无线多跳网可靠组播传送协议研究与实现

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当前,有线和无线网络组播通信在传输层均使用UDP协议,但难以应对分组丢失和网络拥塞,无法提供传输可靠性保证。为解决上述问题,有关可靠组播传送协议的研究得到越来越多的关注。实现可靠组播的常用手段有反馈控制、拥塞控制、差错检测和恢复等。当前存在若干可靠组播传送协议,其中,IETF下属的可靠组播工作组RMT,于2009年在RFC 5740中提出了基于NACK的可靠组播传送协议NORM,该协议实现了FEC编码传输、NACK反馈修复、拥塞控制等优良的可靠机制,但是其对无线多跳网络的链路动态特性适应性较差。本文以该协议为研究基础,主要完成了编码块自适应传输和层级修复策略,具体工作内容如下:首先,本文分析了NORM协议的运行机制,发现了其应用于无线多跳网环境中存在的缺陷。NORM协议采用FEC编码传输和NACK反馈修复相结合的机制来应对随机的分组丢失。利用拥塞控制机制来限制源端的发送速率,从而降低网络拥塞。但是其预设的固定冗余度传输可能浪费传输带宽或接收端无法完成分组解码,不能适应多变的无线网络环境。此外,NORM协议纯源端修复机制在组播节点过多、跳数过长时下可能带来修复时延的剧增、源节点处理负担过重等问题。其次,为了解决NORM协议的上述问题,本文设计并实现了NORM-adv协议。该协议采用了FEC编码块自适应传输机制,将主动修复PFEC与被动修复RFEC相结合。该机制在发送端利用接收端反馈的NACK消息估算全网的组播丢失率,以此调整当前周期被动发送的FEC分组和下一周期主发送的FEC分组数量,将有效减少接收端的反馈NACK消息,从而提升网络中的数据吞吐率。此外,本文设计出了一套底层路由协议无关的多级本地修复算法,充分利用组播树上游接收成员缓存的数据分组进行修复,无法修复时再向上一级节点发送请求,直至源端。最后,在Linux系统下开发了协议软件NORM-adv,搭建了真实的无线多跳组播网络,主要针对FEC编码自适应传输功能模块进行了实验。文中详细地介绍了实验平台、实验工具和测试方法。实验结果表明,NORM-adv协议能够根据网络状况自适应地调节修复包数量,无论是单跳还是多跳组播场景,实现自适应传输NORM-adv接收端在有用数据吞吐率和有用数据率方面均优于固定冗余度的NORM协议。
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