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多跳Ad Hoc网络中实现语音通信的技术研究

蒋维华  
【摘要】: 多跳Ad Hoc网络是一种分布式无线网络,它不依赖固定的基础通信设施,没有中心控制节点,具有自组织能力,抗毁性强,因此适用于军事通信、抢险救灾、应对突发事件等无法得到有线网络支持或者临时需要通信的环境。在它的基础上扩展语音通信,使图像、语音、数据三合为一,将会节约成本、节省带宽、提高频谱利用率,更适合实际应用。但是,语音传输对实时性要求很高,对时延和时延抖动很敏感,由于Ad Hoc网络具有分布式、信道共享、自组织、动态拓扑等特点,使得现有协议不能为语音传输提供很好的质量保证。因此,如何保障语音在Ad Hoc网络中传输的服务质量成为关键问题之一。 本文主要研究多跳Ad Hoc网络适应语音传输的MAC协议,以IEEE 802.11 DCF协议为基础,针对语音短报文和无线信道广播特性,提出了拼接算法和自适应退避算法,自适应退避算法在拼接算法的基础上,根据节点MAC层发送缓冲区缓存的语音报文数量,使用不同的初始竞争窗口值来实现节点的发送优先级。 DCF采用的是CSMA/CA协议,由于CSMA/CA介质访问机制的公平性,即使瓶颈节点发送缓冲区积累的语音报文很多,也需要多次竞争信道,这样瓶颈节点造成的拥塞会增加语音报文的丢失率和时延抖动。拼接算法可以使节点在一次获得信道的机会里发送多个语音帧,减少语音报文竞争信道带来的时延和报文的头部开销。通过捎带方法实现的自适应退避算法,可使得发送缓冲区里缓存语音报文数量多的中继节点比其它节点有更高的发送优先级,这样可以减少报文发生碰撞的概率。 本文首先介绍了Ad Hoc网络不同于传统网络的特点,这些特点不适合语音报文的传输,特别介绍了瓶颈节点造成的拥塞对语音传输性能的影响及解决网络拥塞问题的相关工作。其次分析了影响语音传输质量的主要因素和当前VoIP QoS的研究动态。最后,针对瓶颈节点对语音通信性能的影响,提出了拼接算法和自适应退避算法,对这两种算法分别进行了理论分析和仿真分析,仿真得出拼接算法和自适应退避算法不仅能减少语音报文的端到端时延和时延抖动,也能保证高吞吐率。


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