WLAN-Mesh網(wǎng)絡加權(quán)公平性保證機制設計與建模研究.pdf

1、WLAN-Mesh網(wǎng)絡是一種多跳的網(wǎng)格狀拓撲網(wǎng)絡，能夠為移動終端提供普遍存在的無線連接和寬帶因特網(wǎng)接入。IEEE已于2011年9月正式發(fā)布了WLAN-Mesh組網(wǎng)技術的標準協(xié)議IEEE802.11s。IEEE802.11s最主要的特征是在媒質(zhì)訪問控制層（MAC）實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，并采用IEEE802.11e中定義的增強型分布式信道接入（EDCA）功能作為其信道接入控制協(xié)議。然而，EDCA協(xié)議最初是針對單跳獨立基本服務集設計的，應用到多跳

2、WLAN-Mesh網(wǎng)絡環(huán)境時存在嚴重的加權(quán)公平性問題。本文的研究目標即在 EDCA協(xié)議的基礎上，研究能夠有效解決多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡加權(quán)公平性問題的新方法，從而為數(shù)據(jù)、話音、視頻等多種優(yōu)先級業(yè)務提供可靠的加權(quán)公平性保證。圍繞該研究目標，本文的主要創(chuàng)新點包括：
　?。?）根據(jù)對EDCA協(xié)議應用于多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡中存在的加權(quán)公平性問題的仿真與分析，定義了接收節(jié)點的瞬時沖突區(qū)域和持續(xù)沖突區(qū)域，并總結(jié)出接收節(jié)點持續(xù)沖突區(qū)域

3、內(nèi)干擾發(fā)送節(jié)點的信號干擾引起的沖突是導致多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡嚴重不公平的主要原因。然后在此基礎上，提出了一種可用于正確建模分析多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡EDCA協(xié)議加權(quán)公平性問題的三維馬爾可夫鏈模型。在該模型中，通過引入“偽狀態(tài)”來有效區(qū)分由RTS幀沖突和data幀沖突導致的兩種不同的退避過程。通過模型的求解，發(fā)現(xiàn)在不同網(wǎng)絡拓撲條件下適當調(diào)整信道競爭參數(shù)可以有效地解決多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡的加權(quán)公平性問題。這為EDCA協(xié)議的性

4、能改進和優(yōu)化提供了理論基礎。理論結(jié)果和QualNet網(wǎng)絡仿真環(huán)境下的仿真結(jié)果的比較證明了該模型的有效性。
　　（2）在對多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡中EDCA協(xié)議的加權(quán)公平性建模與分析的基礎上，將節(jié)點協(xié)作的策略引入 WLAN-Mesh網(wǎng)絡協(xié)議棧的設計，提出了一種基于節(jié)點協(xié)作策略的多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡分布式加權(quán)公平信道接入機制。針對前面總結(jié)的導致多跳WLAN-Mesh網(wǎng)絡嚴重不公平的主要原因，該機制根據(jù)RTS/CTS控制幀發(fā)送成

5、功的概率對RTS/CTS控制幀的發(fā)送功率進行自適應調(diào)整，從而保證節(jié)點數(shù)據(jù)分組的可靠傳輸。同時，該機制在RTS/CTS控制幀頭部額外添加了業(yè)務流當前占用信道指數(shù)COI字段，通過RTS/CTS控制幀的傳輸，可捎帶向鄰居節(jié)點廣播業(yè)務流當前占用信道指數(shù)信息。網(wǎng)絡中各業(yè)務流根據(jù)自身的業(yè)務權(quán)重和鄰居業(yè)務流對信道帶寬的占用情況，綜合判斷當前業(yè)務流是否占用了過多的信道帶寬。然后采用發(fā)送節(jié)點合作調(diào)整退避競爭窗口的方法實現(xiàn)多個優(yōu)先級業(yè)務流根據(jù)自身業(yè)務權(quán)重公