無線Mesh網(wǎng)絡(luò)隊列管理及MAC層協(xié)議的研究.pdf

1、近年來,隨著Internet和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展,無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Networks,WMN)技術(shù)正因其獨特的優(yōu)勢而獲得全世界的青睞。它是融合了WLAN和移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其主要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣魇蔷W(wǎng)絡(luò)中只有一個或多個節(jié)點充當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點接入基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),其他節(jié)點通過相鄰節(jié)點中繼連接到網(wǎng)關(guān),再接入到互聯(lián)網(wǎng)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以和多種寬帶無線接入技術(shù)如802.11、802.16、802.20以及3G移動

2、通信等技術(shù)相結(jié)合,組成一個含多跳無線鏈路的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。但隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展,對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(特別是單信道的無線Mesh網(wǎng)絡(luò))的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量的要求越來越高。而WMN的MAC協(xié)議是基于CSMA/CA協(xié)議和二進(jìn)制退避機(jī)制的,這使得吞吐量會隨著跳數(shù)的增加而急劇下降,也就是說,單跳流相對于多跳流更加容易競爭到信道,并且引起隱藏/暴露終端問題而導(dǎo)致信息流的不對稱、網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間吞吐量的不平衡現(xiàn)象以及信道的高差錯率。這些都是WMN為了將

3、來長足發(fā)展需要解決的問題。
　　基于對以上問題的詳細(xì)分析,詳細(xì)比較了現(xiàn)有的棄尾算法、隨機(jī)早期檢測RED(Random Early Detection)算法及其變體和PAQMAN(Predictive Queue Management in MANETs)算法后,提出了改善MAC層和動態(tài)公平分配緩存資源的IQMA(Improving Queue Management Algorithm)隊列管理算法。該算法通過優(yōu)化部分參數(shù)改進(jìn)DCF

4、機(jī)制中的競爭窗口,對每一個源節(jié)點在中繼節(jié)點處的最大緩存空間加以限制,并動態(tài)合理分配閑置的緩存空間,運用OPNET仿真工具建模仿真。從仿真圖中可以看出,與棄尾算法相比,緩和了節(jié)點間吞吐量的失衡現(xiàn)象,提高了傳輸效率。但這個算法是以犧牲部分競爭力強(qiáng)的節(jié)點吞吐量為代價的,其計算量也會隨著節(jié)點的增長而增長,最重要的是IQMA隊列管理算法仍然受MAC層DCF機(jī)制影響。
　　因而,從頻譜利用率、物理層數(shù)據(jù)速率和在干擾情況下的運行能力考慮,本文提

5、出了基于MIMO的MAC層協(xié)議——MCAP(MIMO Collision Avoiding Protocol)協(xié)議。該協(xié)議雖然沿用了CSMA/CA和RTS/CTS握手協(xié)議,但由于引入了MIMO,該協(xié)議允許一個節(jié)點同時接收多個節(jié)點的數(shù)據(jù)包,并且節(jié)點在二次退避時無需再次隨機(jī)選擇退避時間重新開始退避,進(jìn)而在仿真結(jié)果圖中可以看出減小了傳輸時延,提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量,并擴(kuò)大了系統(tǒng)容量。
　　總之,本文從隊列管理算法和MAC層協(xié)議入手解決無線Me