Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中QoS關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)(MANETs，Mobile Ad hoc Networks)是一種由無(wú)線移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的具有任意和臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。組成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)既具有通信終端的功能，又具有路由器的功能，并可自由移動(dòng)。其業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以無(wú)線多跳的方式傳送，而無(wú)需基礎(chǔ)設(shè)施的支持。由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)具有較高的靈活性、移動(dòng)性、自組織性以及隨時(shí)隨地接入等特點(diǎn)，已廣泛用于野戰(zhàn)通信、自然災(zāi)害、緊急救助、臨時(shí)會(huì)議、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)和旅游探險(xiǎn)等各種軍用

2、、民用和商用領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景，是目前國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 而應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展要求無(wú)線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)椴煌瑯I(yè)務(wù)提供不同的服務(wù)質(zhì)量QOS(Quality of Service)。特別是目前日益增多的音頻、視頻和高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸平均延遲、延遲抖動(dòng)、優(yōu)先級(jí)劃分、帶寬分配等提出了更高的要求。然而，無(wú)線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的多跳性和分布式特性，除帶來(lái)了組網(wǎng)簡(jiǎn)單和靈活的特點(diǎn)以外，同時(shí)也為其提供服務(wù)質(zhì)量保障帶來(lái)了巨大

3、的挑戰(zhàn)。由于Adhoc網(wǎng)絡(luò)中媒體接入控制層的分布式自由競(jìng)爭(zhēng)模式、單跳傳輸范圍的有限性、全網(wǎng)時(shí)鐘的不同步性、節(jié)點(diǎn)對(duì)全網(wǎng)信息掌握的不完全性和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)致頻繁的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖?，都使得無(wú)論是固網(wǎng)還是其它有中心結(jié)構(gòu)的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所采用的服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)很難直接用于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，因此服務(wù)質(zhì)量保障問(wèn)題是目前無(wú)線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)難點(diǎn)。另外，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特殊性使得各協(xié)議層面之間的性能關(guān)聯(lián)很大，這使得其服務(wù)質(zhì)量保障問(wèn)題并非可以在某一個(gè)層次

4、中完全加以解決，所以需要每一個(gè)層面都支持服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)。正因如此，本論文在完成國(guó)家自然基金項(xiàng)目(基于MPLS的Ad hoc無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究，項(xiàng)目編號(hào)60372101和具有感知能力的自適應(yīng)可重配置Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，項(xiàng)目編號(hào)60772109)的過(guò)程中，針對(duì)Ad hoe網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，分別對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入控制層MAC(Medium Access Control)和傳輸層做了比較深入和系統(tǒng)的研究，并取得了一些創(chuàng)新性的研究成果，主要內(nèi)

5、容包括： 1．簡(jiǎn)要地介紹了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史，分析Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、應(yīng)用前景、研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，闡述本論文的立項(xiàng)依據(jù)、創(chuàng)新點(diǎn)及研究成果。 2．介紹了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，綜述了目前Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)層和媒體接入控制層的協(xié)議研究，描述了目前Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中已有的幾種服務(wù)質(zhì)量保障框架。 3．首先為增強(qiáng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的路由健壯性和改善擁塞情況，提出了一種多徑路由協(xié)議TRND-AODV，在

6、一次路由的過(guò)程中同時(shí)建立多條節(jié)點(diǎn)完全獨(dú)立的路徑。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)將基于Ad hoc路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)與MPLS的交換技術(shù)相結(jié)合，提出一種節(jié)點(diǎn)獨(dú)立多徑標(biāo)簽交換路由協(xié)議AODLS和基于MPLS的Ad hoc無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型，使Ad hoc網(wǎng)絡(luò)不僅能夠支持傳統(tǒng)的、無(wú)連接的IP服務(wù)，還能應(yīng)用于移動(dòng)MPLS網(wǎng)絡(luò)。 4．借鑒TCP擁塞控制中的慢啟動(dòng)窗口機(jī)制提出了一種乘性遞增-慢啟動(dòng)遞減的MAC層信道接入算法MISSD，在兼顧節(jié)點(diǎn)公平性的同

7、時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率。而為進(jìn)一步在不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下都能較好地改善網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況并達(dá)到或逼近最佳的網(wǎng)絡(luò)性能，提出了一種基于最優(yōu)化參數(shù)逼近的MAC層自適應(yīng)退避算法SAOP，可較好地適用于單跳的無(wú)線局域網(wǎng)。 5．總結(jié)了無(wú)線局域網(wǎng)中低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)增多而影響高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的原因，在用RTS多預(yù)約策略進(jìn)行優(yōu)先級(jí)區(qū)分的同時(shí)，通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并動(dòng)態(tài)調(diào)整算法參數(shù)，提出了兩種自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整的多優(yōu)先級(jí)MAC接入算法SAQMR和MRDCW，可

8、以對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)中高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量提供更好的保護(hù)。 6．為解決多跳的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)擁塞和低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)增多而影響高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)帶寬的問(wèn)題，在仔細(xì)分析無(wú)線多跳環(huán)境中節(jié)點(diǎn)之間的相互影響情況的基礎(chǔ)上，提出了一種多跳網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保證框架WMHQ和自適應(yīng)合作式MAC層信道接入算法QAC-EDCA。通過(guò)實(shí)現(xiàn)三層優(yōu)先級(jí)機(jī)制、多跳協(xié)調(diào)機(jī)制和接收避免策略較好地保護(hù)了多跳Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。 7．分析了傳輸