因特網(wǎng)與無線局域網(wǎng)若干模型與關(guān)鍵算法研究.pdf

1、本文圍繞用戶通過無線局域網(wǎng)與Internet中的服務(wù)器通信中若干關(guān)鍵問題進行模型和算法研究，貢獻及創(chuàng)新點包括以下幾個方面：
　　 1.802.11無線局域網(wǎng)MAC層的有限負載模型。首先，用戶通過無線局域網(wǎng)與Internet服務(wù)器相連，無線局域網(wǎng)的性能直接關(guān)系到用戶與服務(wù)器通信的性能。無線局域網(wǎng)的MAC層協(xié)議對于無線局域網(wǎng)的性能發(fā)揮著重要作用。我們提出了一種有限負載條件下802.11 MAC層協(xié)議的數(shù)學模型，該模型利用二維Mark

2、ov鏈分析了802.11無線局域網(wǎng)節(jié)點的退避過程及空閑等待過程，通過求解Markov模型的穩(wěn)態(tài)概率，計算出802.11無線局域網(wǎng)MAC的吞吐量，并得出802.11 WLAN MAC層接入延時。我們根據(jù)模型結(jié)果，首次提出了802.11MAC在飽和與非飽和臨界條件下的不穩(wěn)定問題，并通過仿真驗證了分析結(jié)果。
　　 2.多跳無線局域網(wǎng)的MAC層優(yōu)化協(xié)議。當前的單跳無線局域網(wǎng)存在著覆蓋范圍小等問題，目前IEEE802.11s工作組正在制定

3、一種多跳的Mesh WLAN標準，因此多跳的802.11無線局域網(wǎng)是無線局域網(wǎng)研究的前沿課題。本文分析了多跳IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點傳輸失敗原因的非對稱性(即節(jié)點在不同傳輸方向上的導致傳輸失敗原因不相同的特性)，針對已有的802.11 MAC采用相同的失敗重傳機制存在的問題，提出在多跳IEEE802.11MAC協(xié)議中對于不同的傳輸方向采用非對稱的退避機制，進而提出了MAC層優(yōu)化協(xié)議DCF-CD。DCF-CD主要思想是：根據(jù)對節(jié)點傳

4、輸失敗概率和退避過程中時隙繁忙概率的估計，在節(jié)點進行傳輸失敗重傳時以計算得到的概率增大退避時間，通過提高多跳802.11網(wǎng)絡(luò)中信道空間復用能力，來提高網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐能力。本文提出的優(yōu)化協(xié)議不需要對物理層提供額外要求，降低了該優(yōu)化協(xié)議實現(xiàn)的復雜度。
　　 3.Internet路由器主動隊列管理模型與算法研究。用戶與服務(wù)器在Internet上通信的關(guān)鍵問題是Internet擁塞控制，路由器主動隊列管理是Internet擁塞控制的重要

5、機制。本文中，我們根據(jù)TCP/AQM流體模型的分析提出了TCP/AQM系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。流體模型存在著不足，我們利用2-D Markov鏈提出了一種新的TCP/AQM時延閉環(huán)反饋模型，它不僅能有效地分析TCP發(fā)送窗口、路由器隊列長度(排隊時延)及路由器丟包率的平均值，還能通過Markov鏈的求解得到TCP/AQM系統(tǒng)重要參數(shù)的穩(wěn)態(tài)分布。對于TCP-UDP混合流，本文研究了路由器TCP與UDP區(qū)分服務(wù)的隊列機制，并將TCP/AQM Ma

6、rkov模型擴展為TCP-UDP/AQM模型，以分析UDP流對TCP/AQM系統(tǒng)的影響；同時我們提出了一種在單一隊列中區(qū)分不同優(yōu)先級UDP流的區(qū)分服務(wù)的主動隊列管理算法，它能夠通過對隊列狀態(tài)的估計調(diào)整丟包策略以減少UDP流的丟包率。
　　 4.用戶行為與流量模型和服務(wù)器參數(shù)優(yōu)化算法。影響用戶與服務(wù)器通信性能的另一關(guān)鍵問題是服務(wù)器擁塞控制。我們提出了用戶行為與服務(wù)器消息流量的數(shù)學模型。我們根據(jù)對用戶隨時間行為變化的分析，提出了一種

7、用戶狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，根據(jù)用戶行為與服務(wù)器消息流量的關(guān)系以及系統(tǒng)消息相互之間的關(guān)系，提出了服務(wù)器的流量模型。根據(jù)該模型可以估計到達服務(wù)器的消息流量，以用于設(shè)計服務(wù)器容量以及預測服務(wù)器潛在的擁塞風險。此外，我們分析了服務(wù)器中一種特殊消息隊列QCVBA(集束式到達服務(wù)器帶休假隊列)的模型，并根據(jù)模型分析的結(jié)果提出了一種服務(wù)器的參數(shù)的優(yōu)化算法。利用該算法，服務(wù)器能夠在滿足消息隊列的QoS要求的前提下，獲得最長的休假時間處理其它事務(wù)，從而提高服務(wù)器