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《中南大学》 2010年
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基于网络演算的无线自组网TCP性能分析与改进

李庆华  
【摘要】:无线自组网(Wireless Ad Hoc Networks)是由一组具有路由转发功能的移动节点组成,其特点是没有固定的通信设施,网络中的所有节点都是可以移动的,每个节点既是终端又是路由器。无线自组网的组网方式非常灵活,代表了未来无线通信领域发展的方向之一,有着广阔的应用前景。 因为数据传输的可靠性,TCP协议现已成为互联网上一种最为广泛配置的协议之一,随着无线通信技术的发展,在无线网络上采用TCP协议将成为人们很自然的选择。但TCP协议在无线自组网中性能较差,如吞吐率较低、稳定性和公平性较差、存在频繁的伪重传等。因此,对无线自组网环境下的TCP协议进行分析和改进显得非常迫切。网络演算理论作为近年来新出现并得到快速发展的网络QoS理论,它在网络数据流的延迟、延迟抖动、队列缓冲区大小以及丢包率等一些分组交换网络基本属性的分析和计算中显示出了强大的功能。本文利用网络演算对无线自组网环境下的TCP协议性能进行分析和改进,主要工作和创新性成果如下: (1)基于网络演算理论提出了TCP数据流的延迟及延迟抖动上界和吞吐量上界模型,并进行了仿真分析 精确的TCP性能上界分析对无线环境下TCP协议的性能改进具有指导意义;对进入无线自组网节点的TCP数据流进行漏桶管制,节点为TCP提供基于速率-延迟模型的服务保障,在已有无线自组网链路吞吐量模型的基础上利用网络演算理论推导了TCP数据流的延迟及延迟抖动上界和吞吐量上界模型;通过仿真实验分析表明基于网络演算的无线自组网TCP性能上界模型具有较好的性能,同时也表明现有TCP协议在无线环境下还存在较大的改进空间,从而为后续的研究指明了方向。 (2)分析了无线环境下TCP定时器的性能问题,提出了针对无线自组网环境的TCP定时器改进方法 仿真并分析了无线自组网TCP数据流重传定时器(RTO)与传输回路时间(RTT)的关系,通过实验结果指出在RTT剧烈振荡的无线多跳网络环境下RTO的变化会滞后于RTT的变化,从而导致TCP定时器的RTO估计算法不准确,造成TCP频繁的伪重传;利用线性均方误差理论对当前数据传输的RTT值进行估计,在此基础上利用网络演算理论推导了TCP数据流的最小传输延迟上界并以此改进了RTO的估计算法;在各种拓扑形式的仿真实验中,对基于最小延迟上界的RTO算法与RFC 2988标准算法进行了比较,结果表明基于最小延迟上界的RTO算法能更准确的估计TCP数据传输回路延迟,减少TCP数据传输中的伪重传,提升无线环境下TCP协议的数据传输效率。 (3)研究了TCP的网络拥塞丢包率,提出了保证数据流拥塞丢包率为零的TCP发送窗口上限WThresh 首先仿真并分析了无线自组网TCP数据流拥塞丢包数与队列长度和发送窗口大小的关系,指出在一定的网络条件下可以保证数据流网络拥塞丢包率为零;然后在已有无线自组网链路吞吐量模型的基础上利用网络演算理论推导了保证数据流拥塞丢包率为零的TCP发送窗口上限WThresh,且仿真验证了当TCP发送窗口限制在理论计算的WThresh范围内时其数据流拥塞丢包率为零;基于WThresh的改进协议TCP- WThresh能在拥塞窗口上限范围内准确判断丢包为非拥塞丢包,有效避免TCP误启动拥塞控制机制,使TCP-WThresh在各种拓扑形式的无线自组网环境下都能获得较好的稳定性和较高的吞吐量。 (4)仿真分析了TCP的不公平性,提出了改善TCP公平性的混合算法 TCP流的不公平性在无线自组网中是一个广泛存在的问题;本课题首先对十字型拓扑环境下无线自组网TCP数据流公平性进行了仿真分析,指出TCP的公平性与TCP数据报传输回路时间RTT和数据报大小相关;然后基于服务曲线最早期限优先调度模型,推导了保证节点内资源公平分配的无线自组网TCP流的分组调度算法,并结合已有的节点间信道资源公平分配算法,提出了TCP数据流公平性改进策略;仿真实验表明,基于服务曲线的TCP公平性混合改进策略在十字形和网格形式拓扑的无线自组网环境下显著改善了其TCP流的吞吐率公平性。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.5

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张珍珍;基于随机网络演算的无线机会调度性能分析[D];广西大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任丰原,林闯,魏丫丫,樊燕飞;主动队列管理中的智能分组丢弃新机制[J];电子学报;2002年S1期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
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7 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 宫宇;基于STBC-OFDM技术的海上移动通信新框架体系的研究[D];大连海事大学;2010年
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5 陈磊;激光测风雷达回波信号处理技术的研究[D];长春理工大学;2010年
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【同被引文献】
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10 陈庆;牛志升;;基于图论的无线多跳网络合作机会调度[J];清华大学学报(自然科学版);2008年10期
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1 钱雨;3G LTE上行无线资源管理关键技术的研究[D];北京邮电大学;2007年
2 张金文;采用自适应天线阵列宽带无线接入系统的下行分组调度技术[D];北京邮电大学;2007年
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5 李琰;无线宽带网络动态调度与跨层优化研究[D];华中科技大学;2008年
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1 李明辉;基于网络演算的网络建模方法研究[D];西南交通大学;2007年
【二级参考文献】
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1 苏爱国,张光昭;Ad Hoc网络中的TCP不稳定性分析与改善[J];电路与系统学报;2005年05期
2 任丰原,林闯,魏丫丫,樊燕飞;主动队列管理中的智能分组丢弃新机制[J];电子学报;2002年S1期
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5 李昊妍;梁景平;张秀丽;殷德民;;人牙髓干细胞与β-TCP复合后的体内外实验研究[A];全国第八次牙体牙髓病学学术会议论文汇编[C];2011年
6 房彦军;袭著革;晁福寰;;TCP暴露致稀有鮈鲫肝脏损伤的比较蛋白质组学研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
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10 王英龙;Ad Hoc网络路由协议安全性分析方法研究[D];山东大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张小荣;无线自组网中基于渗流理论的数据传输方法研究[D];吉林大学;2010年
2 胡代荣;基于无线自组网的自动抄表系统的研究[D];大连海事大学;2010年
3 占小利;无线自组网络中的资源分配和广播协议[D];华中师范大学;2005年
4 李梦阳;基于WMPLS的无线自组网组播机制[D];吉林大学;2005年
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6 于铁栓;无线传感器网络拓扑控制算法研究与仿真[D];大连理工大学;2006年
7 付平;无线自组网QoS路由研究[D];南京理工大学;2010年
8 薛秀华;基于移动代理的RSVP方案和MANET路由协议研究[D];湖南大学;2004年
9 谢世欢;Linux系统上AODV路由协议的实现[D];电子科技大学;2004年
10 王桂军;微功率无线集抄系统的设计与应用实现[D];北京邮电大学;2011年
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