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1、 毕业设计(论文)开题报告题 目：大规模无线网络通信瓶颈区域性能分析模型 学 院： 计算机与通信学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 王 叶 群 学 号： 200603040124 指导教师： 颜国风 2010年 4 月 9日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述
2、”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中l 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。一、 多跳无线网络概述及其特点1.1多跳无线网络简介无线网络可以分为单跳(single-hop)无线网络和多跳(multi-hop)无线网络
3、。单跳无线网络是指源节点与目的节点之间可以直接进行无线通信，一个通信节点发出的信息可被所有其他通信节点接收到，此时系统称为单跳无线网络。当两个通信节点不在彼此无线传输范围内时，允许通过中间设备实现通信的中继，这种网络称为多跳网络。尽管单跳无线网络具有简单的特点，但是无线网络的特性要求支持多跳无线网络，其理由主要有两点：（1）为提高无线网络链路带宽，需要采用高频无线电，而高频无线传输范围小，很难保证单跳通信；（2）缩小无线传输范围可以降低通信设备的功耗，同时提高无线传输介质的空分多路复用率，提高系统的通信容量。多跳网络(multi-hop network)又称为Ad hoc网络、无固定网络设施的
4、网络(infrastructure less network)自组（self organization）网，自愈网或是对等网，它是一种逻辑意义上的组网方式，即强调在不依赖基础网络设施的前提下由一定范围内的移动终端动态的建立可以互联的网络。同时它还将现有的主要网络中广泛应用的中央控制管理的功能进行分布式处理，由网络各个节点同步完成，从而提高了网络抗干扰，抗故障的能力，也使其成为在许多特殊场合进行网络互联应用的主要方案。Ad Hoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。在Ad Hoc网络中，当两个移动主机在彼此的通信覆盖范围内时，它们可以直接通信。但是由于移动主机
5、的通信覆盖范围有限，如果两个主机相距较远，它们必须通过其间的一个或多个移动主机作为路由节点才能实现通信。因此，在Ad Hoc网络中，主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作，故Ad Hoc网络也被称为多跳无线网络。Ad Hoc网络可以看作是移动通信和计算机网络的交叉。在Ad Hoc网络中，使用计算机网络的分组交换机制，而不是电路交换机制。通信的主机一般是便携式计算机、个人数字助理(PDA)等移动终端设备。Ad Hoc网络不同于目前因特网环境中的移动IP网络。在移动IP网络中，移动主机可以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络，而在Ad Hoc网络中只存在无线链路一种连接方
6、式。在移动IP网络中，移动主机通过相邻的基站等有线设施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之间均为有线网络，仍然使用因特网的传统路由协议。而Ad Hoc网络没有这些设施的支持。此外，在移动IP网络中移动主机不具备路由功能，只是一个普通的通信终端。当移动主机从一个区移动到另一个区时并不改变网络拓扑结构，而Ad Hoc网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。1.2 多跳无线网络特点多跳无线网络它是一种逻辑意义上的组网方式，即强调在不依赖基础网络设施的前提下由一定范围内的移动终端动态的建立可以互联的网络。同时它还将现有的主要网络中广泛应用的中央控制管理的功能进行分布式处理，由网络各个节点同
7、步完成，从而提高了网络抗干扰、抗故障的能力。主要有以下特点：1 网络的自组性；多跳无线网络可以不依赖于现有的网络基础设施，比如基站等，通过节点之间的自我组织，快速构建移动通信网络；2 动态的网络拓扑；动态拓扑是多跳无线网络最显著的特点。由于用户终端的随机移动、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响，网络的拓扑结构可能随时发生变化；3 有限的无线传输带宽；多跳无线网络采用无线信道的物理特性决定了它所能提供的网络带宽相对有线网络低很多，再加上竞争共享信道所带来的碰撞、干扰、信号干扰等因素的影响，不仅用户终端可得到的实际带宽远小于理论值，而且也导致了无线链路质量的不
8、稳定；4 分布式的控制；多跳无线网络中用户终端的地位平等，不存在控制中心节点，网络的路由协议通常采用分布式控制方式，因此比集中式网络具有更强的抗毁性和健壮性；5 有限的资源；提供给Ad Hoc网络中移动主机的工作能量是有限的，而且移动主机损耗能量越多，将降低Ad Hoc网络功能；另一方面，网络本身提供带宽有限以及信号之间的冲突和干扰，使移动主机可得到的有限的传输带宽将远远小于理论上的最大带宽；6 较低的安全性：Ad Hoc网络节点间通信通过无线信道，传输的信息非常轻易受到监听、重发、篡改、伪造等各种攻击，假如路由协议一旦遭受到上述恶意攻击，整个自组网络将无法正常工作。这些特点对设计Ad Hoc
9、网络路由算法提出了非凡的要求，一个合理的路由算法必须考虑有限的网络资源、动态变化的网络拓扑结构、提高网络吞吐量等方面的因素。1.3 多跳无线网络应用场合多跳无线网络可以和802.1l WLAN、802.16 WMAN以及3G等各种无线接入技术相结合，实现家庭、社区、企业及城域网络等的多层次、多范围的无线应用，主要的应用场合有：1 没有方便可用的通信网络设施，如在海洋或敌方战场上；2 现有通信设施遭到战争、自然灾害(如地震、洪水、火灾)等的破坏时；3 需要临时快速建立一个通讯网络的场合；4 作为生存性极强的后备网络；5 图书馆、酒吧等场所。1.4 大规模无线网络顾名思义，大规模无线网络是规模比较
10、大的无线网络，网络节点数目众多，流量很大。随着移动终端的增多，接入到无线网络的用户越来越多，它们之间的相互通信和资源共享的过程也越发复杂，并不是简单的直接通信，当网络规模达到一定程度，网络节点数目很多，网络拓扑结构复杂时就构成了大规模无线网络，它是由许多的多跳无线网络构成的，因此也具有多跳无线网络的特点。二、 网络通信瓶颈概述2.1 通信瓶颈的概念网络瓶颈指的是影响网络传输性能及稳定性的一些相关因素，为了对网络进行监测、管理，保障网络服务质量，需要对网络的业务量进行观察和控制，但这是一个非常复杂的事情，很难把握，因此，就需要对网络中的流量进行掌握，过大会影响网络性能，过小又是一种资源的浪费，人
11、们总希望网络中的业务流能以一种非常理想的“正常状态进行，这就要求对网络流量设定一个阈值，以此来衡量网络性能的稳定与否，本文将大于这个阈值的链路定义为关键链路，通过在关键链路中设定一个更高的，网络管理者们不愿意接受的阈值，将大于这个阈值的链路定义为瓶颈链路(bottleneck link)，而处于该链路中的路由器或主机则称为瓶颈节点(bottleneck point)。在大规模无线网络中，我们重点讨论瓶颈区域（bottleneck cell）。我们利用多个端到端通信对分析大规模无线网络，每个数据报通过网络直到到达终端，在路径的每个结点进入队列等待被转发。由于网络中有些区域可以被多个端到端通信流共
12、享，并发的端到端通信流会引起相互干扰，从而在网络中形成很多瓶颈区域。如图1中的阴影区域即为一个通信瓶颈区域。图1 大规模无线网络中的瓶颈区域图1中连接源端到目的端的直线表示端到端通信流，图1表示了四个端到端通信流通过阴影部分，这个阴影区域就是这些端到端通信流的瓶颈区域。2.2 瓶颈分类带宽和延迟是网络链路性能方面的两个重要指标，也是产生网络瓶颈的两个重要因素。因此，对于瓶颈的研究可以从带宽和延迟两个方面考虑，即带宽瓶颈和延迟瓶颈的研究。2.2.1 带宽瓶颈带宽瓶颈具体是指限制数据包在网络链路中传播的能力的带宽大小。其具体可分为链路带宽及可用带宽，链路带宽就是连接两个节点的链路在物理设计上能够提
13、供的最大传输能力，也就是在IP层上最大的传送速率，一般来说就是在连接两点间的路由器传送分组的最大处理能力。链路带宽也就是我们通常意义上说的“带宽。端到端瓶颈带宽是指一条端到端的路径上最小的链路带宽值，只要链路端到端的路由不变，瓶颈链路的值也相对保持不变，与网络中的背景流量无关。可用带宽就是指路径在不降低原有传输速率的前提下还能够再提供的最大传输能，即未被背景流占用的剩余带宽。带宽是IP网络中最重要的资源之一，同时也是衡量网络链路性能的一个最直接、最有效的指标。虽然网络主干带宽和接入带宽不断增加，但随着网络上的各种应用业务量不断增加，注入到网络中的流量也在不断增加，消耗了大量的网络带宽，导致网络
14、性能并没有得到显著改善，反而经常出现网络拥塞等现象,即产生瓶颈。2.2.2 延迟瓶颈延迟是网络瓶颈的基本属性之一，其产生过程如下：数据包通过输入链路到达路由器，路由器将该数据包放入缓存器的队列中，等待其它先到的或者优先级更高的数据包被路由器转发。路由器由路由表查询算法将数据包转发到相应的输出端口，输出端口将数据包以字节组成的数据流形式发送到链路上，链路以字节形式传输到下一个路由器的输入端口。在以上的数据包转发过程中，可以将数据包的延迟分为排队延迟(Queuing Time)、传输延迟(Transfer Delay)以及传播时延(Transmission Latency)几个部分。上述三种延迟是
15、无法避免的，因而对于延迟瓶颈的研究也集中在这三种延迟的研究。在端到端的测量中，将数据包经过路由器节点构成的序列中最大延迟所在的路径定位为端到端的延迟瓶颈，将该链路的延迟的大小定位为延迟瓶颈的大小。延迟瓶颈研究相对带宽瓶颈的研究而言关注较少，但是在语音通讯网络、视频流媒体网络通讯等对实时性要求很高的应用服务中具有很强的实用性。瓶颈延迟的大小反映了延迟瓶颈在多大程度上影响着端到端延迟。端到端路径中存在多条路由，对于不同路由延迟瓶颈是否相同以及不同瓶颈之间的延迟差异的研究则更深入的刻画了延迟瓶颈对于端到端延迟的影响。延迟瓶颈位置和原因的研究可以更加准确地了解影响网络速度的链路位置和原因，从而可为下一代Internet的高效设计提供科学依据。延迟瓶颈原因的研究还有利于确定能否在延迟方面对网络做进一步改进以及能够在多大程度上进行改进。2.3.3 瓶颈区域性能瓶颈区域的性能主要包括平衡状态概率、信息流的转移概率、吞吐量等方面。平衡状态概率是指（X，S）瓶颈区域持续保持平衡状态K的概率。平衡状态是（X，S）瓶颈区域的一种稳定状态，在（X，S）瓶颈区域中，令(t)=K示在t时间共发送分组的数量等于K，其中有K=0，1，2，。我们称（X，S）瓶颈区
