（计算机应用技术专业论文）无线自组网络资源分配.pdf

硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 中文摘要 因特网的爆炸式增长和无线网络技术的快速地发展对无线数据传输提出了更 多的需求。对于无线自组网络来说，如何将其有限的资源公平、有效地分配和管理 从而满足终端用户们多样的服务需求是至关重要的。无线自组网络的共享介质、多 跳的特性为有效的资源分配算法的设计提出了挑战，这些算法应使不同的网络数据 流中的资源分配达到最优和保证公平性。本论文主要研究无线多跳自组网络的资源 分配。首先我们阐述了无线自组网络的环境下资源分配的特性、目标以及约束等。 接着，我们讨论了三种无线自组网络的资源分配模型：最大最小公平调度算法、基 于速率控制器算法以及基于代价的资源分配算法，并从它们的理论框架、特性、公 平性和资源优化等方面进行了研究和比较。 最后，本文提出了一种有效的带宽分配机制一基于动态时间带宽分配算法 ( a r b a s ) ，这种算法能对于无线多跳网络中的数据流进行公平有效地带宽分配。 这种机制在每跳执行，并且公平地分配给每个竞争的数据流一定信道时间比例，对 于每条经过的流记录下它相应的速率并保存在每跳里和数据包特定的控制字节中。 每个数据流的源可以最终依据这些信息调节速率，从而达到公平分配带宽。通过仿 真结果，我们提出的算法能够在多跳数据流中公平地分配带宽。 最大最小公平性对于无线自组多跳网络是一个重要的要求，它要求所有用户都 得到完全公平的对待，而不用考虑它们经过的跳数。我们提出了一种新的基于代价 的速率分配机制，一种完全分布式的方法控制流的速率，应用m a x n e t 思想在无线 网络中来达到对无线网络数据流的最大最小带宽分配。无线网络的移动性一般会引 起拓扑结构的多变性：我们提出的算法可以适应无线网络的移动性引起的路由的变 化。此外，它完全满足无线网络对完全分布式算法的要求。理论分析和仿真同时表 明这个算法能够满足无线网络的约束，并且在移动的环境中也能够对无线网络数据 流进行最大最小公平带宽分配。 同时无线网络的代价规则被扩展，并且可以推导成一种更一般的表达式，满足 任意拓扑结构网络中的m a c 约束条件，或者满足更一般的群约束条件。 关键词：资源分配；无线自组网络；流控制；最大最小公平性 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t n e f ec o n t i n u e st ob er a p j da d o p t i o no fw i r c l e s st e c h 0 1 0 9 y 蛐dw h e n c o u p l e dw i t h t l l ee x p l o s i v eg m w t l l0 ft l l ei n t e m e t ，i ti sc l e a fm a tm e r ew i l lb ei n 叮e a s i n gd e m a n df o r w i r e l e s sd a t as e r v i c c s h o wt of a 试ya n de 历c i e n t l ya l l o c a t ea dm a n a g ei t sr e s o 眦ei s c m d a lf o r a n e tt o p r o v i d es a t i s f a c c o r yd i v e r s i f i e ds e r v i c c sf o re n du s e r s t h e s h a r e d m e d i u mm u l t i - h o pn a t u r eo fw i r e l e s sa dh o cn e t w o r k s p o s e sf u n d a m e n t a l c h a l l e n g e st ot h cd e s i 印o fe 施c t i v er e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o 血h m st h a ta r eo p t i m a lw i t h r e s p e c tt or e s o u r c cu t i l i z a t i o na n df a i ra c r o s sd i f - c r c n tn e 柳o r kn o w s i nt l l i st h e s i s ，t h e s t u d yo b j e c t i v e i ss e to nt h ef e s o u r c ca u o c a t i o nf o rl l l e m u l t i - h o pw i r e l e s sa dh o c n e t w o r k s 0 u rw o r ks t a r t sw i t ht l l ed i s c l i s s i o o fc h a r a c t e r i s t i c s ，o b j c c t i v ea n d n s t m i n t s o fr c s o u r c ea l l o c a t i o ni nm u l t i h o pw i r e l e s sa dh o c e t w o r k s i i la d d i t i o n ，m r c c 肿d e l s o nr e s o u r c ea l l o c a t i o nf o rw 舢咂t ，s u c h 硒m a ( 一m i l lf a i r s c h e d u l i i l g ，r a t e b a s e d c o n t r d l l e r sa i l dap 血e - b a s e da p p r o a c h ，a r cs t u d i e da i l d m p a r e do nt h e i r t h e o f e t i c a l f r a m e w o r k ，c h a r a c t e r i s t i c s ，f a i m e s sa n du t j “z a t i o n i l lt l l i s t h e s i s ，w ep r o p o s e a ne 丘c i e n tb 孤d w i d t ha l l o c a t i o ns c h e m ec a l l c d a c t i v e m m eb a s e db a n d w i d t h l o c a t i o na m 衄gs c l l e m e ( 瑚 田a s ) t h a tc a nc n s u r ef a j r b a n d w i d t ha l l o c a t i d na m o n gt h eu s e r si nam u l t i h o p 、7 e a n e tm o d e l t 1 l i ss d l e m e o p e r a t e sa te a c hh o pa n df a i r l ya l l o t se a c hc o m p e t i n gn o was h a r eo fc h a i l n e l t i m e ， a c c o r d i n gt ow h i c he a c hh o pa n dr e c o r d st h e i ru p d a t e dr a t ef o re a c hn o wt r a v e r s i n gt h e h 叩a n dr e c o r d st h e i ru p d a t e dm t e si m oe a c hd a t ap a c k e t s 叩e c j a l n 们lh e a d e r t h e s o u r c eo fe a c hn o wi nt h i ss c h e m ec a ne v e n t u a l l ya d j u s ti t ss e n d i n gr a t et or e a c hi t sf a i r s h a r e a 1 1a l g o r i t l l i l li sd e v e l 叩e dt oi m p i e m e n tt h ea b o v em e c h a n i s m w ew i l ls h o w t h r o u 曲s i m u l a t i o nr e s u l t s t h a to u rp r o p o s e da l g o r i t h mi sa b l et o f a i d yd i s t r i b u t e b a n d w i d t h a m o n gm u l t i h o pn o w s m a x m i nf a i m e s si sa ni m p o n a n tr e q u i r e m e n tf o rm u l t i - h o p ，a n e 皿t h a td e m a i l d t o t a l l ye q u a lt r e a t m e to fu s e r sf e g a r d l e s so ft h en u m b e ro fh o p st h e yt r a v e l t bc o n t r o l t h en o wr a t e si naf u l i yd i s t t i b u t e dm a n n e lo u rn e wp r i c e - b a s e dr a t ea l l o c a t i o ns c h e m e a c h i e v e sm a x - 1 i nf a i rr a t ca l l o c a t i o ni 1 1w i r e l e s sn e t w o r k sb ya p p l y i n gt l l em a 】【n e ti d e a a n dc o n s i d e r i n gt t l e u n i q u e c o n s t r a i n t o fw i r c l e s s m o b i l i t yo fw i r e l e s sn e t w o r k s g e n e r a l l yl e a d st ov 撕a t i o n so ft o p o l o g y ；o u rp r o p o s e da l g o r i t h mi ss h o w nt ob ea d a p t i v e t t 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s t ot h er o u t i n gc h a n g e o v e r sa r i s i n gf r o mt h em o b i l i t y0 fw i r c l e s sn e 撕d f k si nt h es e n s e t h a tt h er a t ea l l o c a t i o ni ss t i l la b l et om a i n t a i nm a x m i nf a i m e s sf b fw i r e l e s sm o b i l e n e t w o r k s f u r t h e 皿o r c ，i tf a d l i t a t e si m p l e m e n t a t i o nd u et oi t sd i s t r i b u t e dn a t u r e t h r o u g ht h e o r e t 妣la n a l y s e sa n ds i i u l a t i o nr e s u l t s ，、es h o wt h a tt h ea 1 9 0 i i t i sa b l et o m e e tt h ew i r e l e s sc o n s t r a i n ta n dt oa c h i e v em a x - m i nf a i r n e s sa m o n gm u l t i - h o pn o w si n w i r e l e s sn e t w o r k se v e ni ft h et o p o l o g yv a r i e s ，a si st h ec a s ei nam o b i l e 锄v i r o n m e n t w ea l s oe x t e n dp r i c i i l gr u l e si nw i r e l e s sn e t w o r k sa n dp r c s e n tam o r eg e n e r a l f o 肋u l a t i o n ，w h i c hs u b j e c tt ot h em a cc o n s t r a i ti nn e t w o r k sw i t ha r b i t r a r yt o p o l o 百e s ， o rs u b j e c tt om o r eg e n e r a lc l i q u ec o n s t r a i n t s k e yw o r d s ： r c s o u 玎c ea l l o c a t i o n ；w i r e l e s sa d h o cn e t w o r 姆 f l o wc o n t r o l ：m a ) 【m i nf a i r e s s i i i 硕士学住论文 m a s t e r s t h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：缸境栖 日期：酬年6 月暑日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名：弘二跷栖 日期：砌年月8 日 导师签名：复b 、五五工 日期：如年占月占日、 j 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。回垂监塞埕銮后进蜃! 旦圭生；旦二生；旦三生蕴查! 作者签名：掺晓桶 日期：洲年6 月8 日 孙虢趣。覆墨工 日期：夕椰彳年f 月粤日 1 i n t r o d u c t i o n r e c e n ty e a r sh a v es e e nr a p i dd e v e l o p m e n t si nw i r e l e s s1 0 c a l 柚dw i d ea r e am o b i l e e t w o r k s n c wa r c h i t e c t i l r ea n dp m t o c o l sh a v e b e e np r o p o s e da j l d d e v e l o p e db y o r g a n i z a t i o n ss u c ha si e e e ，t f w 氏pf o m m ，e r i s ii n d u d i n g3 g p p 锄du m b w o 埘n gg m u p s 【1 】h ia d d i t i o nt ot h es i i l 酉e - 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i n c r e a s i n gm l e ：i nt h e i n t e g i 撕o no f 矾l e rn e t w o r km e d i a 皿l eq o ss c h e m e s ，i n d u d i n gs e “i c cd i f f e i e n t i a t i o n i nt h em a c l a y e r a d m i s s i o nc o n t r 0 1a n db a n d w i d t hr e s e r v a t i o ni nt h em a cl a y e ra n d h i 曲e rl a y e r ss h o u l db ed e s i 印e dt om e e tt h e s ec h a l l e n g e sb yp m v i d i n gt h en e c e s s a r y e n h a i l c e m e n tf o rt h er e q u i r e dq o s 【5 儿6 】h a v i n gas o l i d u n d e r s t a n d i n go fh o wt h e r e s o u r c ei sc o n 仃o l l e da i l da l l o c a t e df a i r l ya n de m c i e n t l yb e c o m e se v e rm o r ec r u c i a l f u t u r es t u d j e sa ”s u p p o s e dl of o c u s 彻r e s o u r c eu t j 】i z a “o n ，f a i 功c s so b j e c t j v c ，m o b j j j l y a 1 1 dd y n 锄j co ft h ew i r e l e s sa dh o cn e t w o r l 【s 【7 8 】【9 】 1 1r e s e a r c hs c o p ea n dp r o b l e mi d e n t i f i c a t i o n f u t u r eg e n e r a t i o nw i r c l e s sn e t w o r k s ，b o t hc i v i l i a i la n dm i l i t a r y a r ee n v i s i o n e dt o p r 0 v i d ei n t e g m t e ds e r v i c e sv i ai n e x p e n s i v el o w p o w e r e dm o b i l ec o m p u t j n gd e v i c e s e n d u s e r s0 f t e ne x p e c ts e a l l e s sc 0 1 1 n e c t i v j t yf 如mw i f el i et ow i r e k s sn e t w o r k s o n t l e o t h e rh a n d ，w i r e l e s sn e t w o r k sa r el i m i t e di nt e m so fr e s o u r c e sl i k eb a n d w i d t h ，p o w e r 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a n dt h et r a n s m i s s i o nm e d i u mi se r r o rp r o n e t h e r e f o r c ，m e e t i n gs t r i n g e n tq u a l i t yo f s e i c er c q u i r e m e m s 锄ds u b s e q u e n t l yd e s i g i lt h et e s o u i c ea l l o c a t i o nt e c l l n i q u c st o s a t i s f yt h es p e c i f yo b j e c t i v e s f a i m e s sh a sb e c nam a j o rd e s i 印o b j e c t i v eo fr e s o u r c ea l l o c a t i o nm e c h a l l i s m st o i m p m v eq o si t h ec u r r e n tw i r e l e s sn e m o r k s 【l o 】o v e rt h el a s ts c v e r a ly e a r s ，t h e w i r e l e s sa dh o cn e t 、o r kh a sd c v e l 叩e dh o mt r a d i t i o 越ls i i n p l es c a l et ot h el a t e s t d i v e r s m e ds y s t 锄s a - 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