论文选题的背景和意义

2024年3月30日发(作者：语言魅力)

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。