基于ad+hoc网络的跨层优化算法-研究

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1、2基于Adhoc网络的跨层优化算法研究跨层优化设计的概念早在1990年就已经在有线网络中被提出，提出的原因主要包括【2】：1)处理高速数据业务时，分层设计使得协议头的开销相当大；2)未来的网络技术多种多样，异构网络之间的通信完全靠传统的ISO结构不够高效；3)未来的终端需要支持多种服务，考虑不同的QoS要求，传统的分层结构设计并没有解决这一问题。目前，国内外都将跨层优化作为一项提高网络性能的重要方法来研究，虽然研究建立的网络平台多种多样，研究的重点也不尽相同，但是根据要解决的问题，总的来说可以把跨层优化分为五类，分别为提高TCP性能、降低功率消

2、耗、跨层保护策略，提供QoS保证和安全性【3】【71。1)提高TCP性能事实上，在设计有线网络时并没有过多地考虑移动性，所以基于Ⅲ的协议并不能很好地处理移动带来的问题。其中最突出的问题就是TCP。比如，在无线链路中进行TCP传输时，TCP协议并不需要知道物理层的信道状态，它假定信道是可靠的，并认为分组的丢失都是由于拥塞造成的，然而在无线环境中分组的丢失很可能是由于无线链路出错引起的，当无线链路因为信道原因出现分组丢失时，TCP仍然会认为出现了拥塞并减小分组传输速率，从而导致吞吐量的降低，为了解决这个问题，文献[8】中，增加了一个并行的状态管理器

3、(statemanager)，它主要是用于在网络协议栈的各个层之间交换信息，通过这个状态管理器，系统可以利用信道信息来提高TCP的性能。文献[16】通过在无线主机的协议栈中引入了一个ARQ侦听代理来实现跨层合作。在TCP确认机制中利用链路层的ARQ消息来达到增加吞吐量的目的，文献【9]提出了两种跨层反馈机制来提高TCP性能，一种方法是将用户信息反馈加到协议栈中，从而可以动态控制移动主机上应用的TCP吞吐量；另一种方法是利用低层的连接和断开信息。文献[10]提出了一种ATCP方法来提高TCP性能，它主要是通过网络层反馈来调整TCP中采用的拥塞控制

4、策略。2)减少功率消耗对于移动设备来说，功率消耗也是一个需要考虑的重要因素，在保i正QoS的前提下需要尽可能地减少功率的消耗。减少功率消耗的一种方法是增加传输延时，如检测无线链路的状态，当无线链路的干扰级低于一个预先设定的阈值时才开始传输数据，这样就可以在一个比较好的状况下传输，从而降低功率的消耗，当然阈值的设定要考虑到实际应用的需求。另一种方法是在保持码率不变的条件下允许误码率的提高，或者在保持误码率的条件下，降低码率，这也可以减少功率的消耗。在无线网络中，为了延长移动设备的工作时间，提高电池的容量并不是唯一的方法，文献【1l】提出了能量受限

5、的路径选择(ECPS)和能量高效的负载分配第一章绪论3(E2LA)方法，它通过利用随机动态规划技术以及MAC层和网络层的跨层交互来实现，这是首次利用MAC层中所包含的接入信息来实现有效使用能量的路由。3)跨层保护策略在无线网络中进行视频传输，存在很多困难，目前协议栈的每一层(包括应用层、传输层、MAC层和物理层)都提供了各自的自适应机制和保护机制，‘如MAC的重传机制，应用层FEC，使用分级编码的带宽自适应压缩和自适应分组策略等，然而这些分层保护策略并不一定能为视频传输提供最优的总体性能，所以必须根据应用需要和复杂性考虑，选择一个最优的跨层保护

6、策略。文献[14】提出了一种新颖的自适应跨层保护策略，它是协议栈中不同保护策略的联合优化。它根据信道状态和应用层需求信息来实现吞吐量、稳定性和时延的折衷，从而提高分级视频传输的鲁棒性和有效性。文献[15]将物理层的自适应调制和编码与数据链路层的精简协议结合起来，在保证时延和性能的情况下，物理层选择合适的自适应调制和编码(J蝴C)，从而在保证所需性能的基础上，使数据速率最大。4)提供QoS保证．’在有限的无线资源条件下，QoS对于移动网络是非常重要的。现在提供QoS保证主要有两种方法f】3】：一是以网络为中心的方法(network．centric

7、)，它的主要问题是协议栈中不同层的QoS标准如何映射，如何通过跨层优化使总体性能最优。网络中的路由器或基站提供具有优先权的QoS支持来保证不同应用对数据速率、延时限度和分组丢失概率的要求。在具有优先权的传输中，QoS在链路层中表现为缓冲区溢出概率和延时超出概率，而在应用层表现为MSE和PSNR，所以一个主要的问题就是不同层间有效的QoS映射。在文献[21]中，无线网络的QoS映射和自适应主要分下面两步，首先在一个GOP(groupofpicture)中找到一种优化映射策略，比如使得这个GOP的失真最小；然后再找到一组QoS参数，比如使视频的失真

8、最小。二是以终端系统为中心的方法(end-system-centric)，它的主要目标是网络自适应和媒体自适应。终端系统采用了多种控制技术，包括拥塞控