異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制策略的研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使用戶(hù)脫離了有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的束縛，享受更加便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)覆蓋范圍非常小，部署成本頗高。為克服如上缺點(diǎn)，基于IEEE802.11的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的概念于近年提出，并已應(yīng)用在醫(yī)院、礦井、公共安全等領(lǐng)域。隨著各種通信技術(shù)的發(fā)展及硬件成本的降低，各種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如IEEE802.16(WiMAX)、IEEE802.15.3(UWB)、3G等。基于802.11的同構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)逐漸發(fā)展為具有高融合性、高魯

2、棒性、高帶寬的異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)地域由若干種無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)覆蓋，它們之間采用Mesh的結(jié)構(gòu)相互連接起來(lái)，組成一個(gè)異構(gòu)的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)無(wú)線(xiàn)終端接入設(shè)備具有多個(gè)射頻，且每個(gè)射頻支持不同的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)時(shí)，移動(dòng)用戶(hù)便可以選擇當(dāng)時(shí)最適合使用的接入技術(shù)連接到異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
　　 在異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，配置多種射頻的無(wú)線(xiàn)終端在網(wǎng)絡(luò)中工作，此時(shí)，設(shè)備可選擇多個(gè)射頻同時(shí)接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如何使同時(shí)工作的射頻相互協(xié)作，提升設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)

3、性能，獲得更好QoS支持等，是一個(gè)熱門(mén)研究點(diǎn)；另外，通過(guò)提升異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中各同構(gòu)子網(wǎng)的傳輸性能、公平性、網(wǎng)絡(luò)效率將最終提高整體異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能；最后，如何進(jìn)一步融合各同構(gòu)子網(wǎng)對(duì)路由度量的同一化提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的路由度量無(wú)法適用于異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
　　 本文圍繞著異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)與射頻協(xié)作問(wèn)題、各同構(gòu)子網(wǎng)性能優(yōu)化、普適路由度量架構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。通過(guò)對(duì)WiFi及WiMAX媒體訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議

4、的分析，提出了WiFi與WiMAX的緊耦合射頻協(xié)作方案；研究并設(shè)計(jì)了WiMAX、UWB Mesh子網(wǎng)調(diào)度算法及移動(dòng)WiFi Mesh網(wǎng)絡(luò)公平性傳輸算法，從而提升了整體異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能；分析了路由度量應(yīng)考慮的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，提出并實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由度量架構(gòu)?？傊瑥膯翁鴶?shù)據(jù)傳輸，到多跳路由構(gòu)建，為異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一系列全新解決方案。
　　 首先，針對(duì)異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中的射頻協(xié)作問(wèn)題，本文理論證實(shí)了W

5、iMAX射頻與WiFi射頻同時(shí)工作的可行性，分析了WiFi DCF工作機(jī)制的低效性，及WiMAX Mesh的帶寬請(qǐng)求機(jī)制，提出了一種WiFi與WiMAX射頻的緊耦合協(xié)作方案。該方案在WiMAX MAC與WiFi MAC實(shí)體間設(shè)置WFW(WiMAX for WiFi)模塊，通過(guò)改進(jìn)的DSCH消息，令WiMAX射頻實(shí)現(xiàn)WiFi射頻的帶寬請(qǐng)求-授予-確認(rèn)過(guò)程，避免了WiFi控制信令(RTS/CTS及ACK)交互的開(kāi)銷(xiāo)。通過(guò)該方案，WiFi M

6、esh網(wǎng)絡(luò)工作效率可達(dá)理論最大值100％，網(wǎng)絡(luò)吞吐率可達(dá)理論最大值(如1Mbps)；WiMAX Mesh網(wǎng)絡(luò)性能無(wú)損。
　　 其次，通過(guò)研究WiMAX Mesh子網(wǎng)的數(shù)據(jù)時(shí)槽的分配與調(diào)度方式、應(yīng)用的服務(wù)級(jí)別區(qū)分，設(shè)計(jì)了一種基于QoS保障的吞吐率-效率最優(yōu)的分布式數(shù)據(jù)子幀調(diào)度算法；通過(guò)研究可變比特率流的特點(diǎn)，針對(duì)UWB Mesh網(wǎng)絡(luò)的時(shí)槽分配方式，提出了一種UWB Mesh子網(wǎng)基于QoS的動(dòng)態(tài)時(shí)槽分配與調(diào)整算法；通過(guò)理論分析移動(dòng)W

7、iFi Mesh網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流在競(jìng)爭(zhēng)信道時(shí)存在嚴(yán)重的不公平現(xiàn)象，提出了一種數(shù)據(jù)包大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法來(lái)提高移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中通信對(duì)端信道競(jìng)爭(zhēng)的公平性，進(jìn)而保證每條數(shù)據(jù)流相對(duì)較高的平均吞吐率。通過(guò)對(duì)各異構(gòu)子網(wǎng)傳輸性能、公平性、網(wǎng)絡(luò)效率的提高最終提升整體異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能。
　　 最后，為驗(yàn)證各同構(gòu)子網(wǎng)的性能，且將異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步融合，異構(gòu)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由度量需考慮的兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：節(jié)點(diǎn)質(zhì)量與鏈路質(zhì)量。另外，該路由