MANET中基于丢包预测的自适应网络编码传输协议研究

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有线网中广泛使用的传输层协议应用于MANET等无线网络时,其性能问题是亟待解决的一个关键问题,为了解决该问题,研究者提出了链路层ARQ、分段连接、显示拥塞通知、基于网络状态的发送速率控制、跨层拥塞控制等各种策略,这些方法能在一定程度上改进无线网络的传输协议性能,但无法从根本上克服无线链路自身特性引发的非拥塞丢包造成的TCP性能下降问题,不能有效改善MANET的网络性能。网络编码的出现为解决无线网络中的TCP性能问题提供了新的途径,成为近年来该领域研究的一个发展方向。利用网络编码的冗余特性可以屏蔽无线信道的随机丢包对传统TCP拥塞控制的扰动,能够有效改善TCP协议在无线网络中的性能表现。研究者据此提出了TCP/NC协议。但是TCP/NC协议是采用固定冗余因子在发送端进行编码,对静态无线网络中TCP协议的性能改进效果明显。而在MANET这样的动态网络中,固定冗余因子的做法不能反映MANET当前网络状态,从而导致改进效果不够明显。本文在TCP/NC协议的基础上,实现了基于丢包预测的自适应网络编码方案及改进协议TCP/NCA。首先,使用统计理论,建立反应丢包特性的统计模型,在此基础上设计丢包率的近似估计算法。其次,根据当前的丢包率的预测值,动态选取冗余因子,提出冗余因子自适应控制算法。最后,在TCP/IP协议栈中实现网络编码层,合理设计网络编码层与其他层的接口,构建含有与相邻层协调一致的自适应编码层的新的TCP/IP协议栈。本文使用NS2在多种不同的场景下对所提出的方案进行仿真,仿真结果表明,在丢包较为明显并且动态改变的网络中,自适应网络编码方案能够较大幅度地改进传统TCP协议和采用固定冗余因子的TCP/NC的性能,同时该方案将负载开销控制在一个可以接受的范围内,使自适应方案带来的优势远大于负载带来的劣势。
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