無線Mesh網(wǎng)流量負載均衡關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線Mesh網(wǎng)是重要的下一代無線接入技術(shù)。流量負載均衡技術(shù)能實現(xiàn)無線Mesh網(wǎng)吞吐量及QoS性能的提升,是無線Mesh網(wǎng)技術(shù)研究的熱門課題。無線Mesh網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中,無線骨干層處于核心地位,對無線Mesh網(wǎng)性能有重要影響。由于無線骨干層由網(wǎng)關(guān)和Mesh路由器節(jié)點組成,無線Mesh網(wǎng)流量負載均衡有賴于兩個方面：其一是網(wǎng)關(guān)之間的負載均衡,其二是Mesh路由器之間的負載均衡。因此,本文關(guān)于無線Mesh網(wǎng)流量負載均衡技術(shù)的研究工作基于兩個方面展

2、開,即網(wǎng)關(guān)負載均衡技術(shù)和Mesh路由器負載均衡技術(shù)。針對網(wǎng)關(guān)負載均衡問題,本文從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計階段著手,提出負載均衡的網(wǎng)關(guān)部署問題,同時考慮網(wǎng)絡(luò)QoS因素和部署費用；針對Mesh路由器負載均衡問題,本文研究具有負載感知能力的路由度量及其協(xié)議,以及QoS優(yōu)化的多路徑路由路徑流量分配策略。本文圍繞網(wǎng)關(guān)及Mesh路由器負載均衡問題進行了深入研究,主要工作如下：
　　 (1)針對負載均衡的網(wǎng)關(guān)部署問題,提出負載均衡的網(wǎng)絡(luò)分簇算法,設(shè)計遺傳算法

3、達到數(shù)量及負載均衡的雙重優(yōu)化
　　 本文定義網(wǎng)關(guān)負載均衡度量,提出負載均衡的網(wǎng)關(guān)部署問題。為實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的負載均衡部署,提出網(wǎng)關(guān)部署的貪婪算法Greedy Partition,該算法通過調(diào)整簇結(jié)構(gòu)貪婪地減小網(wǎng)關(guān)之間負載的差別。為達到網(wǎng)關(guān)數(shù)量與負載均衡的雙重優(yōu)化,利用遺傳算法在多目標尋優(yōu)方面的優(yōu)勢,設(shè)計遺傳算法GA Placement求解網(wǎng)關(guān)數(shù)量最少、負載均衡的部署方案。在遺產(chǎn)算法GA Placement設(shè)計中,力求與Greedy P

4、artition算法相結(jié)合,以實現(xiàn)在較少迭代次數(shù)下得到網(wǎng)關(guān)數(shù)量和負載均衡兩方面優(yōu)化的網(wǎng)關(guān)部署方案。
　　 (2)針對網(wǎng)關(guān)部署費用的差別,提出基于鄰接矩陣和部署性價比的網(wǎng)關(guān)部署算法,實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)負載均衡部署中的費用優(yōu)化
　　 本文提出費用最小且負載均衡的網(wǎng)關(guān)部署問題,針對網(wǎng)關(guān)性能存在差別這一特點,設(shè)計新的網(wǎng)關(guān)負載均衡度量。提出費用優(yōu)化及網(wǎng)關(guān)負載均衡的網(wǎng)關(guān)部署算法CLGP,該算法基于鄰接矩陣和部署性價比進行網(wǎng)關(guān)選擇,并對網(wǎng)關(guān)部署

5、費用及負載均衡進行迭代優(yōu)化。仿真實驗驗證了算法的有效性,算法執(zhí)行復(fù)雜性較低。
　　 (3)基于圖論支配集理論,提出有限支配集概念,把費用最小網(wǎng)關(guān)部署問題歸結(jié)為圖的最小權(quán)有限支配集問題,并提出相應(yīng)的求解算法
　　 本文基于網(wǎng)關(guān)部署問題與圖論支配集問題的相關(guān)性,提出有限支配集的概念,并把費用最小滿足QoS約束的網(wǎng)關(guān)部署問題轉(zhuǎn)化為最小權(quán)有限支配集問題。提出求解問題的貪婪算法Greedy_LDS和粒子群優(yōu)化算法PSO_LDS。G

6、reedy_LDS具有較低的算法復(fù)雜性,PSO LDS以執(zhí)行時間增加為代價可以找到較優(yōu)的解。兩算法各有優(yōu)勢,具有重要的參考價值。
　　 (4)基于無線Mesh網(wǎng)流量自相似性,進行流量預(yù)測,并綜合當(dāng)前流量與預(yù)測流量信息到路由度量及協(xié)議中,實現(xiàn)路由選擇的負載自適應(yīng)
　　 本文利用自相似流量的可預(yù)測性,進行流量預(yù)測；提出節(jié)點可負載度的概念,并作為路由度量,該度量包含了當(dāng)前流量和預(yù)期流量的信息,可以很好地反映在將來的一段時間里節(jié)

7、點仍可接受負載的能力,由此實現(xiàn)路由選擇的前瞻性和預(yù)見性；提出具有負載均衡的路由協(xié)議LBDSR,該協(xié)議以路由中節(jié)點可負載度均值來衡量路由的好壞,從而達到網(wǎng)絡(luò)的負載均衡。仿真實驗表明,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負載較重時,LBDSR協(xié)議與其它協(xié)議相比,有更好的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和端到端時延。
　　 (5)基于網(wǎng)絡(luò)演算理論分析路徑時延及其抖動上界,并提出時延及抖動優(yōu)化的多路徑流量分配算法
　　 本文基于多媒體應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量研究多路徑路由協(xié)議中路徑流量分配