【摘要】：近年來,無線Ad hoc網(wǎng)絡憑借其便捷性、及時性和移動性等特點得到了廣泛關注與應用。而這些特點也為Ad hoc網(wǎng)絡協(xié)議與算法的設計帶來了難度。為了保證服務質量(Quality of Service, QoS),需要在開放式系統(tǒng)互聯(lián)(Open System Interconnection, OSI)模型中為每一層設計適合Ad hoc網(wǎng)絡的算法和層間協(xié)議。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡媒體接入控制機制IEEE802.11MAC協(xié)議無法提供實時業(yè)務的QoS保證,因此需要在802.11協(xié)議框架下設計基于QoS保證的分組業(yè)務調度策略以提高Ad hoc網(wǎng)絡系統(tǒng)整體性能。調度策略設計作為Ad hoc網(wǎng)絡及下一代無線網(wǎng)絡通信發(fā)展的一項關鍵技術,有效地減少了鏈路干擾和沖突,控制了隊列擁塞,增大了網(wǎng)絡容量,以全局的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的優(yōu)化配置。因此,在無線網(wǎng)絡中,基于優(yōu)化的思想,在保證特定QoS性能指標的前提下分時隙的完成分組調度,對有效改善無線Ad hoc網(wǎng)絡性能具有重要意義。本論文以排隊論和資源分配理論為基礎,提出一套基于吞吐量和端到端平均時延保證的調度性能評估方法,并從理論分析和實際應用兩方面對調度策略原理進行深入研究,考慮各種網(wǎng)絡環(huán)境,針對不同實現(xiàn)方式提出基于不同QoS保證的調度算法。此外,在多跳多路徑業(yè)務流情況下,提出了基于吞吐量保證的跨層聯(lián)合方案,為下一代無線通信網(wǎng)絡協(xié)議設計提供了一定的理論依據(jù)和技術基礎。本論文的主要工作和技術創(chuàng)新如下： 第一,針對單跳信息傳輸網(wǎng)絡,根據(jù)分組調度不同的實現(xiàn)方式,分別就集中式與分布式調度策略進行數(shù)學建模。而后,針對多跳多路徑網(wǎng)絡環(huán)境,建立了基于吞吐量保證的跨網(wǎng)絡層路由選擇和鏈路層調度的跨層聯(lián)合方案模型。該模型將網(wǎng)絡層與鏈路層聯(lián)系起來,通過層與層之間的相互合作提高系統(tǒng)整體性能。建立調度模型之后,以排隊論、馬爾科夫理論為基礎,基于李雅普諾夫分析法提出了一套調度策略性能評估理論框架,通過對整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析考察調度算法或跨層聯(lián)合方案的吞吐量和端到端平均時延這兩項重要的QoS性能指標。此框架是分組調度研究的方法論,用于分析在不同網(wǎng)絡環(huán)境和流量模型下網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性、調度算法的吞吐量和平均時延性能,具有重要的理論指導意義。 第二,根據(jù)集中式調度模型和調度算法性能評估理論框架,在無線單跳Ad hoc網(wǎng)絡環(huán)境中,提出了基于時延改進的最大權重調度算法(Delay-enhanced Maxmum Weight Scheduler, DMWS).該算法基于系統(tǒng)負載因子ρ優(yōu)化了調度權重。通過使用李雅普諾夫分析法,證明了DMWS可以保證較之經(jīng)典的最大權重調度(Maximum Weight Scheduler, MWS)更緊的端到端平均時延。同時DMWS被證明可實現(xiàn)最大吞吐量容量區(qū)域,即吞吐量最優(yōu)。 第三,考慮單接口多信道網(wǎng)絡場景和單跳流量模型,提出了基于隨機接入和退避時間技術的低復雜度分布式信道分配與調度聯(lián)合控制策略(Low-complexity Distributed Channel-assignment and Scheduling Algorithm, LDCSA)。在LDCSA中,采用速率比分配方式進行數(shù)據(jù)流量分配,將數(shù)據(jù)包合理的分配至各信道隊列。在信道分配與調度階段,采用一種基于概率的競爭接入策略,該策略需要鏈路之間的信息交互,這種信息交互可由RTS/CTS機制實現(xiàn)。使用李雅普諾夫分析法可以證明LDCSA可以保證穩(wěn)定的吞吐量容量區(qū)域。同時,LDCSA的實現(xiàn)復雜度不隨網(wǎng)絡規(guī)模大小和可用信道個數(shù)的改變而改變,適合大規(guī)模網(wǎng)絡系統(tǒng)應用。 最后,在無線多信道Ad hoc網(wǎng)絡中考慮多跳多路徑流量環(huán)境,即每個數(shù)據(jù)源節(jié)點到目的節(jié)點有多個備選多跳路徑供數(shù)據(jù)傳輸。在這種環(huán)境下,需要將網(wǎng)絡層路由選擇與鏈路層調度策略結合起來,設計基于QoS保障的跨層聯(lián)合方案,以保證系統(tǒng)整體性能。根據(jù)本文提出的跨層聯(lián)合方案理論框架,分別針對多接口多信道網(wǎng)絡和單接口多信道網(wǎng)絡設計了基于吞吐量保證的跨層聯(lián)合方案：改進版多路徑(Multi-Path, MP)方案、分布式路由與信道分配與調度(Distributed Routing, Channel-assignment and Scheduling, DRCS)方案和多路徑LDCSA方案(Milti-path LDCSA, M-LDCSA)。其中改進版MP方案是對現(xiàn)有多接口多信道網(wǎng)絡跨層MP方案的一般性改進,取消了原始MP方案中不合理的假設條件。而針對單接口多信道網(wǎng)絡,DRCS和M-LDCSA分別是對現(xiàn)有的基于單跳網(wǎng)絡的速率比最大多信道調度算法(Rate-Proportional Maximal Multi-Channel Scheduler, RPMMC)和LDCSA調度的多跳多路徑擴展。本文提出的跨層聯(lián)合方案綜合考慮了路由選擇問題和調度問題,基于調度算法合理的設計了路由選擇機制,保證了整體吞吐量性能。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 彭革剛,楊疆湖,高傳善;移動自組網(wǎng)中基于路徑穩(wěn)定性的QoS路由協(xié)議[J];計算機研究與發(fā)展;2004年06期

相關博士學位論文 前1條

1 王倩;無線通信系統(tǒng)中基于跨層優(yōu)化的TCP協(xié)議研究[D];山東大學;2010年

，

本文編號：2426926