无线Ad hoc网络基于网络编码的TCP性能研究

论文摘要

针对无线Ad hoc网络中存在的TCP协议性能下降问题,研究者提出了包括端到端的改进方案,单层改进方案,跨层改进方案等各种方案,但这些方案均具有各自的缺陷,特别是不能有效解决较高丢包率下的TCP性能下降问题。近年来,网络编码技术的出现为解决这个问题提供了一个新的思路。文献[14]提出了一种基于网络编码技术的TCP改进协议TCP/NC。由于使用了网络编码技术,使得有丢失的链路表现为无丢失的链路。因此,该方案在丢包率较高的情况下,能够大幅提升无线网络中的TCP性能。但是,TCP/NC只是提出了一个利用网络编码解决TCP性能问题的基本框架,一些实现细节有待完善;而且,该方案并没有考虑到网络编码层中解码操作与数据传输的同步问题。本文在文献[14]研究的基础上,对TCP/NC协议进行了深入的研究,提出了一种采用最优解码窗口的改进协议TCP/NCW。首先,重新设计了TCP/NC协议的网络编码层,给出了网络编码层的缓冲区管理、编解码窗口管理以及发包算法和收包算法的实现细节,完善了新的ACK机制。其次,分析了TCP/NC存在的解码操作与数据传输的同步协调问题,提出了最优解码窗口的概念,并通过实验验证了最优解码窗口存在性,给出了最优解码窗口的选择策略。最后,基于最优解码窗口提出了一种TCP/NC改进协议TCP/NCW。本文在NS2上实现了TCP/NC协议和TCP/NCW协议,并在多种场景下对两种方案进行了仿真实验。仿真结果表明,在不影响公平性的前提下,TCP/NC协议和改进后的TCP/NCW协议比传统的TCP-Vegas协议,在吞吐率方面有显著的提高。另外,改进后的TCP/NCW协议在解决同步问题后,在性能上要优于TCP/NC协议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无线Ad hoc网络TCP性能改进研究现状
• 1.3 选题动机
• 1.4 论文工作
• 1.5 论文结构
• 第二章 网络编码及其在无线网络中的应用
• 2.1 网络编码简介
• 2.2 网络编码的基本原理及构造方法
• 2.2.1 网络编码基本原理
• 2.2.2 网络编码构造方法
• 2.3 无线网络中网络编码的研究现状
• 2.3.1 无线网络物理层
• 2.3.2 无线网络应用层
• 2.3.3 基于网络编码的TCP性能研究概述
• 2.4 小结
• 第三章 基于随机线性编码的TCP/NC协议的实现
• 3.1 随机线性编码
• 3.1.1 随机线性编码简介
• 3.1.2 随机线性编码的基本原理
• 3.2 TCP/NC协议简介
• 3.2.1 TCP/NC协议模型介绍
• 3.2.2 TCP/NC协议的基本定义
• 3.3 TCP/NC的仿真实现
• 3.3.1 网络编码层NC层简述
• 3.3.2 NC层发送端的实现
• 3.3.3 NC层接收端的实现
• 3.3.4 ACK与拥塞控制
• 3.3.5 缓存区管理机制
• 3.4 小结
• 第四章 TCP/NC协议窗口策略改进
• 4.1 TCP/NC协议解码优化改进
• 4.1.1 TCP/NC协议解码同步问题
• 4.1.2 TCP/NC协议最优解码窗口
• 4.1.3 最优解码窗口实现
• 4.2 编码窗口
• 4.3 小结
• 第五章 TCP/NC协议以及TCP/NCW协议性能评价
• 5.1 仿真软件NS2 简介
• 5.2 仿真环境介绍
• 5.3 TCP/NC协议与TCP/NCW协议的性能评价
• 5.3.1 单条流无线链式拓扑场景
• 5.3.2 多条流无线链式拓扑场景
• 5.3.3 多条流无线十字拓扑场景
• 5.3.4 多条流无线网格拓扑场景
• 5.3.5 动态拓扑场景
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢