544.DiffServ在无线Ad hoc网络中的应用.doc
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1、 编编 号:号: 审定成绩:审定成绩: 毕业设计(论毕业设计(论 文)文) 设计(论文)题目:设计(论文)题目: DiffServ 在无线在无线 Ad hoc 网络中的应用网络中的应用 单位(二级学院):单位(二级学院): 通信与信息工程学院通信与信息工程学院 学学 生生 姓姓 名名 : 专专 业业 : 电子信息工程电子信息工程 班班 级级 : 学学 号号 : 指指 导导 教教 师师 : 答辩组答辩组 负责人负责人 : 填表时间:填表时间: 年年 月月 学院教务处制学院教务处制 学院毕业设计(论文) 第 1 页 【摘要摘要】 无线 Ad hoc 网络是一种没有固定结构的自组织无线网络。它的每一
2、个节点都可以 自由移动,同时具有主机和路由器的功能,向其它节点发送数据包。随着多媒体应用的兴起 和无线 Ad hoc 自身的商业潜力,对无线 Ad hoc 网络提供 QoS 保证成为了一个急需解决的问 题。 由于无线 Ad hoc 网络自身具有带宽有限,拓扑动态变化的特点,在无线 Ad hoc 网络中 实现 QoS 是一项非常困难的工作。目前已知的一些 QoS 服务模型,主要是针对 Internet 或 其他网络的,并不适应于无线 Ad hoc 网络。在本文中,我们首先对网络服务质量(QoS) 的内容做了相应概述,描述了两个 QoS 模型,IntServ 和 DiffServ。接着我们对目前在
3、 Ad hoc 网络中的 QoS 研究做了概述性的分析,包括 QoS 信令,QoS 路由和具有业务区分和资 源预留能力的 MAC 协议,同时还对现存 Ad hoc 网络的 QoS 模型做了分析比较。最后,我 们对区分服务模型进行了一些修改,使之适合无线 Ad hoc 的相应特征,提出了用区分服务 模型实现 Ad hoc 网络的 QoS 保障的方案。最后进行了仿真验证。初步的仿真结果证明,在 无线 Ad hoc 网络中区分服务可以在资源不够用的情况下,降低对低优先级的业务流的服务, 保证对高优先级的业务流的服务,从而使得高优先级的业务流获得较大的吞吐量、较低的延 迟和抖动。 【关键词关键词】 服
4、务质量保障(QoS) 无线 Ad hoc 网络 区分服务模型 NS 学院毕业设计(论文) 第 2 页 【Abstract】Mobile Ad hoc networks (MANETs) are infrastructureless self-organizing wireless networks. Each node can be mobile and has routing capabilities to be able to forward packets on behalf of other nodes. Recently, because of the rising populari
5、ty of multimedia applications and potential commercial usage of MANETs, QoS support in MANETs has become an unavoidable task. Due to the bandwidth constraint and dynamic topology of Mobile Ad hoc NETworks (MANET), supporting Quality of Service (QoS) in MANETs is a challenging task. A lot of research
6、 has been done on supporting QoS in the Internet and other network architectures, but most of them are not suitable in the MANET environment. In this paper, firstly we review the content related with QoS , secondly we describe the existed QoS model ,IntServ and DiffServ in Internet, and then we revi
7、ew the current research on QoS support in MANETs, which includes QoS resource reservation signaling, QoS routing, and QoS Medium Access Control (MAC),and we also analyze the current QoS model . At last, we propose a differentiated service architecture for MANETs which changes some parts in Diffserv
8、to make it perfect with the characteristics of MANETs. The performance of the proposed architecture is evaluated by NS simulations. Preliminary simulation results show that the proposed architecture can provide better services for higher prioritized traffic by degrading the qualities of lower priori
9、tized traffic when the network resources are insufficient. 【key words】QoS MANETs DiffServ NS 学院毕业设计(论文) 第 3 页 目目 录录 前 言5 第一章 无线 Ad hoc 网络 7 第一节 无线 Ad hoc 网络的概述 7 第二节 无线 Ad hoc 网络结构 7 一、无线 Ad hoc 网络的节点结构 7 二、无线 Ad hoc 网络的网络结构 8 第三节 无线 Ad hoc 网络研究热点 9 一、无线 Ad hoc 网络的特点 9 二、无线 Ad hoc 网络的研究热点 10 第四节 无线
10、Ad hoc 网络的路由技术 11 一、先应式路由11 二、后应式路由12 第二章 网络服务质量技术(QoS )14 第一节 网络服务质量技术概述14 一、QoS 提出背景14 二、QoS 的基本概念14 第二节 QoS 设计的基本原则15 第三节 QoS 的服务模型16 一、综合服务模型(IntServ)16 二、区分服务模型(DiffServ)18 第三章 DiffServ 在无线 Ad hoc 网络中的应用 21 第一节 Ad hoc 网络的 QoS 概述21 第二节 DiffServ 在 Ad hoc 网络中的应用 24 一、无线 Ad hoc 网络的 QoS 模型特点24 二、现存服
11、务模型在 Ad hoc 网络中的应用讨论 24 三、一种适合于 Ad hoc 网络的区分服务模型 27 学院毕业设计(论文) 第 4 页 第四章 NS 模拟与仿真31 第一节 NS 概述31 第二节 用 NS 对模型进行模拟仿真实现31 一、仿真设置31 二、仿真数据分析33 结 论37 结束语38 参考文献39 附 件40 一、英文原文40 二、英文翻译46 三、源程序55 四、毕业设计 (论文)教学档案 60 学院毕业设计(论文) 第 5 页 前前 言言 无线 Ad hoc(Mobile Ad hoc Network)网是由移动节点构成的无线移动网络,它是一种自 治的无线多跳网,又称为多跳
12、无线网(MultiHop Wireless Network) 、自组织网络 (SelfOrganized Network)或无固定设施的网络(Infrastructureless Network) 。它具有可移动、 自组织、临时性、无中心的特点。 无线Ad hoc网络没有固定的基础设施,也没有固定的路由器,网络中的节点同时具有终 端和路由器的功能,能够实现数据包的存储转发从而进行通信。可应用于灾难救助、军事场 合和小型会议。随着多媒体在无线Ad hoc网络应用加强,同样要求无线Ad hoc网络像有线网 络一样对信息实时、准确地传送,保证分组的带宽、时延等,为无线Ad hoc网络提供服务质 量(
13、QoS)保证受到越来越多的关注。 正如文献1提到,向无线 Ad hoc 网络提供 QoS 保证是一项很具有挑战的工作。无线 Ad hoc 网络的固有特点使得网络中存在2动态拓扑结构,带宽限制和有限的处理和存储能力 以及无线传输的不可靠性等问题。在近年来的研究中,研究者提出了 QoS 信令、QoS 路由 协议、QoS MAC 协议等解决方案3-6,但是都只能解决了其中的一部分问题,要向 Ad hoc 网络提供很好的 QoS 保证,必须构造出适合于无线 Ad hoc 网络的相关 QoS 模型。 目前针对有线网,比较成熟的 QoS 服务模型主要有两种:综合服务模型7(IntServ)和 区分服务模型
14、8(Diffserv) 。IntServ 是一种基于流(per-flow)的资源预留机制,它引入了虚电 路的概念,由 RSVP 作为建立和维护虚电路的信令协议,路由器通过相应的包调度策略和丢包 策略来保证业务流的 QoS 要求。但当 Ad hoc 网络规模变大后,必将带来可扩展性等一系列 问题,因此不适用于无线 Ad hoc 网络。区分服务克服综合服务的这些缺点,能提供较好的 性能且具有较好的扩展性。DiffServ 模型旨在为不同的流聚集在一个较长的时间内提供一种 有区分的服务质量保障,它的内部节点功能相对较少,不需维护每流的状态,这点非常适合 Ad hoc 网络节点移动的特点,因而能够为无
15、线 Ad hoc 网络提供一定的 QoS 保证,但是文献1和 文献9也指出,直接把现存 DiffServ 机制运用到无线 Ad hoc 网络中,存在如何划分 DS 域 等一些问题。 文献1给出了称为灵活 QoS 模型(FQMM: Flexible QoS Model for MANETS)的体系结 学院毕业设计(论文) 第 6 页 构,该模型提供了一种称为混合(hybrid)模式的资源分配策略,它既支持 IntServ 的基于流 的资源分配,又支持 DiffServ 的基于类的资源分配,高优先级的业务基于流分配资源,低优 先级的业务流基于类分配资源。由于 FQMM 要求网络中的节点既要支持 I
16、ntServ 的基于流的 资源分配,又要支持 DiffServ 的基于类的资源分配,因此实现复杂。 本文讨论了如何将 DiffServ 应用于无线 Ad hoc 网络的问题,结合无线 Ad hoc 网络分布 式的特点,给出了一种适合无线 Ad hoc 网络的提供业务区分的简单的体系结构,并通过仿 真,分析了该体系结构的业务区分能力。 本文第一章介绍了无线 Ad hoc 网络的相应内容,包括其网络结构,研究热点和路由技 术,对 Ad hoc 网络的结构特点做了较为详细的分析;第二章介绍了网络服务质量技术 (QoS) ,简要分析了有线网中的综合服务模型和区分服务模型;第三章概述了网络服务技 术(Q
17、oS)在无线 Ad hoc 网络中的应用,并对不同的 QoS 模型进行了对比、分析,最后针 对无线 Ad hoc 网络的特点,对区分服务模型进行了相应的修改,提出了一种简单的适宜于 无线 Ad hoc 网络区分服务模型;第四章在初步介绍 NS 网络模拟仿真器后,对上面提出的 模型进行了模拟仿真,并对模拟结果进行了分析、比较。 第一章第一章 无线无线 Ad hoc 网络网络 第一节第一节 无线无线 Ad hoc 网络的概述网络的概述 Ad hoc一词来源于拉丁语,是“特别地、专门地为某一即将发生的特定目标、事件或局 学院毕业设计(论文) 第 7 页 势而不为其他的”的意思。这里提出的“Ad ho
18、c”是一种无线特定的网络结构,强调的是多 跳、自组织、无中心的概念,所以一般把基于Ad hoc技术的网络称为自组网、多跳网络等等。 无线Ad hoc(Mobile Ad hoc Network)网,简称移动自组网(见图2.1)。它是一种自治的无 线多跳网,整个网络没有固定的基础设施,也没有固定的路由器, 图 2.1 无线 Ad hoc 网络示意图 所有节点都是移动的,且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这个网络中,由 于终端无线覆盖范围是有限的,两个无法直接进行通信的用户终端可以借助于其它节点进行 分组转发。每一个节点都可以作为一个路由器,它们可以完成连接或转发到其它节点。典型 例子
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