定向天線下無線Mesh骨干網(wǎng)的部署研究.pdf

1、無線Mesh網(wǎng)絡(Wireless Mesh Network,WMN)是通過無線信號傳輸數(shù)據(jù)的多跳網(wǎng)絡,它結(jié)合了多信道、多網(wǎng)卡、多速率等技術(shù),可以有效地改善網(wǎng)絡性能,較傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡有著較大優(yōu)勢。WMN骨干網(wǎng)的部署優(yōu)化是WMN研究的關鍵問題之一,直接影響整個WMN的性能。當前,無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)大都基于全向天線,雖然信號的覆蓋范圍廣,但也存在空間干擾大,空間復用率低的缺點,制約著WMN的性能。為了提高WMN性能,部分研究者提出了采用定

2、向天線取代全向天線,實現(xiàn)點對點的數(shù)據(jù)傳輸,較好地解決了信號干擾問題,提高了空間復用率。但是目前定向天線技術(shù)還存在很多問題,如:定向天線部署成本較全向天線高,定向波束間存在相互干擾等,使得采用定向天線技術(shù)的WMN部署研究存在較大的困難。
　　本文主要是針對 WMN骨干網(wǎng)的網(wǎng)關部署問題,對現(xiàn)有的網(wǎng)關部署算法和拓撲優(yōu)化部署算法進行了深入研究,分析了現(xiàn)有 WMN部署算法存在的優(yōu)缺點,然后結(jié)合定向天線技術(shù)的傳輸特點以及Delaunay三角的

3、圖形優(yōu)勢對 WMN骨干網(wǎng)的網(wǎng)關部署以及拓撲結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,提出一種新的部署方案。本文主要研究工作如下:
　　(1)提出一種基于定向天線技術(shù)和Delaunay圖形的WMN骨干網(wǎng)網(wǎng)關部署優(yōu)化算法,給出算法的形式化定義,分析了算法的時間復雜度該算法基于Delaunay圖形構(gòu)造網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu),根據(jù)Delaunay圖形的特點,通過尋找網(wǎng)絡的中心點選出候選網(wǎng)關集,在候選網(wǎng)關集中選擇到其他節(jié)點跳數(shù)最小的節(jié)點作為網(wǎng)關節(jié)點。通過仿真實驗和結(jié)果對比分析,

4、提出的算法得到的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化了骨干網(wǎng)中的網(wǎng)關部署位置,實現(xiàn)網(wǎng)關數(shù)量較少、網(wǎng)關到其他節(jié)點總路徑較短的優(yōu)化目標。
　　(2)根據(jù)骨干網(wǎng)網(wǎng)關部署優(yōu)化算法,設計了基于Delaunay圖形的網(wǎng)絡拓撲優(yōu)化算法(TOTD)。該算法在保證網(wǎng)絡連通性的前提下,通過減少傳輸距離過長、能耗較高的無線鏈路,提高傳輸成功率,降低能耗;通過限定網(wǎng)絡中路由節(jié)點配置的定向天線數(shù)量上限,有效地降低了網(wǎng)絡中定向天線數(shù)量,減少部署費用。算法的仿真實驗結(jié)果表明,優(yōu)化

5、后的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)路由節(jié)點至網(wǎng)關節(jié)點傳輸距離較小,較好地解決了定向天線間的干擾問題,改善了網(wǎng)絡性能。
　　(3)在TOTD算法基礎上,針對網(wǎng)絡中傳輸距離與節(jié)點度之間的關系,提出了網(wǎng)關節(jié)點度不受限制的優(yōu)化策略(TOTD-GDU算法),對網(wǎng)關的節(jié)點度數(shù)不設置上限限制,其他條件與TOTD算法相同。該算法能在網(wǎng)絡部署成本小幅度的增加甚至不增加的情況下,進一步減少網(wǎng)絡傳輸距離,降低傳輸時延。NS2模擬實驗結(jié)果表明,TOTD-GDU算法在