Ad Hoc网络拥塞控制性能分析与优化研究

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Ad Hoc网络(自组织网络)是由一组无线节点或终端相互合作而形成的、无固定基础设施的、采用分布式管理的网络,是一种自创造、自组织和自管理网络。传统的TCP拥塞控制机制为有线网络设计,它把网络拥塞当成丢包或超时的唯一原因。但在Ad Hoc网络中丢包可能是由随机误码、路由重建与连接断开、链路层竞争失败等多种原因导致。目前,Ad Hoc网络的拥塞控制还没有统一稳定的方案。本文对Ad Hoc网络下的拥塞控制方案进行了研究。首先,对传统有线场景下的拥塞控制算法包括Tahoe、Reno、New Reno、SACK、Vegas等进行了基于NS2的有线场景和Ad Hoc场景下的拥塞控制算法的性能对比,仿真结果表明传统的TCP算法在Ad Hoc网络中性能大幅下降,因此有必要设计适用于Ad Hoc网络的拥塞控制方案。其次,仿真了Ad Hoc网络中拥塞控制面临的主要问题,包括隐藏节点与暴露节点、高误码率、高移动性等,这些问题是Ad Hoc网络与传统有线网络的根本的不同之处,也是设计Ad Hoc拥塞机制的出发点。然后,基于NS2平台研究和评估了已有的Ad Hoc网络拥塞控制方案,包括基于链路层的改进方案、基于网络层的改进方案、基于传输层的改进方案、跨层方案。对其中两种基于传输层的端到端的改进方案,TCP Westwood和ADTCP进行了更加详尽的研究。最后,本论文在基于对Ad Hoc网络环境下拥塞控制所面临的问题进行的仿真分析、对于有线环境下的拥塞控制方案和已有的Ad Hoc拥塞控制方案的原理及性能进行了详细研究与仿真评估的基础上,针对Ad Hoc网络环境的特点对已有的Ad Hoc方案ADTCP进行了改进。优化了分组间延迟差值和短期吞吐量的计算方法,采用抑制拥塞窗口贪婪性来降低拥塞窗口的震荡性,提出合并ACK机制以减少反向数据流的竞争。基于NS2的仿真结果表明改进方案对Ad Hoc网络的拥塞控制的性能有明显的提升和改善,改进方案在误码率、移动性较强、多TCP流竞争的Ad Hoc环境中吞吐量指标上高于未改进方案。在误码率取0.05时、移动速率取5m/s和15条TCP流的竞争条件下,分别相对于原ADTCP方案吞吐量提升了19.2%、14.9%和27.3%。
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