移动Ad Hoc网络的跨层优化拥塞控制

基于网络协议层框架充分分析了TCP应用到Ad Hoc网络导致性能下降的原因,包括:物理层中易损耗的无线信道, MAC层中的过度竞争和不公平接入,网络层中节点移动引起的频繁路由失效,传输层中TCP采用的不合适机制,包括基于窗口的传输、基于数据包丢失的拥塞指示,拥塞窗口的慢启动和AIMD、对ACK自定时的依赖;提出了全新的适合Ad Hoc网络特性的跨层优化拥塞控制协议CCOC(cross-layer optimal congestion control).CCOC运用了跨层设计框架来改进MAC层的接入信道公平性、检测虚假链路失效、减少路由失效次数、加快路由切换后的重启动、运用SACK实现可靠传输和实施非线性优化论指导设计的自适应优化策略;描述了CCOC的协议体系结构;实施了详细的NS仿真实验,仿真结果表明,在几乎所有的仿真场景和移动环境下,CCOC比TCP和ATCP在许多重要性能指标,如吞吐量和公平性方面都有了明显的改进.     

MAN ETs中基于TCP的网络拥塞识别控制算法

针对现有TCP协议无法区分MANETs网络性能下降原因的问题,分析移动自组织网络的网络拥塞、MAC层及路由中断等现象出现的可能原因,提出基于短期网络吞吐量（short time throughput ,STT）的拥塞识别策略,改进基于带宽估计的慢启动改进算法（improved slow start ,ISS）,在此基础上提出一种适用于移动Ad Hoc网络的拥塞识别控制算法TCP‐AHN （TCP for Ad Hoc networks）。仿真结果表明, TCP‐AHN算法在平均窗口拥塞值、网络吞吐量及分组平均重传次数方面优于传统拥塞控制算法,验证了TCP‐AHN算法的有效性。     

提升无线网络TCP公平性的跨层机制研究

主要研究多跳无线Ad Hoc网络中TCP业务的公平性问题,分析了造成TCP业务不公平的多种原因,并验证MAC层的介质访问延迟能够反映出无线信道的拥塞程度,在此基础上提出基于MAC层传输延迟的邻居区域随机提前检测机制,即Mac-layer Delay and Neighborhood Random Early Detection (MDNRED).该机制主要包括四部分内容:测量MAC延迟;判断拥塞发生位置;发出拥塞通知;节点计算丢包概率.仿真试验证实,在特定场景下MDNRED机制能够在保证一定吞吐率的基础上有效提升各条TCP流的公平性.     

基于OMNeT++的Ad Hoc网络跨层协议栈仿真

针对OMNeT++的MFW组件中物理层和MAC层模块的错误进行修正和功能改进,实现基于RBAB的IEEE 802.11b协议速率自适应数据传输,建立移动Ad Hoc网络跨层协议栈模型的网络仿真框架,实现将Ad Hoc网络MAC层的速率自适应机制与其路由协议联合优化设计的仿真。结果表明,在移动环境下,采用跨层设计的网络协议栈能大幅提高Ad Hoc网络系统的性能。     

一种基于MAC层拥塞度的MPR选择算法实现及运用

在移动Ad Hoc网络中,随着网络节点移动速度加快,MAC层拥塞程度加剧,势必严重影响网络数据传输成功率和加大传输延时。本文通过对HELLO消息、TC消息的修改来获取并传输MAC层的拥塞信息同时通过仿真实验设定阀值,对OL-SR(Optimized Link State Routing)路由协议进行MPR重定义以实现数据的及时传输。仿真实验表明改进后的方案在节点移动速度较快时,能够显著提高数据传输成功率,增加网络承受负载能力,提高OLSR的路由传输能力。     

移动自组织网络服务质量控制机制综述

综述了移动Ad Hoc网络的QoS机制,将其划分为链路层、网络层、传输层、跨层优化和网络间QoS机制,并加以比较和分析。链路层QoS机制主要在于提供QoS控制的MAC协议。学者在网络层设计了各种服务质量感知路由,包括原有路由协议的QoS控制扩展和全新的支持QoS控制的路由协议。为了区分传输失败的原因以及降低资源竞争,传输层提供适合移动Ad Hoc网络的TCP协议。为了全面解决链路层触发、路由选择和负载平衡的问题,学者提出跨层构建QoS体系结构。网络间QoS机制主要在于提供移动Ad Hoc网络和固定结构网络之间的QoS保证。最后进行对比总结,指出了各种技术的特点和适用范围,并展望了该领域的未来发展方向。     

一种基于端到端的Ad Hoc网络TCP拥塞控制改进算法

提出了一种基于端到端的Ad Hoc网络TCP拥塞控制改进算法IADTCP(Improvement AD hoc network TCP congestion control).对现有Ad Hoc网络慢启动方案进行改进,以解决拥塞窗口增长不够平滑的问题;利用两连续数据包单向传输延迟差异IDD和短期吞吐量STT两个度量参数,联合判断网络拥塞状态;用丢包率PLR和包错序率POR判断信道错误、路由改变等网络状态;通过回送的ACK数据包携带网络状态信息,以便让发送端采取适当的控制措施.仿真结果表明,该方案是可行和有效的.     

多跳Ad Hoc网络TCP拥塞控制改进方案

为改进传输控制协议TCP在无线移动网络环境下的通信性能,减少网络拥塞,分析了Ad Hoc网络Web通信时数据丢失的主要原因,提出了利用探测包探测网络传输性能重新划分网络状态的方法来改进TCP拥塞控制.仿真结果表明,改进后的TCP拥塞控制机制能够明显提高无线多跳Ad Hoc网络环境下Web通信的性能,避免拥塞.     

无线传感器网络中一种优化的隐式跨层传输控制算法

为了提高无线传感器网络的传输质量,对Ad Hoc网络中一种隐式逐跳的跨层拥塞控制协议做了改进.通过路由层、MAC层与传输层合作,使得隐式逐跳的传输控制协议在无线传感器网络中能够适用.路由层采用静态路由协议,设置2个目的接收节点来防止洪泛产生.在传输层通过引入相对信息熵理论实现隐式确认,以提高数据传输的可靠性.在MAC层根据节点距拥塞区域的跳数来决定信道竟用的退避时间.跨层设计有效地解决了无线传感器网络中的传输控制问题.通过Matlab仿真证明:与现有的传输层协议相比,改进的方法能降低网络的负载,增加网络的吞吐量,减少网络的延迟和丢包率.     

基于综合度量的Ad Hoc网络跨层路由协议

Ad Hoc网络路由协议普遍采用最短路径准则,无法有效支持多速率传输并容易导致网络局部拥塞。针对该问题,利用协议栈跨层设计的思想,提出一种基于综合度量的路由协议SMRP。该协议综合考虑链路速率值、MAC竞争度和网络队列长度多种因素选择路径,能有效利用多速率传输能力,避开拥塞节点。仿真实验结果证明,该协议能从网络吞吐量、分组时延等方面有效提高网络性能。     

TCP Issues in Mobile Ad Hoc Networks: Challenges and Solutions

Mobile ad hoc networks （MANETs） are a kind of very complex distributed communication systems with wireless mobile nodes that can be freely and dynamically self-organized into arbitrary and temporary network topologies. MANETs inherit several limitations of wireless networks, meanwhile make new challenges arising from the specificity of MANETs, such as route failures, hidden terminals and exposed terminals. When TCP is applied in a MANET environment, a number of tough problems have to be dealt with. In this paper, a comprehensive survey on this dynamic field is given. Specifically, for the first time all factors impairing TCP performance are identified based on network protocol hierarchy, i.e., lossy wireless channel at the physical layer; excessive contention and unfair access at the MAC layer; frail routing protocol at the network layer, the MAC layer and the network layer related mobile node; unfit congestion window size at the transport layer and the transport layer related asymmetric path. How these factors degrade TCP performance is clearly explained. Then, based on how to alleviate the impact of each of these factors listed above, the existing solutions are collected as comprehensively as possible and classified into a number of categories, and their advantages and limitations are discussed. Based on the limitations of these solutions, a set of open problems for designing more robust solutions is suggested.     

基于MAC层信息的OLSR改进方案

针对移动Ad Hoc网络通信节点共享通信介质且易受网络负荷影响的特点，提出了一种基于MAC层信息的OLSR协议改进方案。该方案通过对HELLO消息、TC消息的修改来获取并传输MAC层的拥塞信息，对路径选择算法进行改进以评估节点的网络负荷，选择出一条网络负荷和冲突较轻的路由，从而减少数据在MAC层和物理层的丢包。方案改进了TC消息源头节点的发送方式，采用源节点二次发送机制以降低对路由性能有重要影响的信令信息丢失的概率，稳定路由协议的性能，减少数据在网络层的丢包。仿真实验表明改进后的方案在网络负荷较重时，在不同的移动速率下均能提高数据传输的成功率，增强网络承受负荷的能力，提高其路由传输的性能。     

无线局域网中TCP公平性问题研究综述

在无线局域网络中,由于无线MAC层协议只能保证各无线节点的公平接入无线信道,如何确保传输层TCP流的公平性就变得十分重要.TCP闭环拥塞控制的贪婪性、MAC协议节点接入公平性和无线信道的异构性,导致TCP在无线局域网络出现多种不公平问题.对当前存在的几种TCP不公平问题及相应的解决方法进行了分析和比较,阐述了目前亟待解决的主要问题和今后的研究方向.     

无线自组织网络中TCP稳定性的分析及改进

在无线自组织网络中,基于IEEE 802.11的TCP流存在严重的不稳定性,其原因与MAC协议、路由协议和TCP本身均有一定的关系,但最根本之处在于MAC协议的不公平性以及假的链路失效消息导致了不必要的耗时的路由发现过程.结合IEEE802.11的MAC协议和DSR路由协议,对这些原因进行了深入的理论分析和仿真实验,并提出了针对MAC协议和路由协议的改进算法.仿真结果证明,提出的改进算法不仅能基本上避免TCP流的不稳定性,还能够极大地提高TCP流的平均吞吐量.     

TCPW协议的跨层优化设计

传统TCP协议直接应用于混合网络会导致网络性能下降,基于带宽估算的TCPW协议是一种端到端的解决方案。针对TCPW协议带宽估算不够准确的问题,利用介质访问控制层的请求发送次数作为拥塞度量,提出TCPW协议的跨层优化设计。仿真结果表明,该优化设计的总吞吐量和公平性相比TCPW协议分别提高了23.8%和2.5%。     

单载波WMN中跨层拥塞反馈算法研究

在单载波无线Mesh网络(WMN)中,网络拥塞是影响系统性能的一个重要因素。为此,提出一种跨层拥塞反馈算法,通过拥塞反馈将不同协议层作为一个整体架构进行优化设计。各层利用本地信息进行分布式计算完成个体优化,即在传输层、网络层、链路层、物理层分别优化拥塞控制、路由策略、MAC调度、AMC模式,以达到整体性能优化的目的。仿真结果表明,该算法能降低拥塞率,且其吞吐量相比传统IEEE802.11 TCP提升约18%。     

Revealing the problems with 802.11 medium access control protocol in multi-hop wireless ad hoc networks

The IEEE 802.11 medium access control (MAC) protocol is a standard for wireless LANs, it is also widely used in almost all test beds and simulations for the research in wireless mobile multi-hop ad hoc networks. However, this protocol was not designed for multi-hop networks. Although it can support some ad hoc network architecture, it is not intended to support the wireless mobile ad hoc network, in which multi-hop connectivity is one of the most prominent features. In this paper, we focus on the following question: can IEEE 802.11 MAC protocol function well in multi-hop networks? By presenting several serious problems encountered in transmission control protocol (TCP) connections in an IEEE 802.11 based multi-hop network, we show that the current TCP protocol does not work well above the current 802.11 MAC layer. The relevant problems include the TCP instability problem found in this kind of network, the severe unfairness problem, and the incompatibility problem. We illustrate that all these problems are rooted in the MAC layer. Furthermore, by revealing the in-depth cause of these problems, we conclude that the current version of this wireless LAN protocol does not function well in multi-hop ad hoc networks. We thus doubt whether the current WaveLAN based system is workable as a mobile multi-hop ad hoc test bed. All the results shown in this paper are based on NS2 simulations, and are compatible with the results from the OPNET simulations.     

异构无线网络中TCP Vegas算法的研究与改进

异构无线网络是将不同接入技术、不同性能的网络融合到一起构成的单个逻辑网络。异构无线网络中,TCP端到端的拥塞控制机制对网络的健壮性和稳定性具有非常重要的作用,因此是网络研究的一个热点问题。针对异构无线网络中移动节点发生垂直切换时传输层性能下降的特点,提出了一种基于TCP Vegas的传输层拥塞控制算法B-Evegas。给出了垂直切换发生时的传输控制方法,垂直切换后拥塞窗口的恢复采用带宽估计与分段增加策略,并引入了快速恢复机制,在拥塞窗口过大时根据链路的时延指数性地减小拥塞窗口。仿真结果表明,该算法是合理的,可以有效提高垂直切换发生后TCP连接的吞吐量或者减小数据包的传输时延。     

一种Ad Hoc网络端到端的TCP拥塞控制改进方案

传统的TCP协议是为有线网络而设计的,它假定数据包的丢失是由网络拥塞引起的,然而在Ad Hoc网络中,除拥塞丢包外,其它非拥塞因素也会引起数据包的丢失。分析Ad Hoc网络影响TCP性能的主要因素,在原有拥塞控制方案MMJI的基础上,提出了一种端到端的TCP拥塞控制改进方案（Imp MMJI）。该方案能根据前向路径跳数自适应调整拥塞窗口的大小,防止拥塞窗口过快增长,当发生路由改变或链路中断时,重新计算拥塞窗口cwnd和ssthresh的值,以确保路由重建前后TCP连接负载率的一致性;并在ACK应答包的TCP首部增加了状态标志位,结合多个度量参数联合判断网络状态,提高网络状态识别的准确性,使发送端实时采取相应的措施。仿真结果表明,该方案能使网络吞吐量得到明显的提高,改善了TCP的性能。