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高可用性Ad hoc网络研究

作　者: 吴大鹏
导　师: 武穆清
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: Ad Hoc网络媒体接入协议路由协议退避策略竞争窗口可用带宽接入控制链路生存时间
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

移动Ad Hoc网络(MANET)是一种由若干无线通信设备临时自由组合形成的一种无线分组网络,它不需要固定通信设施的支持,网络节点可以自由移动,它们既是通信终端,又是路由器,进而数据包可以逐跳转发到目的节点。MANET网络能随着节点的加入、离开、移动进行自组织、自管理。MANET不但可以满足军事通信的需要,也可广泛地应用于诸如紧急搜救、临时会议会场、无线家庭网络等民用通信领域,目前MANET技术已成为研究热点。应用领域的不断扩展需要MANET为不同应用提供足够的业务可用性保障,然而MANET的共享特性、多跳特性、分布式特性、信道非对称特性、资源有限特性和网络结构动态变化特性都为其提供业务可用性保障带来巨大挑战。节点分布式自由竞争模式使得信道在时间域内表现为多个节点交替使用,各个服务类别的业务采用不同的竞争参数实现相对优先级接入,对这种服务区分机制的分析将有助于设计相应的网络管理和网络控制机制,这个分析过程是保障业务可用性的前提;此外,分布式竞争模式中,节点接入过程中需要执行回退过程,合理地制定回退策略将有效地改善网络资源利用情况;多跳特性使得端到端数据流影响整个路径上所有节点的资源竞争情况,节点监测当前媒介的利用率并对可用程度做出估计,这将为网络状态判定提供有力依据;资源有限性需要各个节点根据网络当前剩余容量实现对新数据流的接入控制,有效地防止网络过载情况出现;节点随机移动使得网络拓扑动态变化,实时业务需要建立稳定的端到端路径,以保障其业务能够平滑地回放。针对上述问题,本文从MANET领域的研究热点出发,在国家自然科学基金项目(具有感知能力的自适应可重配置Ad Hoc网络)的研究过程中,分别对网络层、媒体接入控制层进行了深入、系统地研究,并取得了一定数量的创新科研成果,主要内容包括:1.建立三维时间离散马尔科夫模型,用于分析IEEE802.11e标准中增强型分布式信道接入方式的服务区分策略。2.提出带有网络竞争状态感知的调整策略,从主动和被动两个方面调整节点接入信道过程中所使用的竞争参数,以提高网络资源利用率。3.分析影响信道利用率的多个方面因素,提出了一种带有重传估计的MANET网络可用带宽预测方法。4.在可用带宽预测方法的基础上,设计分布式接入控制机制,使网络中可用资源与当前负载达到平衡。5.提出链路生存时间估计方法,并在此基础上设计面向稳定性的MANET路由机制,降低路由发现次数以及所导致的控制开销。通过以上五个方面的研究,为Ad Hoc网络的业务可用性提供了较为完整的保障机制。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-26
  1.1 Ad Hoc网络概述  11-12
  1.2 Ad Hoc网络的特征与难点  12
  1.3 Ad Hoc网络的应用前景  12-14
  1.4 Ad Hoc网络的研究热点  14-17
  1.5 国际上研究机构  17-18
  1.6 本文的研究对象及创新点  18-21
  1.7 本文的结构和安排  21
  1.8 参考文献  21-26
第2章 IEEE802.11e无线局域网接入延迟性能分析  26-44
  2.1 引言  26-27
  2.2 EDCA机制  27-28
  2.3 相关工作  28-29
  2.4 EDCA分析模型  29-33
    2.4.1 马尔科夫模型  29
    2.4.2 状态转移分析  29-32
    2.4.3 系统方程  32-33
  2.5 接入延迟估计  33-34
  2.6 模型验证  34-39
    2.6.1 两个接入类别  35-37
    2.6.2 四个接入类别  37
    2.6.3 移动场景  37-38
    2.6.4 数据流分布  38-39
  2.7 本章小结  39-40
  2.8 参考文献  40-41
  附录  41-44
第3章无线局域网性能优化  44-60
  3.1 引言  44-45
  3.2 相关工作  45-47
    3.2.1 BEB算法  45-46
    3.2.2 研究进展  46-47
  3.3 网络吞吐率分析  47-49
  3.4 竞争感知的联合调整策略  49-50
  3.5 算法复杂度以及性能分析  50-55
    3.5.1 算法复杂度分析  50-53
    3.5.2 算法性能分析  53-55
  3.6 仿真结果  55-58
  3.7 本章小结  58
  3.8 参考文献  58-60
第4章可用带宽感知技术  60-84
  4.1 引言  60
  4.2 有线网络与无线网络带宽估计方式比较  60-61
  4.3 影响可用带宽估计的相关因素分析  61-66
    4.3.1 碰撞概率  61-62
    4.3.2 信道空闲比例  62
    4.3.3 回退时间  62-63
    4.3.4 数据帧重传  63
    4.3.5 自适应速率  63-64
    4.3.6 多优先级  64
    4.3.7 接入信道方式  64-65
    4.3.8 业务类别  65-66
  4.4 研究进展  66-71
    4.4.1 提高传输范围  66-67
    4.4.2 时域分析  67-69
    4.4.3 碰撞概率估计  69-71
      4.4.3.1 基于数学模型估计  69-70
      4.4.3.2 基于实时测量  70-71
  4.5 带宽感知方案  71-75
    4.5.1 信道监测机制  72-73
    4.5.2 数据帧碰撞预测  73-74
    4.5.3 可用带宽估计机制  74-75
  4.6 仿真结果分析  75-81
  4.7 本章小结  81
  4.8 参考文献  81-84
第5章可用带宽感知技术相关应用  84-106
  5.1 引言  84-85
  5.2 接入控制策略  85-91
    5.2.1 研究进展  85-86
    5.2.2 信道模型  86-89
    5.2.3 本地接入控制  89
    5.2.4 端到端分布式接入控制  89-91
  5.3 接入控制策略仿真结果分析  91-94
  5.4 中继节点选择策略  94-100
    5.4.1 算法主要思想  96
    5.4.2 算法流程及复杂度分析  96-100
  5.5 中继节点选择策略仿真结果  100-103
  5.6 本章小结  103
  5.7 参考文献  103-106
第6章链路稳定性感知技术  106-125
  6.1 引言  106-107
  6.2 相关工作  107-108
  6.3 链路生存时间感知方法  108-116
  6.4 面向路径稳定性的按需路由机制  116-118
  6.5 路由机制性能仿真  118-122
  6.6 本章小结  122-123
  6.7 参考文献  123-125
第7章总结与展望  125-128
  7.1 本文的研究成果总结  125-126
  7.2 进一步的研究工作  126-128
缩略词  128-130
结束语  130-132
致谢  132-133
发表或已录用论文  133-134

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