因特網(wǎng)與無線局域網(wǎng)若干模型與關(guān)鍵算法研究.pdf

1、本文圍繞用戶通過無線局域網(wǎng)與Internet中的服務(wù)器通信中若干關(guān)鍵問題進(jìn)行模型和算法研究，貢獻(xiàn)及創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個方面：
　　 1.802.11無線局域網(wǎng)MAC層的有限負(fù)載模型。首先，用戶通過無線局域網(wǎng)與Internet服務(wù)器相連，無線局域網(wǎng)的性能直接關(guān)系到用戶與服務(wù)器通信的性能。無線局域網(wǎng)的MAC層協(xié)議對于無線局域網(wǎng)的性能發(fā)揮著重要作用。我們提出了一種有限負(fù)載條件下802.11 MAC層協(xié)議的數(shù)學(xué)模型，該模型利用二維Mark

2、ov鏈分析了802.11無線局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的退避過程及空閑等待過程，通過求解Markov模型的穩(wěn)態(tài)概率，計(jì)算出802.11無線局域網(wǎng)MAC的吞吐量，并得出802.11 WLAN MAC層接入延時(shí)。我們根據(jù)模型結(jié)果，首次提出了802.11MAC在飽和與非飽和臨界條件下的不穩(wěn)定問題，并通過仿真驗(yàn)證了分析結(jié)果。
　　 2.多跳無線局域網(wǎng)的MAC層優(yōu)化協(xié)議。當(dāng)前的單跳無線局域網(wǎng)存在著覆蓋范圍小等問題，目前IEEE802.11s工作組正在制定

3、一種多跳的Mesh WLAN標(biāo)準(zhǔn)，因此多跳的802.11無線局域網(wǎng)是無線局域網(wǎng)研究的前沿課題。本文分析了多跳IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)傳輸失敗原因的非對稱性(即節(jié)點(diǎn)在不同傳輸方向上的導(dǎo)致傳輸失敗原因不相同的特性)，針對已有的802.11 MAC采用相同的失敗重傳機(jī)制存在的問題，提出在多跳IEEE802.11MAC協(xié)議中對于不同的傳輸方向采用非對稱的退避機(jī)制，進(jìn)而提出了MAC層優(yōu)化協(xié)議DCF-CD。DCF-CD主要思想是：根據(jù)對節(jié)點(diǎn)傳

4、輸失敗概率和退避過程中時(shí)隙繁忙概率的估計(jì)，在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸失敗重傳時(shí)以計(jì)算得到的概率增大退避時(shí)間，通過提高多跳802.11網(wǎng)絡(luò)中信道空間復(fù)用能力，來提高網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐能力。本文提出的優(yōu)化協(xié)議不需要對物理層提供額外要求，降低了該優(yōu)化協(xié)議實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
　　 3.Internet路由器主動隊(duì)列管理模型與算法研究。用戶與服務(wù)器在Internet上通信的關(guān)鍵問題是Internet擁塞控制，路由器主動隊(duì)列管理是Internet擁塞控制的重要

5、機(jī)制。本文中，我們根據(jù)TCP/AQM流體模型的分析提出了TCP/AQM系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。流體模型存在著不足，我們利用2-D Markov鏈提出了一種新的TCP/AQM時(shí)延閉環(huán)反饋模型，它不僅能有效地分析TCP發(fā)送窗口、路由器隊(duì)列長度(排隊(duì)時(shí)延)及路由器丟包率的平均值，還能通過Markov鏈的求解得到TCP/AQM系統(tǒng)重要參數(shù)的穩(wěn)態(tài)分布。對于TCP-UDP混合流，本文研究了路由器TCP與UDP區(qū)分服務(wù)的隊(duì)列機(jī)制，并將TCP/AQM Ma

6、rkov模型擴(kuò)展為TCP-UDP/AQM模型，以分析UDP流對TCP/AQM系統(tǒng)的影響；同時(shí)我們提出了一種在單一隊(duì)列中區(qū)分不同優(yōu)先級UDP流的區(qū)分服務(wù)的主動隊(duì)列管理算法，它能夠通過對隊(duì)列狀態(tài)的估計(jì)調(diào)整丟包策略以減少UDP流的丟包率。
　　 4.用戶行為與流量模型和服務(wù)器參數(shù)優(yōu)化算法。影響用戶與服務(wù)器通信性能的另一關(guān)鍵問題是服務(wù)器擁塞控制。我們提出了用戶行為與服務(wù)器消息流量的數(shù)學(xué)模型。我們根據(jù)對用戶隨時(shí)間行為變化的分析，提出了一種

7、用戶狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，根據(jù)用戶行為與服務(wù)器消息流量的關(guān)系以及系統(tǒng)消息相互之間的關(guān)系，提出了服務(wù)器的流量模型。根據(jù)該模型可以估計(jì)到達(dá)服務(wù)器的消息流量，以用于設(shè)計(jì)服務(wù)器容量以及預(yù)測服務(wù)器潛在的擁塞風(fēng)險(xiǎn)。此外，我們分析了服務(wù)器中一種特殊消息隊(duì)列QCVBA(集束式到達(dá)服務(wù)器帶休假隊(duì)列)的模型，并根據(jù)模型分析的結(jié)果提出了一種服務(wù)器的參數(shù)的優(yōu)化算法。利用該算法，服務(wù)器能夠在滿足消息隊(duì)列的QoS要求的前提下，獲得最長的休假時(shí)間處理其它事務(wù)，從而提高服務(wù)器