本文選題：Ad + Hoc網(wǎng)絡(luò)��； 參考：《西安電子科技大學》2014年博士論文

【摘要】：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種自組織的無線網(wǎng)絡(luò),由不依賴于基礎(chǔ)設(shè)施支持和控制的自由通信節(jié)點組成。因其可以實現(xiàn)快速組網(wǎng)并具有強魯棒性的特點,Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)已逐漸應(yīng)用到許多關(guān)鍵場景中,例如戰(zhàn)場通信,搶險救災(zāi),增大現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率,等等。因此,Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)被認為是下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)體系的重要組成部分之一。網(wǎng)絡(luò)性能評估是研究Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的核心課題,對實際的組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義,是推動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、實用化以及商業(yè)化的決定性因素。路由協(xié)議設(shè)計是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),直接影響Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。良好的路由協(xié)議設(shè)計可以提高Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的整體性能。在國家科技重大專項“廣域覆蓋低成本寬帶接入組網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用示范網(wǎng)絡(luò)開發(fā)國”(2012ZX03004002-003),863項目“大規(guī)模無線自組織網(wǎng)絡(luò)的新型路由協(xié)議”(2007AA012217),國家自然科學基金項目“基于網(wǎng)絡(luò)最大流量統(tǒng)計容量的無線自組織網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化技術(shù)”(61172079),國家自然科學基金項目,“基于MIMO和協(xié)同通信技術(shù)的大規(guī)模移動自組織網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)”(60972048)的支持下,本文首先對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的時延、吞吐量以及開銷等主要性能指標進行理論分析,然后基于理論分析結(jié)果,提出了幾種適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。本文的主要內(nèi)容和貢獻包括以下幾個方面：第一部分分析了跳數(shù)受限(L≤2)移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的時延性能。在此Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中,源節(jié)點發(fā)送多個數(shù)據(jù)包副本到不同中繼節(jié)點,利用這些節(jié)點的移動性,當其移動到目的節(jié)點附近時再將數(shù)據(jù)包傳遞給目的節(jié)點。首先,將數(shù)據(jù)包的傳遞過程建模為一個離散隨機過程,計算其狀態(tài)之間的平均轉(zhuǎn)移步數(shù),得到了數(shù)據(jù)包從源節(jié)點隊首傳遞到目的節(jié)點所需時延(即傳遞時延)上界的閉合表達式,并給出了在傳遞時延最優(yōu)條件下的發(fā)送副本數(shù)f與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)N的關(guān)系f=O((?)N)。進一步,基于平均剩余服務(wù)時間,對數(shù)據(jù)包在源節(jié)點的排隊時延進行了理論分析,從而得到了端到端時延性能。最后,給出數(shù)值仿真結(jié)果直觀地展現(xiàn)時延性能隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和業(yè)務(wù)負載的變化趨勢。第二部分分析了節(jié)點緩存受限Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的容量性能。當網(wǎng)絡(luò)節(jié)點緩存大小為K時,在充分考慮節(jié)點間無線干擾和信道競爭的前提下,利用排隊理論將節(jié)點緩存隊列建模為G/G/1/K排隊模型。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)造了一個完備的理論框架分析了達到網(wǎng)絡(luò)吞吐量上界的必要條件,以及在此條件下節(jié)點緩存隊列的平均到達率和服務(wù)速率,并推導(dǎo)出單節(jié)點吞吐量C隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)目的漸進變化趨勢C=O(1-1/K)。進一步,針對對稱網(wǎng)絡(luò)拓撲和非對稱網(wǎng)絡(luò)拓撲,給出了可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)吞吐量上界的調(diào)度策略。第三部分針對節(jié)點緩存受限Ad Hoc網(wǎng)絡(luò),提出了丟包開銷的概念,即定義由于接收節(jié)點的緩存溢出導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失時,之前用于發(fā)送此數(shù)據(jù)包所消耗的帶寬為丟包開銷。通過分析實現(xiàn)節(jié)點緩存受限Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路徑的條件,建立了評估其在任意路由策略下丟包開銷的理論框架。仿真結(jié)果顯示現(xiàn)有路由協(xié)議仍然具有很大的改善空間以減小丟包開銷,提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。第四部分提出了一組適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的高效路由協(xié)議。首先提出了一種具有業(yè)務(wù)感知能力的路由協(xié)議TACR,它能夠利用基于維納過程的預(yù)測方法感知網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)變化,及時調(diào)整路由策略,并通過引入分布式Q學習算法動態(tài)調(diào)整路由生存期,提高了路由的自適應(yīng)性。其次,提出了具有端到端擁塞控制功能的路由協(xié)議ECCR, ECCR將路徑的長度和擁塞狀況相結(jié)合作為最優(yōu)路徑的選擇標準,提高了網(wǎng)絡(luò)性能。進一步,在ECCR的基礎(chǔ)上提出了M-ECCR, M-ECCR結(jié)合了單路徑路由和多路徑路由在網(wǎng)絡(luò)擁塞控制中各自的優(yōu)勢,是一種混合路徑的新型路由協(xié)議。最后,在TACR和ECCR的基礎(chǔ)上,結(jié)合兩者的優(yōu)點,提出一種新的業(yè)務(wù)均衡認知路由協(xié)議NLBCR。NLBCR在利用基于維納過程的預(yù)測方法感知業(yè)務(wù)的同時,通過對局部現(xiàn)有路徑的調(diào)整,在盡可能不增加原有路徑長度的情況下減少了網(wǎng)絡(luò)擁塞,并通過重新確認現(xiàn)有路由的有效期來避免不必要的路由發(fā)現(xiàn),降低了控制開銷。仿真結(jié)果顯示NLBCR能夠有效的提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,降低網(wǎng)絡(luò)時延,并減小網(wǎng)絡(luò)開銷。
[Abstract]:Ad Hoc network is a self organizing wireless network, composed of free communication nodes which are not dependent on infrastructure support and control. Because of their fast networking and strong robustness, the Ad Hoc network has been applied to many key scenes, such as battlefield communications, rescue and disaster relief, and increasing the coverage of existing cellular networks. Therefore, Ad Hoc network is considered to be one of the important components of the next generation wireless communication network system. Network performance evaluation is the core subject of the study of the Ad Hoc network. It has important guiding significance to the actual networking and network optimization. It is the decisive factor to promote the development, use and commercialization of the Ad Hoc network. Design is the key technology of Ad Hoc network, directly affecting the data transmission of Ad Hoc network. Good routing protocol design can improve the overall performance of Ad Hoc network. In the national science and technology major special "wide area coverage low cost broadband access networking technology and application demonstration network development country" (2012ZX03004002-003), the 863 project "large-scale no" 2007AA012217, National Natural Science Foundation Project "wireless self organizing network performance optimization technology based on network maximum traffic statistics capacity" (61172079), National Natural Science Foundation project, "large-scale mobile ad hoc network routing technology based on MIMO and cooperative communication technology" (609) Under the support of 72048), this paper first analyzes the main performance indexes of Ad Hoc network, such as delay, throughput and overhead, and then proposes several routing protocols for Ad Hoc networks based on the theoretical analysis results. The main contents and contributions of this paper include the following aspects: the first part analyses the Limited number of hops (L < 2). The time delay performance of the mobile Ad Hoc network. In this Ad Hoc network, the source node sends multiple packet copies to the different relay nodes, and uses the mobility of these nodes to transfer the packets to the destination node when they move to the destination node. First, the data packet transfer process is modeled as a discrete random process, and its form is calculated. The average transfer step between States gets the closed expression of the time delay (the transfer delay) upper bound of the packet from the source node to the destination node, and gives the relationship f=O (((?) N) of the number of transmitted copies F and the network node number N under the optimal transfer time delay. The queuing delay of the source nodes is theoretically analyzed, and the end to end delay performance is obtained. Finally, the numerical simulation results are given to show the variation trend with network size and the traffic load. The second part analyzes the capacity energy of the node cache limited Ad Hoc network. Considering the wireless interference and channel competition among nodes, the node caching queue is modeled as a G/G/1/K queuing model by queuing theory. On this basis, a complete theoretical framework is constructed to analyze the necessary conditions to reach the upper bound of the network throughput, and the average rate of arrival and service rate of the node caching queue under this condition. And the gradual change trend of single node throughput C with the number of network nodes is derived C=O (1-1/K). Further, for symmetric network topology and asymmetric network topology, a scheduling strategy that can realize the upper bound of network throughput is given. The third part proposes the concept of packet loss overhead for the node cache Limited Ad Hoc network, which is defined because When the cache overflow of a receiving node leads to a packet loss, the bandwidth consumed before the packet is used as a packet loss overhead. By analyzing the condition of the optimal path of the node cache limited Ad Hoc network, a theoretical framework for evaluating the packet loss overhead under any routing policy is established. The simulation results show that the existing routing protocol is still still available. There is a great improvement in space to reduce packet loss and improve network throughput. Fourth a set of efficient routing protocols for Ad Hoc networks is proposed. First, a routing protocol, TACR, which has business perception ability, is proposed. It can use the predictor method based on the Wiener process to perceive network business changes and adjust the routing in time. The strategy, by introducing the distributed Q learning algorithm to dynamically adjust the routing survival time, improves the routing adaptability. Secondly, a routing protocol ECCR with end to end congestion control is proposed. ECCR combines the length of the path and congestion as the selection criterion for the optimal path, and improves the network performance. Further, in the base of ECCR M-ECCR, which combines the advantages of single path routing and multipath routing in network congestion control, is a new routing protocol with mixed paths. Finally, on the basis of TACR and ECCR, combining the advantages of the two, a new business equilibrium recognition routing protocol, NLBCR.NLBCR, is proposed in the use of Wiener process. At the same time, the prediction method can reduce the network congestion by adjusting the local existing path without increasing the original path length, and reaffirm the validity of the existing routing to avoid unnecessary routing discovery and reduce the control overhead. The simulation results show that NLBCR can effectively improve the network swallowing. Spit, reduce network delay, and reduce network overhead.
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2104744