● 摘要
无线Ad Hoc网络是一种无固定基础设施、由若干无线移动节点构成的多跳自组织通信网络。在无线Ad Hoc网络中，多节点合作完成数据传输、转发功能，以竞争的方式共享有限的链路带宽，这些特点使得无线Ad Hoc 网络极易产生拥塞。拥塞将导致网络吞吐量降低、丢包率增大、端到端时延变长，严重时会使整个网络发生崩溃，为避免这一现象就必须对无线Ad Hoc网络进行拥塞控制。在无线Ad Hoc网络的拥塞控制技术中，准确判断网络的拥塞程度是执行拥塞控制的前提，因此拥塞测度的选取是拥塞控制算法的关键问题之一。同时，在拥塞控制算法的执行过程中，必须兼顾网络传输的效率和公平，以满足网络的服务质量要求。此外，在无线Ad Hoc网络中，传输控制协议（TCP）由于缺乏对网络状态的感知能力而表现出严重的性能下降，因此，需要设计有效的信息沟通渠道来改善TCP拥塞控制的性能。本文围绕无线Ad Hoc网络拥塞控制这一核心主题展开研究，提出了基于信道竞争的拥塞控制算法，在链路层判断拥塞的发生并作出拥塞避免处理；设计满足网络服务质量要求的公平拥塞控制算法，均衡了网络传输的高效性和公平性；最后提出了联合链路层和传输层的跨层设计方法，解决了TCP在无线Ad Hoc网络中效率低下的问题。论文的主要工作和创新点如下：（1）针对无线Ad Hoc网络无法准确判断网络拥塞程度这一问题，设计了新的媒体接入控制层（MAC）拥塞测度——退避率，综合考虑了无线链路的竞争冲突和拥塞，从而更准确地描述分组冲突前提下的拥塞程度。进一步，提出了基于信道竞争的拥塞控制算法，该算法可以自适应地调整分组丢弃概率，通过主动丢包调整源节点的分组发送速率。该方法具有拥塞判别准确的优点，因而可以调整注入网络的数据量，及时消除网络拥塞，理论分析与仿真实验验证了所提算法的有效性。（2）针对无线Ad Hoc网络拥塞控制过程中存在的不公平问题，提出了基于媒质共享的公平拥塞控制算法。定义信道捕获率来描述节点占有无线信道资源的能力、衡量数据传输的公平性。设计了一种节点间交换拥塞信息的方法，以此共享区域内的拥塞信息，通过节点间相互合作避免拥塞，改善数据传输的公平性。在多种网络拓扑环境下进行了仿真评估，结果表明该算法能够在业务流间公平分配网络带宽、提高网络的总吞吐量。（3）针对传统TCP拥塞控制机制在无线Ad Hoc网络中性能严重下降的问题，提出了基于跨层设计的拥塞控制算法。该算法利用链路层提供的无线链路状态信息，帮助TCP区分丢包原因，避免了TCP协议错误地启动拥塞控制机制，并将拥塞窗口控制在合理的范围内，从而避免了网络拥塞。仿真结果表明，该算法可以提高TCP协议在无线Ad Hoc网络中的性能。