面向编码机会路由的广播媒体融合的自适应协议设计.docxVIP

面向编码机会路由的广播媒体融合的自适应协议设计 无线传感器网络的易误和时间偏移严重降低了传统协议的性能。例如，在破坏环境中，频繁重传和路径检测将导致系统性能的下降。然而，无线传感器网络的传输性质也显示出一些独特的优势：多个节点共享传输通道并独立衰减。因此，每个发送文件的每个接收节点的成功率远远超过确定节点的成功率。这一性质被称为多功能用户体验（ud）的优势。近年来提出的编码机会路径（oad）结合了无线环境中编码的优势和随机网络编码的纠纷码特征，已成为支持高吞吐量可靠网络传输的有效方案。 考虑图1有损网络中的单播会话suf0aed,s到任意中间节点(a,b,c)的交付概率均为50%,中间节点到d的交付概率为100%.按照传统确定性路由(如suf0aebuf0aed),吞吐率(不考虑底层调度延迟)只有0.5.而NCOR机制通过源节点s将报文分批随机编码并持续广播;每个中间节点对接收到的报文再次随机混合后转发的方式,吞吐达到1-0.53=0.875,相比前者提高70%以上.此外,随机网络编码不仅提供了端到端的纠删功能,还自然消除了多个中间节点需要复杂协作以防止冗余转发的困扰.这些优点使NCOR在质量低下的无线网络中倍受关注. 但这种新型的路由方法在现实网络中的性能优化以及与现有协议的兼容性仍亟需探讨,相关研究正在起步中.例如,改进NCOR的分批编码与TCP的兼容性,优化编码速率和发送速率控制方法等.在无线网络中MAC设计对NCOR的总体性能有直接影响.我们注意到,MUD优势和随机编码的纠删特性使得NCOR机制下的广播信道接入呈现出独特的性质:不需要等待所有接收节点同时准备好,也不需要任何链路级的可靠保证.仍以图1网络为例,在干扰节点i,j的影响下,广播链路suf0ae{a,b,c}的信道接入时机有多种选择: (1)等待所有的节点{a,b,c}都准备好,此时MUD优势最为显著,但是接入媒体的延迟可能过长,造成端到端吞吐量较低; (2)只要有一个接收节点可用则接入媒体,尽管接入延迟适中,但NCOR有可能退化为单路径路由,失去MUD优势; (3)仅根据发送端媒体状况决定是否接入(即IEEE 802.11 DCF广播模式),尽管接入延迟最小,但在多跳网络中可能存在严重的隐藏终端问题. 因此,选择合适的接入时机以支持更高的NCOR端到端吞吐量,成为一个重要的优化问题,我们称为机会广播信道接入问题.本文从实际协议设计的角度出发,提出一种完全分布式的机会广播信道接入策略.该策略以单跳的平均有效传输速率为优化目标,借助最优停止理论获得接入延迟和信道交付能力之间的最佳平衡点.本文的另一个贡献是,通过扩展IEEE 802.11 DCF,设计一个机会广播MAC协议O-BCast以执行上述策略.模拟实验验证了O-BCast有助于无线网络中传输机会的有效利用,获得良好的端到端性能. 基于MUD优势的广播链路调度问题在传统机会路由领域已有一些研究,他们主要致力于解决多个节点之间的冗余转发问题.例如:Ex OR提出一个专用MAC协议,用于串行化调度所有参与会话的节点;文献则设计链路级的anycast机制,通过DATA/ACK或RTS/CTS握手,从收到同一个报文的节点中选出唯一的转发者,但他们都没有考虑到接入时机的灵活性.NCOR机制下的广播链路调度对总体吞吐量的影响也受到研究人员关注,但他们多是通过理论建模和优化的方法,将该问题放到跨层最优化框架中综合考虑.即便在简单的干扰模型性下,该问题仍是NPC困难的,而且通常需要中心计算或理想的反馈机制,因此其结果很难应用到实际的协议设计中.同样地,这些工作也没有考虑接入时机的灵活性.本文的建模和分析建立在分布式随机竞争接入方式基础上,辅以局部的探测机制来确定最佳的广播信道接入时机,不仅有效提高了吞吐量,而且容易与当前的主流无线标准兼容. 本文第1节建立有损多跳网络模型,并提出平均有效速率最优的机会广播信道接入问题.第2节通过最优停止理论推导出基于阈值的最优接入决策算法.第3节讨论最优接入算法的数值分析结果.第4节介绍基于上述算法的机会广播接入协议O-Bcast.第5节讨论在ns-2环境中的模拟实验结果.最后总结全文. 1 系统模型和问题的提出 1.1 节点状态可用 考虑一个静态的无线Mesh网络G=(V,E),V为节点集合,每个节点配备一个带有全向天线的收发器,且工作于同一信道上;E为传输质量超过一定阈值的点到点链路集合,即E={(i,j)|cijcthresh,i,juf0ceV}.其中:cthresh为阈值常量;链路质量cij是指不计链路间干扰时i到j的平均交付概率,它与信号强度、调制编码方式、信道衰减特征等因素相关.N(i)={j|juf0ceVuf0d9(i,j)uf0ceE}表示i的邻居集合.设网络按时隙(