無線Mesh網(wǎng)絡的資源分配及擁塞控制算法研究.pdf

1、隨著無線通信技術的發(fā)展以及移動設備的盛行，提供高質(zhì)量的無線寬帶接入Internet服務已成為人們?nèi)找嬖鲩L的需求。然而，目前相對比較成熟的WLAN技術僅能實現(xiàn)單跳無線接入，其信號覆蓋范圍較小且只能布設在有線網(wǎng)絡附近，不能滿足更大范圍的無線網(wǎng)絡覆蓋需求。作為一種新興的下一代網(wǎng)絡，無線Mesh網(wǎng)絡利用無線多跳技術實現(xiàn)更大范圍的無線接入網(wǎng)絡覆蓋，并以覆蓋區(qū)域廣、低成本、接入便利等諸多優(yōu)勢，成為無線寬帶接入Internet的關鍵技術。
　　

2、 由于無線Mesh網(wǎng)絡采用無線多跳技術，而數(shù)據(jù)流在無線網(wǎng)絡中經(jīng)過多跳傳輸后，其性能就會急劇下降。因此，如何降低跳路間的競爭和干擾、提高網(wǎng)絡性能是無線Mesh網(wǎng)絡研究的重點。本文圍繞這一問題展開討論，重點研究了基于IEEE802.11的無線Mesh網(wǎng)絡信道分配策略、多信道路由協(xié)議、以及單信道和多信道網(wǎng)絡中的擁塞控制機制。論文主要工作和創(chuàng)新如下：
　　 首先，對無線Mesh網(wǎng)絡的基本原理進行概述，提出目前無線Mesh網(wǎng)絡面臨的一些

3、主要問題，并分析了現(xiàn)有相關成果所存在的不足。對基于IEEE802.11的Mesh網(wǎng)絡節(jié)點進行層次結構介紹，總結各層面相關的研究熱點，同時還對國際上著名的研究項目、解決方案進行綜述。
　　 其次，對無線Mesh網(wǎng)絡的路徑內(nèi)及路徑間干擾問題進行分析，介紹了單接口Mesh網(wǎng)絡和多接口Mesh網(wǎng)絡中實現(xiàn)跨信道通信的不同原理及優(yōu)缺點，概述現(xiàn)有的動態(tài)分配、靜態(tài)(或準靜態(tài))分配、混合分配三類信道分配方案。針對無線Mesh骨干網(wǎng)絡特點，提出了一

4、種準靜態(tài)的集中式信道分配方案，以實現(xiàn)信道資源的靈活分配和有效利用。實驗證明，采用提出的信道分配算法后網(wǎng)絡的吞吐量及穩(wěn)定性均得到了有效提高。
　　 再次，概述了相關adhoc網(wǎng)絡路由協(xié)議及現(xiàn)有的Mesh網(wǎng)絡路由協(xié)議，分析了現(xiàn)有多信道Mesh路由協(xié)議通過建立路徑質(zhì)量評測尺度實現(xiàn)信道多樣化、高吞吐量的路由原理。通過分析路由協(xié)議與信道分配方案之間的影響關系，同時結合多徑路由技術的負載平衡功能，為Mesh骨干網(wǎng)絡流量提出了一種與信道分配關

5、聯(lián)的多信道負載平衡路由策略。仿真表明采用負載平衡路由算法后，網(wǎng)絡的整體吞吐量遠勝過單信道路由，而且較一般多信道路由也有明顯改善。
　　 然后，分析了傳統(tǒng)TCP和UDP傳輸協(xié)議在無線多跳網(wǎng)絡中面臨的問題，綜述了現(xiàn)有基于窗口和基于速率兩種無線多跳網(wǎng)絡擁塞控制算法的原理和特點。通過對單信道Mesh網(wǎng)絡的空間復用性的研究，以及對大量實驗數(shù)據(jù)的分析，建立了多跳傳輸?shù)逆溌穼觼G包模型。同時結合Mesh網(wǎng)關的高處理能力和流量匯聚特點，提出一種自

6、適應速率的網(wǎng)關擁塞控制算法，用于提高單信道網(wǎng)絡的空間復用性，避免網(wǎng)絡擁塞。實驗證明，所提出的算法較已有控制算法更有效提高了網(wǎng)絡的吞吐量和公平性。
　　 最后，分析了多信道網(wǎng)絡與單信道網(wǎng)絡的多跳傳輸區(qū)別，提出多信道網(wǎng)絡空間上和頻域上的雙重復用特性，并指出該特性下現(xiàn)有擁塞控制機制存在的MAC層傳輸協(xié)調(diào)問題。針對這些問題，提出了一種競爭感知的跨層擁塞控制機制，該機制采用連續(xù)多包定時發(fā)配的方式來取代傳統(tǒng)擁塞控制機制中的單包定時發(fā)配方式，