論文選題的背景和意義

2024年3月30日發(fā)(作者：語言魅力)

一、

論文選題的背景和意義

1．無線網(wǎng)絡的發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)始于美國國防部的ARPANET，在上個世紀80年代開始轉(zhuǎn)為民用并鼓勵

其他網(wǎng)絡加入。到1987年成為一個跨越美國和歐洲，連接2萬多臺計算機的網(wǎng)絡，

到1994年，全球互聯(lián)網(wǎng)覆蓋了61個國家和地區(qū)的3百萬臺計算機?；ヂ?lián)網(wǎng)已基本

連接世界上所有的國家，互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的迅速發(fā)展使其越來越成為日常生活不可

缺少的工具。隨著通信網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)、移動IP技術(shù)的提出，互聯(lián)網(wǎng)

的覆蓋范圍從有線向無線拓展。無線通信系統(tǒng)所能提供的服務已從最初單一的語音

業(yè)務發(fā)展到現(xiàn)在語音、數(shù)據(jù)并重?；ヂ?lián)網(wǎng)和無線通信系統(tǒng)的融合成為一種必然趨勢。

移動IP技術(shù)保證了互聯(lián)網(wǎng)和無線通信系統(tǒng)融合的可實現(xiàn)性，并最終使得互聯(lián)網(wǎng)從有

線領(lǐng)域拓展到無線領(lǐng)域。無線通信和移動計算的需求在持續(xù)地增長，與有線網(wǎng)絡相

比無線網(wǎng)絡在以下這些地方有應用優(yōu)勢：在不能使用傳統(tǒng)走線方式的地方、傳統(tǒng)布

線方式困難、布線破壞性很大或因歷史等原因不能布線的地方；有水域或阻隔的地

方；重復地臨時建立、設置和安排通訊的地方；無權(quán)鋪設線路或線路鋪設環(huán)境可能

導致線路損壞；時間緊急，需要迅速建立通訊，而使用有線不便、成木高或耗時長;

局域網(wǎng)的用戶需要有更大范圍進行移動計算的地方。因為這些不可替代的優(yōu)勢，無

線網(wǎng)絡的到了廣泛的應用，如果將其應用劃分為室內(nèi)和室外的話，室內(nèi)應用包括大

型辦公室、車間、會議室、證券市場等;室外應用包括城市建筑群間通信、學校校園

網(wǎng)絡、野外勘測試驗、軍事流動網(wǎng)、公安流動網(wǎng)等，無線網(wǎng)絡在未來因特網(wǎng)中無疑

將扮演極為重要的角色。

2．擁塞與擁塞控制

當網(wǎng)絡中存在過多的報文時，網(wǎng)絡的性能會下降，這種現(xiàn)象稱為擁塞，其可以

認為是網(wǎng)絡負載接近或達到網(wǎng)絡資源所允許的最大容量時的狀態(tài)。這里的網(wǎng)絡資源

主要指的是連接帶寬和路由器的緩沖容量。在網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時，會導致吞吐量下降，

嚴重時會發(fā)生“擁塞崩潰”現(xiàn)象。一般來說，擁塞崩潰發(fā)生在網(wǎng)絡負載增加導致網(wǎng)

絡效率降低的時候。使用下圖來描述擁塞的發(fā)生。當負載較小時，吞吐量的增長和

負載相比基本呈線性關(guān)系，延遲增長緩慢;在負載超過Knee之后，吞吐量增長緩慢，

延遲增長較快;當負載超過Cliff之后，吞吐量急劇下降，延遲急劇上升.可以看出，

負載在Knee附近時網(wǎng)絡的使用效率最高.擁塞控制就是網(wǎng)絡節(jié)點采取措施來避免擁

塞的發(fā)生或者對擁塞的發(fā)生作出反應，在圖中，就是使負載保持在Knee附近.擁塞

控制下要考慮端節(jié)點之間的網(wǎng)絡環(huán)境，目的是使負載不超過網(wǎng)絡的傳送能力；而流

控制主要考慮接收端，目的是使發(fā)送端的發(fā)送速率不超過接收端的接收能力。擁塞

控制算法包含擁塞避免(congestion avoidance)和擁塞控制(congestion control)這兩種

不同的機制。擁塞控制是“恢復”機制，它用于把

網(wǎng)絡從擁塞狀態(tài)中恢復出來;擁塞避免是“預防”

機制，它的目標是避免網(wǎng)絡進入擁塞狀態(tài)，使網(wǎng)

絡運行在高吞吐量、低延遲的狀態(tài)下。目前互聯(lián)

網(wǎng)所使用的TCP擁塞控制協(xié)議已被實踐證明是

簡單有效的技術(shù)。

TCP采用基于窗口大小的擁塞控制，為了

跟蹤接收方和網(wǎng)絡的容量，TCP保持兩種獨立的

窗口—接收窗口和擁塞窗口，接收窗口反映接收

方緩存的容量，擁塞窗口是對網(wǎng)絡可用容量的估

計。在此三個階段描述TCP中的擁塞機制：

慢啟動階段：當TCP完成一個連接，發(fā)送方

就開始通過接收窗口大小來了解接收方的緩存

能力并采用慢啟動來檢測網(wǎng)絡容量和決定擁塞窗口的大小。TCP發(fā)送者啟動一個長

度為1的擁塞窗口。對于每個收到的TCP，TCP指數(shù)增長窗口大小，直到到達慢啟

動階段的門限值(ssthresh)，然后進入擁塞避免階段。

擁塞避免階段：在慢啟動工作完成后生效。在這個過程中擁塞窗口(Cwind)的大

小以十分緩慢的速度增長，每收到一個確認應答(ACK)，窗口增加1Cwind(除非大小

已經(jīng)超過了接收端通知窗口的大小)，每一個往返時延(RTT)大約增加一個段值大小。

快速重發(fā)階段：TCP一直在確認數(shù)據(jù)段需要多長時間才能返回，以確定哪一個

包到達接收者并通過重發(fā)丟失的包來提供可靠性。如果現(xiàn)在往返時延是平均數(shù)標準

方差的4倍的話(超時間隔)，TCP就假設這個包丟失了，然后就開始重發(fā)丟失的包。

如果接收都收到很多重復確認的時候(通常是3個)，此時也假設這個包丟失了。假

設丟失的包從重復ACK序號開始，并轉(zhuǎn)發(fā)他。

3．無線網(wǎng)絡中的TCP

無線網(wǎng)絡因為其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的特殊性,在一定程度上也影響著其性能.

(1).隨機丟失性：無線網(wǎng)絡具有更強的信道間干擾、主機移動性、多徑衰弱性和

有限的網(wǎng)絡覆蓋能力，使得有效的比特錯誤率要比有線網(wǎng)絡高很多；

(2).時延：無線網(wǎng)絡的時延既大而且時時在變，導致這樣的原因有：低帶寬、交

換網(wǎng)絡時延、信道接入不對稱和洋公平性等；

(3).低帶寬：無線網(wǎng)絡相對于有線網(wǎng)絡帶寬明顯很低，微微單元和微單元的無線

網(wǎng)絡能提供2~5Mbit/s的帶寬，但宏單元無線網(wǎng)絡只能提供幾十kbit/s的帶寬這樣有

效帶寬會更加低。在TCP擁塞機制中，當擁塞窗口大小不斷增加，只要窗口還有空

間就會發(fā)送突發(fā)分組。在慢啟動中階段，由于窗口大小指數(shù)增加，突發(fā)分組出現(xiàn)的

情況會更加頻繁。如果伴隨著TCP的突發(fā)性質(zhì)信道帶寬很窄，分組經(jīng)過不同的RTT

時間，TCP保持平均的RTT的時間就會增加，更重要的是平均偏差也會增加，這樣

會導致重傳超時時間達到一個很大的值，相應的吞吐量就會下降。

(4).路徑的不對稱性：雖然傳輸協(xié)議的性能理想情況下只由向前鏈路的特性決

定，但由于TCP采用的基于時鐘ACK的窗口控制反向鏈路也會影響到傳輸協(xié)議的

性能。即使反向鏈路還有帶寬，但是確認信息不能從接收方傳送到發(fā)送方，此時TCP

就不能成功的建立連接。

4．無線網(wǎng)絡擁塞控制

無線局域網(wǎng)、藍牙、無線本地環(huán)、移動通信、Ad-hoc 網(wǎng)絡等無線網(wǎng)絡技術(shù)極大

地推動著無線/有線和移動因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。但是這種混合網(wǎng)絡呈現(xiàn)的特性使得傳

統(tǒng)傳輸控制協(xié)議TCP由于設計本身的局限，無法良好服務無線網(wǎng)絡，改進傳統(tǒng)的

TCP以適應無線/有線和移動網(wǎng)絡環(huán)境便成為國際上的一個研究熱點。當在無線環(huán)境

下執(zhí)行基于包交換的數(shù)據(jù)傳輸時，分組丟失和延遲通常是由于鏈路誤碼、本地重傳

或切換等原因?qū)е碌?，傳統(tǒng)TCP把所有的分組丟失簡單歸因于網(wǎng)絡擁塞策略的盲日

性嚴重惡化了無線環(huán)境中TCP的性能。無線鏈路的特性主要表現(xiàn)在很高的鏈路誤碼

率、有限的帶寬、較長的時延和時延抖動、終端的移動性、能源消耗約束等方面。

要實現(xiàn)理想的控制策略，一方而，在可能的前提下要盡量減少誤碼丟包、避兔重傳;

另一方面，要能區(qū)分無線誤碼造成的數(shù)據(jù)丟失和網(wǎng)絡擁塞造成的數(shù)據(jù)丟失，采取不

同的控制策略。如何采取有效的措施來解決無線網(wǎng)絡中的擁塞控制問題成為影響無

線網(wǎng)絡性能的一個關(guān)鍵因素。但擁塞控制把網(wǎng)絡丟包當作網(wǎng)絡擁塞最重要的指標。

這種做法的基本假設是數(shù)據(jù)包在信道傳輸過程中不會丟失，只可能在路由器的處理

等待中被主動丟棄(實際中網(wǎng)絡擁塞引起的丟包率遠高于信道傳輸?shù)膩G包率，因此假

設近似成立)。而在無線環(huán)境下，由于存在大量的外在干擾，以及自身存在的多徑衰

落現(xiàn)象，信號在無線信道傳輸?shù)恼`碼率遠大于有線信道，往往存在隨機數(shù)據(jù)包丟失

的情況。因此如果直接將現(xiàn)有的單純依據(jù)數(shù)據(jù)包丟失作為擁塞指示的TCP 擁塞控制

算法應用在無線網(wǎng)絡中，發(fā)送端會由于判斷到頻繁的網(wǎng)絡擁塞而降低傳輸速率，從

而造成性能的下降。針對無線信道的特殊性，研究新的擁塞控制協(xié)議成為必要。

二．工作任務分析

1）第一階段主要熟悉整個無線網(wǎng)絡的知識體系，包括其背景、發(fā)展、無線網(wǎng)絡

環(huán)境特性以及無線網(wǎng)絡的應用等等；分析無線信道上數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦裕私鉄o線網(wǎng)

絡擁塞的含義與對策；并開始著手熟悉NS網(wǎng)絡仿真軟件；

2）第二階段主要是對現(xiàn)有的網(wǎng)絡擁塞控算法進行研究與學習，在理解擁塞控制

原理的基礎上閱讀大量文獻資料，并適量閱讀分析最新有關(guān)無線擁塞控制的英文文

獻資料，對現(xiàn)有的種擁塞控制算法（如：TCP Reno、TCP NewReno、TCP Sack、TCP

Veges、TCP Tahoe等等）進行分析比較，選擇一個合適的著重進行的研究分析；

3）第三階段是利用NS軟件對第二階段中分析的擁塞控制方法進行仿真，改變

不同的參數(shù)對仿真結(jié)果進行分析比較，并比較其與理論值的差距。最后對課題進行

拓展研究，對其中一種擁塞控制方法進行改進，使之對擁塞控制更加理想，并進行

仿真比較。

三．實施計劃

1）07年2月至3月期間，學習完成課題所需要的基本知識，主要是網(wǎng)絡技術(shù)、

無線環(huán)境的特點以及網(wǎng)絡仿真軟件NS的使用方法；閱讀相關(guān)的文獻資料，定性了

解無線環(huán)境擁塞控制技術(shù)的發(fā)展與應用，了解相關(guān)的控制算法，對無線網(wǎng)絡擁塞控

制有整體認識。

2）07年3月至4月，繼續(xù)閱讀近期國內(nèi)外有關(guān)無線網(wǎng)絡體系擁塞控制的有關(guān)

文獻，著重分析理解無線網(wǎng)絡擁塞控制的算法，并比較其優(yōu)缺點，在NS對其進行

仿真，并比較理論值與實驗值的差距，分析出現(xiàn)該差距的原因；

3）07年5月中旬，在第階段對無線網(wǎng)絡擁塞控制算法的分析比較的基礎上，

對其中之一的算法進行改進實驗，對其性能進行重點的仿真分析，用足夠的數(shù)據(jù)說

明其在性能上對無線網(wǎng)絡擁塞控制能力的提升；

4）07年5月下旬至6月，前期工作基本完成，完成畢業(yè)設計文檔整理工作，

整個過程是對畢業(yè)設計工作的總結(jié)和提高。

四．參考文獻

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[10]、焦翠珍、一種改進的自適應無線網(wǎng)絡擁塞控制方案、福建電腦、NO.9，

2006、P.130-131；

指導教師意見：

簽 名：

年 月 日

開題報告指導小組意見：

指導小組負責人（簽 名）：

年 月 日

備注：

1、要有10篇以上相關(guān)文章的閱讀量。

2、理、工科開題報告撰寫不少于2500字，人文社科開題報告不少于3500字，包括論文選題的

背景和意義、工作任務分析、調(diào)研報告、方案擬定與分析、畢業(yè)論文撰寫提綱及實施計劃、

文獻綜述（理、工科可不提交文獻綜述）等。

3、電腦打印，用A4紙，頁邊距左邊3.2cm，右邊2.54cm,上下邊距2.54cm，在左邊裝訂；內(nèi)

容為小四號宋體，行距為固定值20磅。

4、文獻綜述（按文獻綜述格式打印）附在開題報告后面一起裝訂。