移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中資源分配及跨層技術(shù)研究.pdf

1、移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)代表一種無基礎(chǔ)設(shè)施的、完全分布式的、多跳的自治系統(tǒng)。人們有著很大的興趣來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)這種網(wǎng)絡(luò)，以提供多樣化的應(yīng)用服務(wù)，如救災(zāi)和臨時(shí)會(huì)議等。近年來，隨著多媒體應(yīng)用的不斷普及，在移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)質(zhì)量支持已成為一個(gè)重要而又具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。但是，由于無線網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，有限的無線資源與多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求的矛盾日益突出，如何設(shè)計(jì)合理有效的資源分配方案成為保證服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。
　　 本文研究的主要目標(biāo)是

2、在有限帶寬條件下，為移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)建立一種有效的資源分配方案，以保證多媒體應(yīng)用程序的端到端的QoS(Quality of Service)需求，并滿足它們對(duì)時(shí)延、帶寬或丟包率等方面的要求，同時(shí)能提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。本文首先研究了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的資源分配模型和算法，接著研究了網(wǎng)絡(luò)層資源分配技術(shù)，然后研究了MAC(Media Access Control)層資源分配技術(shù)，最后對(duì)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的跨層資源分配技術(shù)進(jìn)行了研究。本

3、研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 (1)在系統(tǒng)地分析Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的信息流競(jìng)爭(zhēng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了新的基于價(jià)格的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)資源分配算法。首先，構(gòu)建移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)資源分配模型，將資源優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為拉格朗日對(duì)偶問題；接著，以價(jià)格作為資源分配的度量指標(biāo)，通過路由發(fā)現(xiàn)時(shí)的價(jià)格查詢以及路由響應(yīng)時(shí)的價(jià)格反饋，消除分布式預(yù)測(cè)帶來的不一致性；最后，利用小波變換將自相似性業(yè)務(wù)的長(zhǎng)相關(guān)性轉(zhuǎn)化為短相關(guān)性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，提出一種改進(jìn)的

4、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)資源分配算法。仿真結(jié)果表明：所提出的算法具有良好的收斂性，與現(xiàn)有的資源分配算法相比提高了資源利用率。
　　 (2)在網(wǎng)絡(luò)層資源分配方面，提出了新的路由算法。在移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)中，判斷路徑優(yōu)劣的度量參數(shù)主要有跳數(shù)、延遲、能量等，常常導(dǎo)致過度使用中心節(jié)點(diǎn)，引起網(wǎng)絡(luò)擁塞。針對(duì)這一問題，首先提出了一種基于價(jià)格感知的多目標(biāo)優(yōu)化按需路由協(xié)議。該協(xié)議以價(jià)格為路由度量指標(biāo)，采用分層的體系結(jié)構(gòu)以獲得全網(wǎng)一致的拓?fù)湟晥D。仿真結(jié)果表

5、明：該協(xié)議提高了分組投遞率并降低了端到端平均時(shí)延，在動(dòng)態(tài)移動(dòng)環(huán)境下具有較好的穩(wěn)定性。接著，在分析DYMO(Dynamic MANET On-Demand)路由協(xié)議優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將DYMO協(xié)議和服務(wù)質(zhì)量及多徑路由結(jié)合起來，提出一種新的QoS感知的多徑DYMO路由協(xié)議QA-DYMO(QoS-Aware Multi-path Dynamic MANET On-Demand)。該協(xié)議以多徑路由為基礎(chǔ)，利用多條鏈路不相交路徑來發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠適應(yīng)

6、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化和較好的支持QoS。
　　 (3)在MAC層資源分配方面，提出新的沖突退避算法和分析模型。首先，在分析傳統(tǒng)的IEEE802.11 DCF協(xié)議退避算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了改進(jìn)的多優(yōu)先級(jí)退避算法和區(qū)分優(yōu)先級(jí)的幀間隔，提出了一種支持區(qū)分服務(wù)的改進(jìn)方案D-DCF(DifferentiatedDistributed Coordination Function)。接著，提出一種四維馬爾可夫鏈模型對(duì)D-DCF進(jìn)行建模，該

7、模型能有效地評(píng)估飽和及非飽和狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)性能。理論和仿真結(jié)果表明：D-DCF在吞吐量和平均分組延遲上的性能都優(yōu)于802.11 DCF，并且能夠支持3種優(yōu)先級(jí)別的區(qū)分服務(wù)。
　　 (4)在跨層資源分配方面，提出一種聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的跨層資源分配算法CL-QARA(Cross-Layer QoS Aware Resource Allocation)。單純的基于MAC層或者網(wǎng)絡(luò)層的資源分配方案無法滿足動(dòng)態(tài)變化的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

8、下的服務(wù)質(zhì)量要求，而將跨層技術(shù)運(yùn)用于資源分配中，可以提供多種服務(wù)質(zhì)量的應(yīng)用。CL-QARA的主要思想是引入價(jià)格作為資源分配的度量指標(biāo)，以QoS帶寬需求為參數(shù)，將網(wǎng)絡(luò)層的動(dòng)態(tài)資源分配信息與MAC層CSMA/CA接入機(jī)制相結(jié)合，以改進(jìn)MAC層的沖突退避算法。并設(shè)計(jì)了改進(jìn)的退避算法和呼叫接入控制算法，以實(shí)現(xiàn)MAC層與網(wǎng)絡(luò)層的跨層技術(shù)。通過QoS感知的資源分配算法和跨層技術(shù)協(xié)同工作，為QoS服務(wù)提供了業(yè)務(wù)保障。仿真結(jié)果表明，CL-QARA算法具