基于無線Mesh網(wǎng)QoS關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)通信服務(wù)的需求也越來越高，特別是近幾年間，希望通信服務(wù)能提供“讓網(wǎng)絡(luò)無處不在”的服務(wù)接入能力、更高的接入速率和更好的服務(wù)質(zhì)量的呼聲已經(jīng)越來越高。無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)是從移動(dòng)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)分離出來的一種高容量、高速率的分布式網(wǎng)絡(luò)，是作為一種可以解決隨時(shí)隨地接入需求的有效方案之一。
　　 網(wǎng)絡(luò)多媒體、VOIP、視頻會(huì)議等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)的日益普及與無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)在商業(yè)應(yīng)用上的進(jìn)展，使得人

2、們很自然會(huì)產(chǎn)生在無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)上傳輸綜合業(yè)務(wù)的需求，并且希望無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)能像有線網(wǎng)絡(luò)一樣為不同業(yè)務(wù)提供足夠的服務(wù)質(zhì)量保障。特別是目前日益增多的音頻、視頻和高實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸平均延遲、延遲抖動(dòng)、帶寬分配等提出了很高的要求。然而，無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)的多跳性和分布式特性，帶來了組網(wǎng)簡單和靈活的特點(diǎn)，同時(shí)也為其提供服務(wù)質(zhì)量保障帶來了巨大的挑戰(zhàn)。由于無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)MAC 層的分布式自由競(jìng)爭模式、單跳傳輸范圍的有限性、節(jié)點(diǎn)對(duì)

3、全網(wǎng)信息掌握的不完全性和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖?，都使得無論是固網(wǎng)還是其它無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所采用的服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)很難直接應(yīng)用于無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)，因此服務(wù)質(zhì)量保障問題是目前無線無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 對(duì)已有的有線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)QoS 技術(shù)加以改造，使之適用于無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)值得研究的課題。本論文研究了無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層和MAC 層的QoS 機(jī)制，主要研究工作包括：
　　

4、 首先，對(duì)無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)層現(xiàn)有的多徑路由協(xié)議進(jìn)行分析，結(jié)合無線節(jié)點(diǎn)之間競(jìng)爭無線信道的問題，提出了一種基于多徑路由關(guān)聯(lián)度的負(fù)載平衡算法-ONDMR。
　　 該算法在節(jié)點(diǎn)獨(dú)立多徑路由的基礎(chǔ)上，不明顯增加路由開銷，利用RREQ分組和Hello分組的廣播來收集網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)鄰居節(jié)點(diǎn)集合，并且在RREP 消息單播發(fā)送回源節(jié)點(diǎn)的過程中計(jì)算節(jié)點(diǎn)獨(dú)立多徑路由的關(guān)聯(lián)度。源節(jié)點(diǎn)根據(jù)多徑路由的關(guān)聯(lián)度和路由長度進(jìn)行多徑路由負(fù)載平衡，從而利用多徑路由

5、的容錯(cuò)能力和負(fù)載平衡能力達(dá)到改善無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)的性能，最終達(dá)到提高其QoS 能力的目的。
　　 與此同時(shí)，進(jìn)一步結(jié)合無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中已有QoS 路由協(xié)議，提出了基于信道空閑帶寬進(jìn)行接入控制的多徑路由算法-QNDMR，該算法在節(jié)點(diǎn)獨(dú)立多徑路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的兩跳活動(dòng)鄰居節(jié)點(diǎn)集合以及這些鄰居節(jié)點(diǎn)的空閑帶寬。QNDMR算法根據(jù)業(yè)務(wù)流的帶寬需求利用RREQ分組的廣播進(jìn)行局部接入控制，利用RREP分

6、組的單播進(jìn)行全局接入控制和利用Hello分組的廣播進(jìn)行全局接入控制，通過有效的接入控制算法為新業(yè)務(wù)流滿足QoS的多徑路由，同時(shí)盡量避免影響已有業(yè)務(wù)流的QoS 指標(biāo)。
　　 仿真結(jié)果表明，上述多徑路由算法ONDMR和QNDMR 一定程度上解決了已有QoS 路由算法的無線節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭信道的問題，最終達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)QoS的性能。
　　 無線網(wǎng)絡(luò)多徑路由協(xié)議的性能在很大程度上依賴MAC 層協(xié)議的性能，本論文對(duì)無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)MAC

7、協(xié)議的接入控制機(jī)制進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)IEEE802.11e在數(shù)據(jù)接入過程中，高背景負(fù)荷時(shí)高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流接入成功概率不能得到充分保護(hù)的問題，提出了一種基于業(yè)務(wù)區(qū)分的多請(qǐng)求機(jī)制的信道接入算法。該算法利用連續(xù)的多次信道接入請(qǐng)求RTS，提高了高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的接入概率；考慮到高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流之間的沖突，提出了高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)同時(shí)接入信道時(shí)的避讓策略，減少了高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)之間的碰撞。仿真結(jié)果證明了基于業(yè)務(wù)區(qū)分的多請(qǐng)求機(jī)制可以有效地提高高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的接入

8、成功概率，從而保護(hù)高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的端到端吞吐量、減小其分組重傳次數(shù)和傳輸時(shí)延。
　　 基于上述多請(qǐng)求信道接入算法，為減少高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流在節(jié)點(diǎn)擁塞狀況下的丟包，本論文提出了基于擁塞避免的自適應(yīng)退避算法。該算法在信道接入控制的過程中引入拒絕幀NTS，使轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重?fù)砣麜r(shí)具備拒絕發(fā)送節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求的能力；
　　 與此同時(shí)，通過ACK 幀攜帶接收節(jié)點(diǎn)的擁塞狀況到發(fā)送節(jié)點(diǎn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況以及發(fā)送站點(diǎn)數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)指定不同