基于無線Mesh網(wǎng)QoS關鍵技術研究.pdf

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

2、們很自然會產(chǎn)生在無線Mesh 網(wǎng)絡上傳輸綜合業(yè)務的需求，并且希望無線Mesh 網(wǎng)絡能像有線網(wǎng)絡一樣為不同業(yè)務提供足夠的服務質(zhì)量保障。特別是目前日益增多的音頻、視頻和高實時性數(shù)據(jù)業(yè)務都對網(wǎng)絡傳輸平均延遲、延遲抖動、帶寬分配等提出了很高的要求。然而，無線Mesh 網(wǎng)絡的多跳性和分布式特性，帶來了組網(wǎng)簡單和靈活的特點，同時也為其提供服務質(zhì)量保障帶來了巨大的挑戰(zhàn)。由于無線Mesh 網(wǎng)絡MAC 層的分布式自由競爭模式、單跳傳輸范圍的有限性、節(jié)點對

3、全網(wǎng)信息掌握的不完全性和節(jié)點移動導致網(wǎng)絡拓撲的改變，都使得無論是固網(wǎng)還是其它無線移動網(wǎng)絡所采用的服務質(zhì)量保障技術很難直接應用于無線Mesh 網(wǎng)絡，因此服務質(zhì)量保障問題是目前無線無線Mesh 網(wǎng)絡研究的一個熱點和難點。
　　 對已有的有線網(wǎng)絡和移動Ad Hoc 網(wǎng)絡QoS 技術加以改造，使之適用于無線Mesh 網(wǎng)絡是一個值得研究的課題。本論文研究了無線Mesh 網(wǎng)絡網(wǎng)絡層和MAC 層的QoS 機制，主要研究工作包括：
　　

4、 首先，對無線Mesh 網(wǎng)絡層現(xiàn)有的多徑路由協(xié)議進行分析，結合無線節(jié)點之間競爭無線信道的問題，提出了一種基于多徑路由關聯(lián)度的負載平衡算法-ONDMR。
　　 該算法在節(jié)點獨立多徑路由的基礎上，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)絡節(jié)點的活動鄰居節(jié)點集合，并且在RREP 消息單播發(fā)送回源節(jié)點的過程中計算節(jié)點獨立多徑路由的關聯(lián)度。源節(jié)點根據(jù)多徑路由的關聯(lián)度和路由長度進行多徑路由負載平衡，從而利用多徑路由

5、的容錯能力和負載平衡能力達到改善無線Mesh 網(wǎng)絡的性能，最終達到提高其QoS 能力的目的。
　　 與此同時，進一步結合無線Mesh 網(wǎng)絡和Ad Hoc 網(wǎng)絡中已有QoS 路由協(xié)議，提出了基于信道空閑帶寬進行接入控制的多徑路由算法-QNDMR，該算法在節(jié)點獨立多徑路由協(xié)議的基礎上，計算每個節(jié)點的兩跳活動鄰居節(jié)點集合以及這些鄰居節(jié)點的空閑帶寬。QNDMR算法根據(jù)業(yè)務流的帶寬需求利用RREQ分組的廣播進行局部接入控制，利用RREP分

6、組的單播進行全局接入控制和利用Hello分組的廣播進行全局接入控制，通過有效的接入控制算法為新業(yè)務流滿足QoS的多徑路由，同時盡量避免影響已有業(yè)務流的QoS 指標。
　　 仿真結果表明，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)點競爭信道的問題，最終達到改善網(wǎng)絡QoS的性能。
　　 無線網(wǎng)絡多徑路由協(xié)議的性能在很大程度上依賴MAC 層協(xié)議的性能，本論文對無線Mesh 網(wǎng)絡MAC

7、協(xié)議的接入控制機制進行了深入的研究。針對IEEE802.11e在數(shù)據(jù)接入過程中，高背景負荷時高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流接入成功概率不能得到充分保護的問題，提出了一種基于業(yè)務區(qū)分的多請求機制的信道接入算法。該算法利用連續(xù)的多次信道接入請求RTS，提高了高優(yōu)先級業(yè)務的接入概率；考慮到高優(yōu)先級業(yè)務流之間的沖突，提出了高優(yōu)先級業(yè)務同時接入信道時的避讓策略，減少了高優(yōu)先級業(yè)務之間的碰撞。仿真結果證明了基于業(yè)務區(qū)分的多請求機制可以有效地提高高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的接入

8、成功概率，從而保護高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的端到端吞吐量、減小其分組重傳次數(shù)和傳輸時延。
　　 基于上述多請求信道接入算法，為減少高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流在節(jié)點擁塞狀況下的丟包，本論文提出了基于擁塞避免的自適應退避算法。該算法在信道接入控制的過程中引入拒絕幀NTS，使轉發(fā)節(jié)點在節(jié)點嚴重擁塞時具備拒絕發(fā)送節(jié)點請求的能力；
　　 與此同時，通過ACK 幀攜帶接收節(jié)點的擁塞狀況到發(fā)送節(jié)點，發(fā)送節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡擁塞狀況以及發(fā)送站點數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級指定不同