移動Ad Hoc網絡擁塞控制關鍵技術研究.pdf

1、移動Ad Hoc網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網絡中節(jié)點的移動性、介質無線性、MAC訪問控制方式、網絡層路由協(xié)議及路徑的不對稱性，會導致鏈路誤碼率高、網絡分割和路由變化頻繁等，這些都會導致網絡丟包，若用傳統(tǒng)的TCP擁塞控制方法，將所有丟包都

2、作為擁塞指示而調用擁塞避免或慢啟動，將嚴重影響Ad Hoc網絡的TCP性能。本文對Ad Hoc網絡的數據鏈路層、網絡層和傳輸層工作機理進行了深入研究，并分別從數據鏈路層、網絡層和傳輸層探索擁塞控制策略，主要研究內容如下：
　　 (1)分析數據鏈路層可能產生的擁塞機理，對現有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)點根據某時刻鏈路的總擁塞信息確定當時數據發(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利用背靠背數據傳輸方式，充分發(fā)揮高質量通信信道利用率，有效緩解擁塞狀況，從而提高網絡的端

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發(fā)機制應用于多跳Ad Hoc網絡，減輕了MAC層的流間

5、競爭和流內競爭，從而提高實時業(yè)務的傳輸效率;2)依據節(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)務數據包的傳輸時延，并有效提高網絡端到端飽和吞吐量。對RBA-CC協(xié)議進行仿真，驗證了上述結論的正確性。
　　 (3)分析網絡層路由協(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，當數據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、數據包遞交率更高、規(guī)格化路由開銷更少。
　　 (4)分析現有

8、Ad Hoc網絡TCP性能改進方案，提出了一種基于端到端的Ad Hoc網絡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有策略中擁塞窗口增長不夠平滑的問題；利用兩連續(xù)數據包單向傳輸延遲差異IDD和短期吞吐量STT兩個度量參數，聯(lián)合判斷網絡擁塞狀態(tài)；并用丟包率PLR和包錯序率POR判斷信道錯誤、路由改變等網絡狀態(tài)，