無線mesh網(wǎng)絡(luò)中覆蓋多播流分發(fā)研究.pdf

1、下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標是靈活方便地為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入和有服務(wù)質(zhì)量保障的多媒體寬帶業(yè)務(wù),無線mesh網(wǎng)絡(luò)正是為此目的而產(chǎn)生的一種能夠提供更大范圍的無線接入新技術(shù)。與此同時,各種業(yè)務(wù)應(yīng)運而生,如何有效支持以視頻點播、移動學習等為代表的實時多媒體業(yè)務(wù)是無線mesh網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)。而且這些業(yè)務(wù)對多播技術(shù)有強烈需求,因此促使本論文將覆蓋多播與無線mesh網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,把提高無線mesh網(wǎng)絡(luò)中多播流的分發(fā)質(zhì)量作為研究目標。
　　覆蓋多播

2、是在應(yīng)用層實現(xiàn)多播功能,但多播流的分發(fā)質(zhì)量與底層網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、接入控制機制、路由等有關(guān)。而傳統(tǒng)的分層協(xié)議架構(gòu)向上屏蔽了這些因素,各層之間缺乏及時的信息交互,若采用傳統(tǒng)的分層協(xié)議設(shè)計將會導(dǎo)致無線mesh網(wǎng)絡(luò)性能的下降。為此,不少學者采用“優(yōu)化理論”和“上層從底層獲取信息的跨層設(shè)計”的方法,但這些方法缺乏對網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化模型的指導(dǎo)?；诖?本論文采用網(wǎng)絡(luò)效用最大化(Network Utility Maximization,簡稱NUM)的方法

3、來研究無線mesh網(wǎng)絡(luò)的跨層設(shè)計,提出了基于效用函數(shù)模型的多播流分發(fā)過程中的時延控制、功率控制以及鏈路強度控制等分布式優(yōu)化算法。
　　論文首先對無線mesh網(wǎng)絡(luò)和覆蓋多播技術(shù)的應(yīng)用背景、研究現(xiàn)狀進行了綜述,并歸納了面臨的關(guān)鍵問題,分析了利用網(wǎng)絡(luò)效用最大化架構(gòu)進行跨層設(shè)計的意義。在此基礎(chǔ)上,從以下幾個方面開展了研究工作:
　　第一,針對多播流在無線mesh網(wǎng)絡(luò)中進行分發(fā)時面臨的時延問題,提出了一種聯(lián)合擁塞控制和信道接入控制的跨

4、層優(yōu)化算法。通過聯(lián)合優(yōu)化調(diào)整多播流的速率和無線鏈路的信道接入概率,減少鏈路擁塞和沖突的發(fā)生,從而降低多播流的分發(fā)時延。并將此問題建模為網(wǎng)絡(luò)效用最大化問題,采用基于效用的定價機制,通過拉格朗日對偶分解獲得一個基于價格的分布式算法,以該分布式算法為核心進行鏈路的信道接入競爭控制和擁塞控制。
　　第二,為了減少鏈路間的相互干擾,提高多播流的分發(fā)質(zhì)量,提出了將多播流分發(fā)過程中所經(jīng)鏈路的功率消耗引入到網(wǎng)絡(luò)效用最大化架構(gòu)中,實現(xiàn)凈效用最大化。

5、并將此問題抽象成一個非線性優(yōu)化問題,通過對偶技術(shù)將此非線性優(yōu)化問題分解成若干個可分布式求解的子問題,這些子問題分別對應(yīng)于傳輸層的流量控制和物理層的功率控制。通過聯(lián)合控制,實現(xiàn)在鏈路消耗功率最小的情況下,獲得最佳的多播流分發(fā)速率,從而使整個網(wǎng)絡(luò)的性能趨于最優(yōu)。
　　第三,由于覆蓋多播是在應(yīng)用層主機上完成多播流的復(fù)制,這就不可避免地會造成鏈路強度問題。鏈路強度大,不僅浪費鏈路的帶寬,而且容易導(dǎo)致在一些鏈路上產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象。為此,提出了一