论文选题的背景和意义

更新时间:2024-03-30 07:35:46 阅读: 评论:0

2024年3月30日发(作者:语言魅力)

论文选题的背景和意义

一、

论文选题的背景和意义

1.无线网络的发展

互联网始于美国国防部的ARPANET,在上个世纪80年代开始转为民用并鼓励

其他网络加入。到1987年成为一个跨越美国和欧洲,连接2万多台计算机的网络,

到1994年,全球互联网覆盖了61个国家和地区的3百万台计算机。互联网已基本

连接世界上所有的国家,互联网(Internet)的迅速发展使其越来越成为日常生活不可

缺少的工具。随着通信网络技术的发展,移动互联网、移动IP技术的提出,互联网

的覆盖范围从有线向无线拓展。无线通信系统所能提供的服务已从最初单一的语音

业务发展到现在语音、数据并重。互联网和无线通信系统的融合成为一种必然趋势。

移动IP技术保证了互联网和无线通信系统融合的可实现性,并最终使得互联网从有

线领域拓展到无线领域。无线通信和移动计算的需求在持续地增长,与有线网络相

比无线网络在以下这些地方有应用优势:在不能使用传统走线方式的地方、传统布

线方式困难、布线破坏性很大或因历史等原因不能布线的地方;有水域或阻隔的地

方;重复地临时建立、设置和安排通讯的地方;无权铺设线路或线路铺设环境可能

导致线路损坏;时间紧急,需要迅速建立通讯,而使用有线不便、成木高或耗时长;

局域网的用户需要有更大范围进行移动计算的地方。因为这些不可替代的优势,无

线网络的到了广泛的应用,如果将其应用划分为室内和室外的话,室内应用包括大

型办公室、车间、会议室、证券市场等;室外应用包括城市建筑群间通信、学校校园

网络、野外勘测试验、军事流动网、公安流动网等,无线网络在未来因特网中无疑

将扮演极为重要的角色。

2.拥塞与拥塞控制

当网络中存在过多的报文时,网络的性能会下降,这种现象称为拥塞,其可以

认为是网络负载接近或达到网络资源所允许的最大容量时的状态。这里的网络资源

主要指的是连接带宽和路由器的缓冲容量。在网络发生拥塞时,会导致吞吐量下降,

严重时会发生“拥塞崩溃”现象。一般来说,拥塞崩溃发生在网络负载增加导致网

络效率降低的时候。使用下图来描述拥塞的发生。当负载较小时,吞吐量的增长和

负载相比基本呈线性关系,延迟增长缓慢;在负载超过Knee之后,吞吐量增长缓慢,

延迟增长较快;当负载超过Cliff之后,吞吐量急剧下降,延迟急剧上升.可以看出,

负载在Knee附近时网络的使用效率最高.拥塞控制就是网络节点采取措施来避免拥

塞的发生或者对拥塞的发生作出反应,在图中,就是使负载保持在Knee附近.拥塞

控制下要考虑端节点之间的网络环境,目的是使负载不超过网络的传送能力;而流

控制主要考虑接收端,目的是使发送端的发送速率不超过接收端的接收能力。拥塞

控制算法包含拥塞避免(congestion avoidance)和拥塞控制(congestion control)这两种

不同的机制。拥塞控制是“恢复”机制,它用于把

网络从拥塞状态中恢复出来;拥塞避免是“预防”

机制,它的目标是避免网络进入拥塞状态,使网

络运行在高吞吐量、低延迟的状态下。目前互联

网所使用的TCP拥塞控制协议已被实践证明是

简单有效的技术。

TCP采用基于窗口大小的拥塞控制,为了

跟踪接收方和网络的容量,TCP保持两种独立的

窗口—接收窗口和拥塞窗口,接收窗口反映接收

方缓存的容量,拥塞窗口是对网络可用容量的估

计。在此三个阶段描述TCP中的拥塞机制:

慢启动阶段:当TCP完成一个连接,发送方

就开始通过接收窗口大小来了解接收方的缓存

能力并采用慢启动来检测网络容量和决定拥塞窗口的大小。TCP发送者启动一个长

度为1的拥塞窗口。对于每个收到的TCP,TCP指数增长窗口大小,直到到达慢启

动阶段的门限值(ssthresh),然后进入拥塞避免阶段。

拥塞避免阶段:在慢启动工作完成后生效。在这个过程中拥塞窗口(Cwind)的大

小以十分缓慢的速度增长,每收到一个确认应答(ACK),窗口增加1Cwind(除非大小

已经超过了接收端通知窗口的大小),每一个往返时延(RTT)大约增加一个段值大小。

快速重发阶段:TCP一直在确认数据段需要多长时间才能返回,以确定哪一个

包到达接收者并通过重发丢失的包来提供可靠性。如果现在往返时延是平均数标准

方差的4倍的话(超时间隔),TCP就假设这个包丢失了,然后就开始重发丢失的包。

如果接收都收到很多重复确认的时候(通常是3个),此时也假设这个包丢失了。假

设丢失的包从重复ACK序号开始,并转发他。

3.无线网络中的TCP

无线网络因为其网络结构的特殊性,在一定程度上也影响着其性能.

(1).随机丢失性:无线网络具有更强的信道间干扰、主机移动性、多径衰弱性和

有限的网络覆盖能力,使得有效的比特错误率要比有线网络高很多;

(2).时延:无线网络的时延既大而且时时在变,导致这样的原因有:低带宽、交

换网络时延、信道接入不对称和洋公平性等;

(3).低带宽:无线网络相对于有线网络带宽明显很低,微微单元和微单元的无线

网络能提供2~5Mbit/s的带宽,但宏单元无线网络只能提供几十kbit/s的带宽这样有

效带宽会更加低。在TCP拥塞机制中,当拥塞窗口大小不断增加,只要窗口还有空

间就会发送突发分组。在慢启动中阶段,由于窗口大小指数增加,突发分组出现的

情况会更加频繁。如果伴随着TCP的突发性质信道带宽很窄,分组经过不同的RTT

时间,TCP保持平均的RTT的时间就会增加,更重要的是平均偏差也会增加,这样

会导致重传超时时间达到一个很大的值,相应的吞吐量就会下降。

(4).路径的不对称性:虽然传输协议的性能理想情况下只由向前链路的特性决

定,但由于TCP采用的基于时钟ACK的窗口控制反向链路也会影响到传输协议的

性能。即使反向链路还有带宽,但是确认信息不能从接收方传送到发送方,此时TCP

就不能成功的建立连接。

4.无线网络拥塞控制

无线局域网、蓝牙、无线本地环、移动通信、Ad-hoc 网络等无线网络技术极大

地推动着无线/有线和移动因特网技术的发展。但是这种混合网络呈现的特性使得传

统传输控制协议TCP由于设计本身的局限,无法良好服务无线网络,改进传统的

TCP以适应无线/有线和移动网络环境便成为国际上的一个研究热点。当在无线环境

下执行基于包交换的数据传输时,分组丢失和延迟通常是由于链路误码、本地重传

或切换等原因导致的,传统TCP把所有的分组丢失简单归因于网络拥塞策略的盲日

性严重恶化了无线环境中TCP的性能。无线链路的特性主要表现在很高的链路误码

率、有限的带宽、较长的时延和时延抖动、终端的移动性、能源消耗约束等方面。

要实现理想的控制策略,一方而,在可能的前提下要尽量减少误码丢包、避兔重传;

另一方面,要能区分无线误码造成的数据丢失和网络拥塞造成的数据丢失,采取不

同的控制策略。如何采取有效的措施来解决无线网络中的拥塞控制问题成为影响无

线网络性能的一个关键因素。但拥塞控制把网络丢包当作网络拥塞最重要的指标。

这种做法的基本假设是数据包在信道传输过程中不会丢失,只可能在路由器的处理

等待中被主动丢弃(实际中网络拥塞引起的丢包率远高于信道传输的丢包率,因此假

设近似成立)。而在无线环境下,由于存在大量的外在干扰,以及自身存在的多径衰

落现象,信号在无线信道传输的误码率远大于有线信道,往往存在随机数据包丢失

的情况。因此如果直接将现有的单纯依据数据包丢失作为拥塞指示的TCP 拥塞控制

算法应用在无线网络中,发送端会由于判断到频繁的网络拥塞而降低传输速率,从

而造成性能的下降。针对无线信道的特殊性,研究新的拥塞控制协议成为必要。

二.工作任务分析

1)第一阶段主要熟悉整个无线网络的知识体系,包括其背景、发展、无线网络

环境特性以及无线网络的应用等等;分析无线信道上数据传输的特性,了解无线网

络拥塞的含义与对策;并开始着手熟悉NS网络仿真软件;

2)第二阶段主要是对现有的网络拥塞控算法进行研究与学习,在理解拥塞控制

原理的基础上阅读大量文献资料,并适量阅读分析最新有关无线拥塞控制的英文文

献资料,对现有的种拥塞控制算法(如:TCP Reno、TCP NewReno、TCP Sack、TCP

Veges、TCP Tahoe等等)进行分析比较,选择一个合适的着重进行的研究分析;

3)第三阶段是利用NS软件对第二阶段中分析的拥塞控制方法进行仿真,改变

不同的参数对仿真结果进行分析比较,并比较其与理论值的差距。最后对课题进行

拓展研究,对其中一种拥塞控制方法进行改进,使之对拥塞控制更加理想,并进行

仿真比较。

三.实施计划

1)07年2月至3月期间,学习完成课题所需要的基本知识,主要是网络技术、

无线环境的特点以及网络仿真软件NS的使用方法;阅读相关的文献资料,定性了

解无线环境拥塞控制技术的发展与应用,了解相关的控制算法,对无线网络拥塞控

制有整体认识。

2)07年3月至4月,继续阅读近期国内外有关无线网络体系拥塞控制的有关

文献,着重分析理解无线网络拥塞控制的算法,并比较其优缺点,在NS对其进行

仿真,并比较理论值与实验值的差距,分析出现该差距的原因;

3)07年5月中旬,在第阶段对无线网络拥塞控制算法的分析比较的基础上,

对其中之一的算法进行改进实验,对其性能进行重点的仿真分析,用足够的数据说

明其在性能上对无线网络拥塞控制能力的提升;

4)07年5月下旬至6月,前期工作基本完成,完成毕业设计文档整理工作,

整个过程是对毕业设计工作的总结和提高。

四.参考文献

[1]、章淼,吴建平,林闯、互联网端到端拥塞控制研究综述,软件学报,VOL.13、

NO.3、2002,P.354-263;

[2]、吕云飞,王行刚、无线环境下基于丢包区分算法的流媒体拥塞控制,计算

机工程,VOL.21、NO.13、2005,P.19-21;

[3]、Kun Tan, Qian Zhang、Congestion Control in Multi一hop Wireless Networks,

2005-IEEE-Conf;

[4]、张敬辕,谢剑英,王明中、无线网络中TCP拥塞控制算法的性能分析,通

信技术,NO.3、2002、P.21-23;

[5]、刘俊、无线环境下的TCP拥塞控制性能分析、深圳信息职业技术学校学报、

VOL2,NO1,2004、P.11-16;

[6]、续欣,冯凯,马刈非、无线误码信道上的拥塞控制策略、VOL.25,NO.12,

2004、P.8-13;

[7]、无线网络中一种改进的TCP拥塞控制机制、VOL.11,NO.6,2006、P.7-13

[8]、文远保,石正贵、无线网络的拥塞控制机制研究、计算机工程科学、VOL.26,

NO.10,2004、P.27-30;

9] [9]、颜金尧,张勤、TCP友好速率控制算法及其在无线环境中的性能局限性、

北京广播学院学报(自然科学版)、Vol. 12,No.3,2005、P.28-31;

[10]、焦翠珍、一种改进的自适应无线网络拥塞控制方案、福建电脑、NO.9,

2006、P.130-131;

指导教师意见:

签 名:

年 月 日

开题报告指导小组意见:

指导小组负责人(签 名):

年 月 日

备注:

1、要有10篇以上相关文章的阅读量。

2、理、工科开题报告撰写不少于2500字,人文社科开题报告不少于3500字,包括论文选题的

背景和意义、工作任务分析、调研报告、方案拟定与分析、毕业论文撰写提纲及实施计划、

文献综述(理、工科可不提交文献综述)等。

3、电脑打印,用A4纸,页边距左边3.2cm,右边2.54cm,上下边距2.54cm,在左边装订;内

容为小四号宋体,行距为固定值20磅。

4、文献综述(按文献综述格式打印)附在开题报告后面一起装订。

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