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异构网络环境下多径并行传输若干关键技术研究

作 者: 高冲
导 师: 凌志浩
学 校: 华东理工大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 泛在网?多径并行传输?数据包乱序?多终端协同?虚拟终端
分类号: TP393.06
类 型: 博士论文
年 份: 2014年
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内容摘要


随着泛在网络由泛在互联阶段向泛在协同阶段演进,网络的异构性及终端的多接入特性为终端在网络重叠覆盖区域通过多种接入方式并行传输提供了基础及条件。多径并行传输系统,通过聚合多条链路的传输性能,可以有效提升网络资源利用率,提高业务传输速率及负载均衡能力。另外,通过及时将传输中断链路的数据迁移到其他并行链路可以有效提升网络的鲁棒性,保证数据可靠性。另一方面,当单个终端的能力受限无法完成特定的功能需求时,通过协同其周边环境多个终端设备形成一个能力增强、接口增多的虚拟大终端,成为解决终端资源受限与用户服务需求之间矛盾的突破口。本文针对异构网络环境下多径并行传输中的数据包乱序、网络资源公平性分配、拥塞控制机制、多终端协同业务传输等关键技术进行了研究,提出了基于虚拟终端的多径并行传输架构及优化方法、端到端多径并行传输乱序分析模型、基于网络效用的多用户多终端多径传输优化模型等,并通过搭建实验平台对以多终端协同为主要应用场景的异构终端设备及服务互发现、协作网络搭建及维护以及应用层实现的多流业务并发传输等关键技术进行了验证。主要研究工作包括以下几点:1.针对多径并行传输中影响传输性能的数据包乱序问题,通过多组仿真实验对多组场景的多个影响因素进行了分析。对多径并行传输中的数据包乱序产生原因、影响因素以及对系统造成的危害进行了系统的分析。基于以上分析,提出了基于累加概率分布的端到端数据包乱序分析模型,通过该模型可以很好的模拟真实网络环境的乱序情况,利用模型分析结果提出了解决数据包乱序的多种方法。最后,基于该模型通过最小化重排序时间获取多径传输系统最优吞吐的优化分析模型。2.为解决多径并行传输中所面临的瓶颈链路公平性问题,本文对多路径拥塞控制的设计原则进行分析,根据设计原则要求讨论现有多路径拥塞控制算法的性能,提出多路径传输拥塞控制算法设计原则,在保证网络资源公平的前提下,提升系统的整体性能,实现多路径传输效率的最大化。根据多用户多终端多路径传输特点,设计网络效用最优化的传输控制模型,通过设计分布式算法求解模型最优解,并验证了系统的稳定性。3.为解决单个终端在资源及能力上的不足,提出一种基于多终端协同的虚拟终端系统,基于该系统研究聚合终端的多路径并发传输控制。针对虚拟终端系统中如何实现多径并行传输过程中的业务流控制问题,利用排队论等理论工具建模该系统并通过优化分析给出不同业务类型需求下的分流控制解决方案,提升系统的传输性能。4.在上述研究的基础上,本文搭建多终端协同及多流并发传输关键技术验证演示平台,分别对异构网络融合、基于Wi-Fi通信协议自主服务发现及组网和应用层实现的多流并发传输控制方法进行研究,通过对典型应用场景的分析为相关技术的推广及应用提供可行的解决方案,并对本文研究的典型关键技术进行可行性验证和性能评估。以上研究成果,对异构网络环境中多终端协同及多路径并行传输系统在建模、架构、协议设计和实际应用方面奠定了重要基础,为泛在网络环境下的协同智能类应用的实施提供了理论支撑。

全文目录


摘要??5-7
Abstract??7-12
第1章 绪论??12-30
??1.1 泛在网概述??12-14
????1.1.1 泛在网发展阶段??13
????1.1.2 泛在网的特征??13-14
??1.2 多径并行传输技术研究现状??14-22
????1.2.1 应用层??14-16
????1.2.2 传输层??16-19
????1.2.3 网络层??19-20
????1.2.4 链路层??20-21
????1.2.5 总结??21-22
??1.3 多径并行传输的优势??22-24
????1.3.1 吞吐性能提升??22-23
????1.3.2 提升系统鲁棒性??23
????1.3.3 负载均衡??23-24
??1.4 多径并行传输技术的问题及挑战??24-27
????1.4.1 多径并行传输中的问题??24-25
????1.4.2 多径并行传输的挑战??25-27
??1.5 多径并行传输技术的应用??27
??1.6 本文的主要研究内容和论文结构??27-30
????1.6.1 论文主要研究内容??27-28
????1.6.2 文章的组织结构和章节安排??28-30
第2章 异构网络环境下的多径并行传输??30-43
??2.1 异构网络环境??30-35
????2.1.1 泛在网的分层架构??30-33
????2.1.2 关键技术及挑战??33-35
??2.2 多接口终端的多接入特性??35-38
??2.3 单宿系统与多宿系统??38-40
????2.3.1 网络拓扑??38
????2.3.2 传输层架构??38-40
????2.3.3 传输协议??40
??2.4 多径并行传输架构??40-42
??2.5 本章小结??42-43
第3章 多径并行传输中的乱序性能分析??43-64
??3.1 多径并行传输中的乱序问题??43-46
??3.2 数据包乱序的仿真研究??46-52
????3.2.1 仿真模型及参数设置??46-47
????3.2.2 不同场景下的性能分析??47-48
????3.2.3 基于乱序准则的数据包乱序分析??48-52
??3.3 数据包乱序的建模分析??52-55
????3.3.1 模型描述??52-53
????3.3.2 理论分析??53-55
??3.4 数据包乱序模型的仿真分析??55-59
????3.4.1 链路调度策略的影响??56-57
????3.4.2 链路延时及延时差异的影响??57-58
????3.4.3 模型有效性分析??58-59
??3.5 数据包乱序的解决方案??59-61
??3.6 基于重排序时间的系统吞吐性能分析??61-62
??3.7 本章小结??62-64
第4章 多径并行传输的拥塞控制及其建模分析??64-86
??4.1 多径并行传输中的公平性问题??64-68
????4.1.1 多径并行传输拥塞控制的设计原则??64-65
????4.1.2 多径传输的公平性分析??65-68
??4.2 面向多径传输的拥塞控制研究综述??68-71
??4.3 基于网络效用的多径并行传输建模及分析??71-82
????4.3.1 凸优化问题及网络效用最大化??71-76
????4.3.2 多用户多终端多径传输系统建模??76-81
????4.3.3 模型的稳定性分析??81-82
??4.4 模型仿真及性能分析??82-85
??4.5 本章小结??85-86
第5章 面向多径并行传输的虚拟终端系统??86-102
??5.1 泛在协同环境中的虚拟终端系统??86-88
??5.2 虚拟终端系统的体系架构??88-93
????5.2.1 虚拟终端??89-90
????5.2.2 并发聚合链路??90
????5.2.3 业务服务器??90-91
????5.2.4 虚拟终端系统的网络拓扑??91-93
??5.3 虚拟终端系统的数学模型及优化分析??93-98
????5.3.1 模型描述??94-96
????5.3.2 传输时延分析??96-97
????5.3.3 链路丢包分析??97-98
????5.3.4 系统平均传输延时及丢包的联合优化??98
??5.4 仿真结果对比及性能分析??98-101
????5.4.1 传输链路对系统性能的影响??98-100
????5.4.2 算法对比??100-101
??5.5 本章小结??101-102
第6章 多终端协同实验平台的设计及实现??102-121
??6.1 实验平台的系统架构??102-104
??6.2 异构终端互通互操作的智能家居控制系统??104-108
????6.2.1 智能家居控制系统体系架构??105-106
????6.2.2 硬件设计??106-107
????6.2.3 软件交互流程??107-108
??6.3 基于Wi-Fi协议的服务发现及协作网络组建??108-112
????6.3.1 设备及服务信息描述??108-109
????6.3.2 设备及服务互发现实现流程??109-110
????6.3.3 性能测试??110-112
??6.4 基于应用层实现的多流业务传输系统??112-120
????6.4.1 HTTP传输协议相关特性??112-114
????6.4.2 多流并行传输实验平台的搭建??114-117
????6.4.3 性能测试及结果分析??117-120
??6.5 本章小结??120-121
第7章 全文工作总结和展望??121-123
??7.1 全文工作总结??121-122
??7.2 展望??122-123
参考文献??123-134
致谢??134-135
攻读博士学位期间的主要学术成果??135-136
攻读博士学位期间参与的科研项目??136

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 计算机网络测试、运行
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