移动自组网络跨层的QoS路由关键技术研究

In wireless networks, due to bandwidth limitation and the increasing of multimedia application and real communication, the quality of service (QoS) for multimedia transmission has become a critical issue. The QoS problem of mobile ad hoc networks (MANETs) needs cooperation of MAC layer and network layer. This project addresses the key technologies of cross-layer QoS routing protocol design for multi-channel multi-slot MANETs, which include link schedulng, bandwidth prediction, channel and slot assignment with reuse. According to the bandwidth requirement of QoS flows and non-QoS flows, a flow-based local optimal link scheduling algorithm will be presented to satisfy the bandwidth requirement of QoS flows; We will propose a time slot assignment and reuse scheme, which will be used to QoS routing protocol with TDMA-based bandwidth reservation in MANETs. In order to guarantee the bandwidth of QoS flows, a bandwidth prediction scheme will be proposed in the project, differing from the existing QoS routing protocols, which takes future bandwidth of nodes into consideration when the route is selected. The future bandwidth requirement of a node is predicted by histroy of its bandwidth use. With linear programming method, we will propose a channel assigment scheme and routing protocol by using interference avoidance to maximize the network throughput and enhance the network performance. Compared with the existing related approaches, this project will deal with some key technologies of QoS routing in MANETs, these researches will provide new technologies and methods for mobile communication, which will have a good prospect of applications.

由于无线网络的带宽受限、以及多媒体应用和实时通信的不断增加，无线网络中多媒体数据传输的服务质量（QoS）成为一个关键问题。本项目研究多信道、多时隙移动自组网络跨层的QoS路由协议设计和实现的关键技术，从协议实现的角度研究移动自组网络的链路调度、带宽预测、信道和时隙分配与重用问题;根据QoS流和非QoS流的带宽需求，提出一种能满足QoS带宽请求的、基于流的调度算法；提出一种基于TDMA的QoS路由发现、带宽预留和时隙分配方案；首次提出一种基于历史信息的可用带宽预测方案，在路由选择时考虑节点的未来可用带宽，保证QoS流的带宽请求；利用基于线性规划的方法，提出一种基于信道干扰避免和最大化网络吞吐量的信道分配和信道重用方案，设计高性能的QoS路由协议。对比相关研究现状，本项目的预期成果将解决移动自组网络QoS路由的一些关键问题，为移动通信提供新的技术和方法，具有广阔的应用前景。

移动通信应用的普及，由于无线网络而带宽受限，多媒体和实时通信的不断增加，无线网络性能是移动通信应用的关键因素。项目主要研究移动网路的QoS问题，研究了能满足QoS带宽需求的分布式信道分配方案和支持多媒体通信的路由发现过程，提出了按需的多信道QoS路由协议和基于带宽预测方案；研究了多媒体传输协议的带宽预留和带宽分配问题，提出了基于ＴＤＭＡ的时隙分配和带宽预留机制，有效地减少干扰和提高信道的利用率。研究了多跳无线网络的包调度和拥塞控制问题，提出了基于队列长度和信道质量的最大权调度和拥塞控制算法；研究包的长度与网络性能的关系，提出在不同信道质量下的分包方法和包的调度方案，减少包的时延,提高了网络的吞吐量；研究了具有拥塞控制和重传机制的无线网络包调度方案，基于链路状态和队列的拥塞程度提出了一种包的概率重传方案，减少了队列的积压和包的延迟，提高了网络的吞吐量。研究了无线网络的时延和能量控制问题，提出了跨层的能量控制和传输协议，减少网络的时延；研究了基于蚁群算法的自组网络的能量控制问题，提出了延长网络的生存时间的能量控制协议；研究了存贮系统的能耗问题，提出能有效的减少系统资源和能量耗费的策略。本项目已发表学术论文29篇，获批国家发明专利3件，培养研究生15名。有一些成果在IEEE Trans. on Wireless Communications, IEEE Trans. on Parallel and Distributed Systems , Future Generation Computer Systems, Journal of Network and Computer Applications, Journal of Internet Technology, Information Processing letter, 2016Mobihoc,计算机学报，软件学报等期刊或会议上发表。项目研究无线移动网络QoS的一些关键问题，提出了相应的解决方案，完成了项目约定的研究目标。