无线自组网中分布式调度与拥塞控制的跨层设计

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1、摘要随着无线自组网的不断发展，许多应用都要求网络能支持大量、突发的数据传输。然而，无线网络的带宽资源相对匮乏，因此如何实现资源的有效利用吸引了研究人员的广泛关注。本文针对无线网络的链路冲突与分布式特性，提出了一种基于信道负载的联合随机链路调度与拥塞控制的跨层机制，使其在一定资源约束条件下，完成了对无线带宽资源的充分利用与公平分配。首先，我们阐述了用于无线网络资源分配的典型分层协议的性能降级原因，分析了调度与拥塞控制机制的研究现状，并比较了它们的优缺点。接着，通过对网络中链路竞争关系的分析，得出了无线网络的容量域，并介绍了一

2、种基于效用优化的跨层设计模型。在此基础上，提出了一种基于信道负载的随机链路调度与拥塞控制的跨层机制，其中，将本地“竞争团”视为资源分配单元，即“冲突域"，并利用信道占用率衡量“冲突域”的负载量，将区域过载视为区域拥塞。链路调度中，链路根据自身负载与拥塞控制的虚拟丢包率确定其调度概率，并利用“饥饿”缓解算法确保期望概率的准确实行，为速率分配提供了较大的可用网络容量及基于负载的公平基础。拥塞控制分为虚拟队列管理与源端速率调节两部分：前者通过侦听信道忙闲状况以确定各“冲突域"的虚拟丢包率，并由调度完成“虚拟丢包"工作，及时缓解区

3、域拥塞；后者将数据流的路径虚拟丢包率与TCPReno相结合进行源端调速，及时探测可用带宽或处理网络拥塞。与现有机制相比，本机制的调度部分采用更一般化的调度集合，得出了更精确的调度概率估算值；且在无时隙同步机制的情况下，用“饥饿"缓解算法一定程度上取代其发挥了保障调度概率的作用。拥塞检测中，利用线性函数逼近的方式估算拥塞信号以准确反映网络区域负载，而拥塞处理采用了跳对跳、端到端相结合的方式，使其既能获得长期稳定速率，又能处理突发通信量。此机制易于分布式实现，可近似地用效用最大化问题来描述，同时，仿真结果也进一步验证该机制能保

4、证较高的网络吞吐量，实现较公平的带宽分配。关键词：无线自组网，调度，拥塞控制，资源分配ABSTRACTWiththecontinuingdevelopmentofwirelessAdHocnetworks，manyapplicationsrequirenetworktosupportlarge，burstingdatatransmission．However，wirelessnetworksbandwidthresourcearerelativelyscarce，andthereforehowtoachievetheeff

5、icientuseofresourceshasattractedwideattentionfromresearchers．Consideringtheuniquefeaturesofwirelessnetworks，thispaperproposesachannelload—basedjointrandomlinkschedulingandcongestioncontrolcross—layermechanism，whichutilizeeffectivelythewirelessbandwidthresourceanda

6、llocatefairly，underacertainresourceconstraint．Firstly，wedescribethetypicallayeredapproach’Sperformancedegradationcauses，andanalyzetheexistingschedulingandcongestioncontrolmechanismtocomparetheiradvantagesanddisadvantages．Then，throughanalyzingwirelesslinks’competit

7、ionrelation，weelicitthewirelessnetworks’capacityregion，andintroduceamaximizingaggregateutility-basedcross—layerdesignmodel．Onthisbasis，weproposeachannelload-basedjointrandomlinkschedulingandcongestioncontrolcross—layermechanism，whichconsiderlocal‘‘contendingclique

8、’’asallocationunit‘‘interferenceregion’’，andusechannelutilizingratetomeasureofferedload，considerregionoverloadasregioncongestion．Accordingtolinks’ownloa