Ad Hoc网络中的拥塞控制技术研究

论文摘要

移动自组织网络（Ad Hoc网络）具有无中心、自组织、可快速展开等特点,这使得它广泛应用于战争,抢险救灾等特殊场合。然而由于移动自组织网络具有动态拓扑结构,带宽有限,节点能量有限等特点,使得在移动自组织网络中为数据传输提供高的QoS非常困难。为了能提高Ad Hoc网络的数据传输性能,研究者将数据流特性引入Ad Hoc网络路由协议设计中。随着多媒体应用日益普及,需要在Ad Hoc网络中传送具有自相似特性的音频和视频数据流。自相似数据流使Ad Hoc网络出现拥塞现象,导致节点MAC层接口队列溢出,加剧MAC层的碰撞,甚至会出现因路由控制分组丢失而引起的路径断开现象。本文采用多个Pareto ON/OFF数据源模型叠加来产生自相似数据流,仿真数据流自相似特性对自组织网络AODV路由协议性能的影响。仿真结果表明,自相似程度越高,自组织网络路由协议在端到端平均时延,分组交付率和路由开销方面的性能越差。针对数据流自相似特性对Ad Hoc网络路由协议性能的影响,本文在AOMDV路由协议的基础上,提出了一种新的负载均衡的多径路由协议AOMDV-LB。AOMDV路由协议建立多条从源节点到目的节点的路径,当数据传输路径断开时,源节点可以迅速地切换到其他备选路径,减少了数据分组传输时延和路由开销,能够在一定程度上改善因拓扑结构变化而导致的路径断开的问题。但是AOMDV路由协议仅使用路径建立时间作为选路策略,并没有考虑到路径负载情况。同时,通过对现有的基于负载感知的路由协议的路径负载感知策略的总结,发现现有的路径负载感知策略不能够完全反映出路径拥塞程度或者是过于复杂,增加了节点处理时间和数据传输时延,从而降低了网络的吞吐率。AOMDV-LB路由协议借鉴了AOMDV路由协议的建立多条路径的思想,同时引入了一种新的负载感知策略来计算各条路径的优先级。AOMDV-LB路由协议通过跨层设计的思想,建立路径中间节点MAC层接口队列平均长度和路由控制分组往返时间（Round-tripTime,RTT）的联合模型来计算各条路径优先级。AOMDV-LB路由协议引入因子α来平衡路径中间节点MAC层接口队列平均分组个数和路由控制分组往返时间对路径优先级计算的影响。α越大,路由控制分组往返时间对路径优先级计算的影响越大。本文采用NS2仿真工具对AOMDV-LB路由协议的性能进行了仿真。仿真结果如下:1.改变移动速度的情况下,AOMDV-LB较AOMDV分组交付率提高了1.7%,分组传输时延减小了15.5%,归一化路由开销减小了7.3%;AOMDV-LB较AODV分组交付率提高了4.7%,分组传输时延减小了23.2%,归一化路由开销减小了20.3%。2.改变网络负载的情况下,AOMDV-LB较AOMDV分组交付率提高了0.9%,分组传输时延减小了14.7%,归一化路由开销减小了1.9%;AOMDV-LB较AODV分组交付率提高了3.4%,分组传输时延减小了11.7%,归一化路由开销减小了10.5%。同时,也对AOMDV-LB路由协议中的平衡因子α作了优化。通过实验,确定α的取值,使AOMDV-LB路由协议在分组交付率,端到端平均时延和归一化路由开销方面都有较好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究内容及任务
• 1.3 论文的总体安排
• 第二章 Ad Hoc路由技术研究
• 2.1 Ad Hoc路由协议概述
• 2.2 Ad Hoc路由协议分类
• 2.2.1 表驱动路由协议
• 2.2.2 按需驱动路由协议
• 2.3 基于负载感知的负载均衡路由协议
• 2.3.1 负载感知的按需单径负载均衡路由协议
• 2.3.2 负载感知的按需多径负载均衡路由协议
• 2.4 小结
• 第三章 一种新的负载均衡多径路由协议
• 3.1 AOMDV路由协议
• 3.2 AOMDV-LB路由协议
• 3.2.1 AOMDV-LB设计思想
• 3.2.2 AOMDV-LB无环路径的建立
• 3.2.3 AOMDV-LB分组格式及路由表结构
• 3.2.4 AOMDV-LB负载信息的搜集和路径优先级计算
• 3.2.5 AOMDV-LB的操作步骤
• 3.3 小结
• 第四章 AOMDV-LB的仿真模型
• 4.1 NS2的基本原理
• 4.1.1 NS2内核结构
• 4.1.2 NS2中的Simulator类
• 4.1.3 NS2中移动节点的结构
• 4.1.4 NS2中移动节点的配置接口
• 4.2 AOMDV-LB路由协议NS2仿真平台构建
• 4.2.1 tcl脚本编写
• 4.2.2 网络元素C++代码的实现
• 4.3 仿真数据源
• 4.3.1 自相似的定义
• 4.3.2 自相似序列的特性
• 4.3.3 自相似数据流的产生模型
• 4.3.4 NS2中自相似数据流的产生
• 4.3.5 trace文件的处理
• 4.4 小结
• 第五章 AOMDV-LB的仿真
• 5.1 AODV路由协议在自相似数据流中的性能
• 5.1.1 仿真目的
• 5.1.2 仿真场景
• 5.1.3 仿真结果分析
• 5.2 平衡因子α对AOMDV-LB路由协议性能的影响
• 5.2.1 仿真目的
• 5.2.2 仿真场景
• 5.2.3 仿真结果分析
• 5.3 移动速度对AOMDV-LB路由协议性能的影响
• 5.3.1 仿真目的
• 5.3.2 仿真条件
• 5.3.3 仿真结果分析
• 5.4 网络负载对AOMDV-LB路由协议性能的影响
• 5.4.1 仿真目的
• 5.4.2 仿真条件
• 5.4.3 仿真结果分析
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在学期间的研究成果