多接口無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)信道資源分配關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)(WMN)是一種具有分層結(jié)構(gòu)的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)中存在多種不同的通信系統(tǒng)，如蜂窩網(wǎng)、WiFi、WiMAX，以及Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)等。無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、可靠性強(qiáng)、高帶寬、高利用率、維護(hù)方便，以及投資成本低、風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)。因此，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)被廣泛視為下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是，多系統(tǒng)共存的局面也使得無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)中存在很多挑戰(zhàn)。一方面，無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)必須解決如何將多種不同的通信系

2、統(tǒng)集成到一個(gè)體系的問(wèn)題。另一方面，無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)中的流量從多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)集成而來(lái)。這要求無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)必須具有非常大的容量。但是，從多種通信系統(tǒng)集成來(lái)的流量卻極大地加重了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的干擾程度。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可用信道數(shù)非常有限，鄰近的節(jié)點(diǎn)不得不使用同一條信道進(jìn)行通信。無(wú)線介質(zhì)的廣播特性使得這些通信鏈路間存在干擾。此外，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的流量需要經(jīng)過(guò)多跳的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。并且，相鄰的無(wú)線節(jié)點(diǎn)傾向于采用同一條信道進(jìn)行通信。這

3、進(jìn)一步增加了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)鏈路間的干擾。因此，鏈路間的干擾程度是影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量的重要因素。如何提高無(wú)線信道的利用率，增加系統(tǒng)的容量是設(shè)計(jì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。本文研究了動(dòng)態(tài)信道分配多接口無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道資源分配相關(guān)問(wèn)題。具體包括干擾估計(jì)策略、廣播機(jī)制，信道分配協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的流量特征及其對(duì)信道分配的影響，以及基于NS2的多接口無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)的搭建等。主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)為多接口

4、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)提出了一個(gè)信道干擾估計(jì)策略。在動(dòng)態(tài)信道分配網(wǎng)絡(luò)中，接口的信道在通信過(guò)程中動(dòng)態(tài)的改變。這使得網(wǎng)絡(luò)的干擾問(wèn)題變得更加復(fù)雜。而現(xiàn)有模型并沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)信道切換對(duì)網(wǎng)絡(luò)干擾的影響。本文提出的干擾估計(jì)策略不依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)負(fù)載。但是，該策略考慮了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量的特點(diǎn)，以及無(wú)線信號(hào)的傳輸特性對(duì)節(jié)點(diǎn)間干擾的影響。實(shí)驗(yàn)證明，該干擾估計(jì)策略不僅容易實(shí)現(xiàn)，而且適應(yīng)性強(qiáng)。 (2)為采用動(dòng)態(tài)接口切換協(xié)議的多接口無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)提

5、出了一個(gè)高效的廣播機(jī)制。由于不存在恒定的通信鏈路，無(wú)線信道的廣播特性在采用動(dòng)態(tài)信道分配策略的網(wǎng)絡(luò)中不再適用?，F(xiàn)有的廣播方案要么需要額外的廣播接口，要么極大的增加網(wǎng)絡(luò)的廣播開(kāi)銷(xiāo)。本文提出的廣播策略不需為節(jié)點(diǎn)配置額外的廣播接口，卻將信道切換開(kāi)銷(xiāo)限制在容許的范圍內(nèi)。該策略還極大地減少了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的廣播冗余。因此，該策略為動(dòng)態(tài)信道分配的網(wǎng)絡(luò)提供了有效的廣播支持。 (3)利用排隊(duì)論理論分析了基礎(chǔ)模式無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(I-WMN)的流

6、量特征及其影響。在此基礎(chǔ)上，提出并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)混合的信道分配協(xié)議。本文提出的流量模型把網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和處于最外層的路由節(jié)點(diǎn)看作是一些具有無(wú)限大的容量的排隊(duì)系統(tǒng)，而把其余的路由器節(jié)點(diǎn)看作容量有限的排隊(duì)系統(tǒng)。與以往模型不同，該模型還考慮了無(wú)線信道的帶寬和干擾對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)性能的影響。利用該模型分析了穩(wěn)定狀態(tài)下無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、包丟失率和數(shù)據(jù)包的排隊(duì)延遲等問(wèn)題。根據(jù)分析，各路由器節(jié)點(diǎn)相對(duì)網(wǎng)關(guān)的位置決定了其上的流量?？紤]到I-WMN的上述流