無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配及擁塞控制算法研究.pdf

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

2、 由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)采用無線多跳技術(shù)，而數(shù)據(jù)流在無線網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過多跳傳輸后，其性能就會(huì)急劇下降。因此，如何降低跳路間的競(jìng)爭(zhēng)和干擾、提高網(wǎng)絡(luò)性能是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。本文圍繞這一問題展開討論，重點(diǎn)研究了基于IEEE802.11的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)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(luò)中的擁塞控制機(jī)制。論文主要工作和創(chuàng)新如下：
　　 首先，對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的基本原理進(jìn)行概述，提出目前無線Mesh網(wǎng)絡(luò)面臨的一些

3、主要問題，并分析了現(xiàn)有相關(guān)成果所存在的不足。對(duì)基于IEEE802.11的Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行層次結(jié)構(gòu)介紹，總結(jié)各層面相關(guān)的研究熱點(diǎn)，同時(shí)還對(duì)國(guó)際上著名的研究項(xiàng)目、解決方案進(jìn)行綜述。
　　 其次，對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路徑內(nèi)及路徑間干擾問題進(jìn)行分析，介紹了單接口Mesh網(wǎng)絡(luò)和多接口Mesh網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)跨信道通信的不同原理及優(yōu)缺點(diǎn)，概述現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)分配、靜態(tài)(或準(zhǔn)靜態(tài))分配、混合分配三類信道分配方案。針對(duì)無線Mesh骨干網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，提出了一

4、種準(zhǔn)靜態(tài)的集中式信道分配方案，以實(shí)現(xiàn)信道資源的靈活分配和有效利用。實(shí)驗(yàn)證明，采用提出的信道分配算法后網(wǎng)絡(luò)的吞吐量及穩(wěn)定性均得到了有效提高。
　　 再次，概述了相關(guān)adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議及現(xiàn)有的Mesh網(wǎng)絡(luò)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(píng)測(cè)尺度實(shí)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(guān)系，同時(shí)結(jié)合多徑路由技術(shù)的負(fù)載平衡功能，為Mesh骨干網(wǎng)絡(luò)流量提出了一種與信道分配關(guān)

5、聯(lián)的多信道負(fù)載平衡路由策略。仿真表明采用負(fù)載平衡路由算法后，網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量遠(yuǎn)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(luò)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(luò)擁塞控制算法的原理和特點(diǎn)。通過對(duì)單信道Mesh網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用性的研究，以及對(duì)大量實(shí)驗(yàn)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(shí)結(jié)合Mesh網(wǎng)關(guān)的高處理能力和流量匯聚特點(diǎn)，提出一種自

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