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多跳无线网络中缓存分布与访问调度研究

俞欣  
【摘要】:由于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携设备的大范围使用以及现代人对各类多媒体数据应用和管理的强烈需求,使得无线网络和数据存储的市场持续快速增长。多跳无线网络能够为各类用户提供方便快捷、低成本的数据信息访问、共享、管理等服务。平台的多样性和无线网络环境的复杂性对多跳无线网络的数据传输来说是巨大的挑战。研究发现已有的技术并不能适应和满足用户的新需求,传统的缓存技术和访问调度缺乏针对无线网络的优化。因此,针对多跳无线网络中数据传输的特点进行研究,以提供高性能、高可靠性和低能耗的数据传输服务是一项要求紧迫的任务。 考虑整个多跳无线网络系统的数据传输性能,提出了一种低访问延迟的协作缓存策略:邻接簇汇聚协作缓存策略。该策略将整个网络系统划分为互不重叠的多个簇,簇内节点可以随时同步更新簇的Clusterfile文件,保证各节点缓存空间的有效使用,避免出现缓存数据冗余,浪费有限的空间。而后在此基础上进行扩展,利用邻接簇的位置优势,扩大了节点的协作范围,依然保持较小的额外开销。邻接簇汇聚协作缓存策略可以提高数据访问请求的缓存命中率,增加请求节点从邻近节点获得数据的成功率,显著减少数据访问延迟,达到提高系统数据传输性能的目的。 在实际应用中很多无线节点依靠电池供电运行,系统需要尽可能地降低数据传输能耗,使节点设备可以运行更长的时间。通过减少数据传输的开销,即减少多跳无线网络中数据传输的中继次数,可以达到降低节点能耗的目的。针对这些问题,提出了一种效能均衡型缓存分布策略HRCCache。该策略的主要思想是利用传输路径导航图挖掘节点间潜在联系,分簇策略将网络内节点划分为互不重叠的簇,发掘各个簇中数据传输最活跃的节点,然后将其设为Cache放置节点。策略HRCCache能够大幅度减少系统的总体开销和数据访问延时,提升缓存的使用效率,减少节点参与中继传输的次数,且仅用一个服务器节点就可以满足大量客户端节点的数据访问请求。因此该策略能有效地满足多跳无线网络对数据传输的性能和能耗要求。 使用802.11协议的多跳无线网络中,客户端在访问数据的过程中会遇到高延迟、低可靠性等问题,这是由标准DCF不能有效利用时隙资源和数据访问调度的不公平性导致的。针对这些问题,提出了两种适合多跳无线应用环境的访问调度算法:访问延迟动态优化算法DDoA和性能均衡动态访问优化算法1BDoA。DDoA和PBDoA加入了站点竞争退避次数的收集统计,并随DSDV路由协议在局部区域进行周期性更新。其主要思想是根据站点收集到的局部信息,各个站点对自己的状态进行判断,如果属于相邻区域内退避次数多的站点,就需要优化调整减少退避时间长度,并提高访问优先级。DDoA算法能够以很小的可靠性损失代价换来很高的性能提升,适用于对传输延迟有较高要求的应用环境。PBDoA算法进一步细分了区域内的节点,提高了算法对节点状态判断的准确性,对不同类型站点的退避时间缩减策略更有针对性,因此能够保持性能的均衡增长。 在多跳无线网络的数据访问和传输技术上,为提高服务的性能、可靠性和能效比进行了深入的研究,并提出了一些具有创新性的方法,探索和研究了将新的技术应用于多跳无线网络环境中。


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