基于無線mesh網(wǎng)絡(luò)的低速WPAN關(guān)鍵技術(shù)研究及實驗平臺實現(xiàn).pdf

1、無線mesh網(wǎng)絡(luò)是一種多跳網(wǎng)絡(luò)，因其覆蓋范圍大，部署方便及健壯性等一系列優(yōu)點在近年受到了極大的關(guān)注。無線個域網(wǎng)也是當(dāng)今的研究熱點，IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了低速的小范圍無線網(wǎng)絡(luò)，支持星型和對等結(jié)構(gòu)，采用CSMA/CA機制競爭信道。而IEEE802.15.5草案對15.4進行了網(wǎng)絡(luò)層的擴充，使其支持mesh結(jié)構(gòu)，本論文將對低速無線mesh網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，重點關(guān)注節(jié)點的吞吐率和流量公平性，并基于硬件實驗平臺實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)。

2、 吞吐率和公平性是無線網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)。目前對吞吐率的研究主要集中在單跳網(wǎng)絡(luò)，也有一些文獻對路徑吞吐率和端到端吞吐率進行了研究，但是它們一般都是基于IEEE802.11協(xié)議簇，研究結(jié)果不能直接應(yīng)用于采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低速網(wǎng)絡(luò)。由于無線mesh網(wǎng)絡(luò)是多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點所處的位置不一樣，干擾和競爭狀況也不一樣，因此對網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點的吞吐率進行研究具有實際意義。本文將對“接收優(yōu)先”情況下的低速無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點飽和

3、吞吐率進行建模并用OPNET進行仿真，仿真結(jié)果表明該模型較好地預(yù)測了節(jié)點的吞吐率，為評估網(wǎng)絡(luò)性能提供了一種工具。 網(wǎng)絡(luò)的公平性包括節(jié)點間的公平性和節(jié)點內(nèi)的公平性，對節(jié)點間的公平性主要采用公平選路方法解決，而對節(jié)點內(nèi)不同數(shù)據(jù)流間的公平性可以通過隊列調(diào)度的方式處理。由于采用CSMA/CA算法隨機接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點獲得信道使用權(quán)的能力與其退避窗口的大小成反比，因此可以通過調(diào)整不同節(jié)點的初始退避窗口使負荷大的節(jié)點獲得更多的使用信道的機會，相

4、應(yīng)地使網(wǎng)絡(luò)邊沿負荷小的節(jié)點獲得更少的使用信道的機會。從而提高節(jié)點的流量公平性。第一次發(fā)送時根據(jù)飽和情況下IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的退避過程的Markov模型為不同負荷的節(jié)點設(shè)置不同的初始退避窗口，以后每次發(fā)送時都對節(jié)點及其競爭節(jié)點實際獲得的吞吐率進行估計，然后根據(jù)這些估計值計算一個公平指數(shù)，最后按照公平指數(shù)所在的范圍采用不同的方法調(diào)整節(jié)點的初始退避窗口。采用這樣的方案節(jié)點的流量公平性得到了很大的提高，網(wǎng)絡(luò)的丟包率也大幅下降且非飽和情