無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)中覆蓋多播流分發(fā)研究.pdf

1、下一代無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是靈活方便地為用戶(hù)提供互聯(lián)網(wǎng)接入和有服務(wù)質(zhì)量保障的多媒體寬帶業(yè)務(wù),無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)正是為此目的而產(chǎn)生的一種能夠提供更大范圍的無(wú)線(xiàn)接入新技術(shù)。與此同時(shí),各種業(yè)務(wù)應(yīng)運(yùn)而生,如何有效支持以視頻點(diǎn)播、移動(dòng)學(xué)習(xí)等為代表的實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)是無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)。而且這些業(yè)務(wù)對(duì)多播技術(shù)有強(qiáng)烈需求,因此促使本論文將覆蓋多播與無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,把提高無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)中多播流的分發(fā)質(zhì)量作為研究目標(biāo)。
　　覆蓋多播

2、是在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)多播功能,但多播流的分發(fā)質(zhì)量與底層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、接入控制機(jī)制、路由等有關(guān)。而傳統(tǒng)的分層協(xié)議架構(gòu)向上屏蔽了這些因素,各層之間缺乏及時(shí)的信息交互,若采用傳統(tǒng)的分層協(xié)議設(shè)計(jì)將會(huì)導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)性能的下降。為此,不少學(xué)者采用“優(yōu)化理論”和“上層從底層獲取信息的跨層設(shè)計(jì)”的方法,但這些方法缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化模型的指導(dǎo)?；诖?本論文采用網(wǎng)絡(luò)效用最大化(Network Utility Maximization,簡(jiǎn)稱(chēng)NUM)的方法

3、來(lái)研究無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)的跨層設(shè)計(jì),提出了基于效用函數(shù)模型的多播流分發(fā)過(guò)程中的時(shí)延控制、功率控制以及鏈路強(qiáng)度控制等分布式優(yōu)化算法。
　　論文首先對(duì)無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)和覆蓋多播技術(shù)的應(yīng)用背景、研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,并歸納了面臨的關(guān)鍵問(wèn)題,分析了利用網(wǎng)絡(luò)效用最大化架構(gòu)進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)的意義。在此基礎(chǔ)上,從以下幾個(gè)方面開(kāi)展了研究工作:
　　第一,針對(duì)多播流在無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分發(fā)時(shí)面臨的時(shí)延問(wèn)題,提出了一種聯(lián)合擁塞控制和信道接入控制的跨

4、層優(yōu)化算法。通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)整多播流的速率和無(wú)線(xiàn)鏈路的信道接入概率,減少鏈路擁塞和沖突的發(fā)生,從而降低多播流的分發(fā)時(shí)延。并將此問(wèn)題建模為網(wǎng)絡(luò)效用最大化問(wèn)題,采用基于效用的定價(jià)機(jī)制,通過(guò)拉格朗日對(duì)偶分解獲得一個(gè)基于價(jià)格的分布式算法,以該分布式算法為核心進(jìn)行鏈路的信道接入競(jìng)爭(zhēng)控制和擁塞控制。
　　第二,為了減少鏈路間的相互干擾,提高多播流的分發(fā)質(zhì)量,提出了將多播流分發(fā)過(guò)程中所經(jīng)鏈路的功率消耗引入到網(wǎng)絡(luò)效用最大化架構(gòu)中,實(shí)現(xiàn)凈效用最大化。

5、并將此問(wèn)題抽象成一個(gè)非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題,通過(guò)對(duì)偶技術(shù)將此非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題分解成若干個(gè)可分布式求解的子問(wèn)題,這些子問(wèn)題分別對(duì)應(yīng)于傳輸層的流量控制和物理層的功率控制。通過(guò)聯(lián)合控制,實(shí)現(xiàn)在鏈路消耗功率最小的情況下,獲得最佳的多播流分發(fā)速率,從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能趨于最優(yōu)。
　　第三,由于覆蓋多播是在應(yīng)用層主機(jī)上完成多播流的復(fù)制,這就不可避免地會(huì)造成鏈路強(qiáng)度問(wèn)題。鏈路強(qiáng)度大,不僅浪費(fèi)鏈路的帶寬,而且容易導(dǎo)致在一些鏈路上產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象。為此,提出了一