中擁塞窗口增長不夠平滑的問題；利用兩連續(xù)數(shù)據(jù)包單向傳輸延遲差異IDD和短期吞吐量STT兩個度量參數(shù)，聯(lián)合判斷網(wǎng)絡擁塞狀態(tài)；并用丟包率PLR和包錯序率POR判斷信道錯誤、路由改變等網(wǎng)絡狀態(tài)，