無線網(wǎng)狀網(wǎng)媒體訪問控制及路由協(xié)議研究.pdf

1、近年來，無線技術得到飛速發(fā)展，無線網(wǎng)絡的應用日益普及。越來越多的人希望提供無處不在的、高質(zhì)量的無線通信。對需要高帶寬支持、有Qos保證的應用(如實時性較強的視頻傳輸)的需求日益增長，有力地推動了無線接入網(wǎng)的技術變革。 無線網(wǎng)狀網(wǎng)(wireless mesh network，WMN)是一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡架構，它由對等的骨干節(jié)點構成多跳環(huán)境，單跳無線鏈路距離較短，可以實現(xiàn)較高的帶寬且對節(jié)點的發(fā)射功率要求不高，因而建設成本較低。由

2、于WMN具備不同于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡的特點，該技術在魯棒性、靈活組網(wǎng)、提高網(wǎng)絡覆蓋率、增加網(wǎng)絡容量、減少前期投資等諸多方面都顯現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，尤其適合用于寬帶無線接入骨干網(wǎng)。目前WMN在世界范圍內(nèi)迅速引起了學術界與工程界的關注，成為一項熱點技術。可以肯定，WMN必將成為下一代因特網(wǎng)技術的重要組成部分。 在WMN中，多信道分配策略、MAC協(xié)議以及路由協(xié)議是非常重要的研究課題。高效的信道分配策略能充分利用有限的信道資源，顯著提高網(wǎng)絡吞吐

3、量；有效支持多跳數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的MAC協(xié)議對提高WMN的性能至關重要；WMN路由協(xié)議的關鍵在于能夠自適應WMN中常見的快速變化(如鏈路質(zhì)量的變化)，迅速轉(zhuǎn)發(fā)報文。 本文著重研究WMN中MAC協(xié)議和路由協(xié)議，其主要內(nèi)容包括：無線網(wǎng)狀網(wǎng)介紹、支持無線網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構的IEEE 802系列協(xié)議、多信道分配策略、多信道MAC協(xié)議以及自適砬路由策略。論文的主要研究工作和創(chuàng)新如下： 第二章介紹和分析了可以構建覆蓋不同范圍無線網(wǎng)狀網(wǎng)的IEEE

4、 802系列協(xié)議。既包括了可用于建立城域網(wǎng)的IEEE 802.16協(xié)議，也包括了構建個域網(wǎng)狀網(wǎng)的IEEE 802．15.5協(xié)議草案。重點討論了無線局域網(wǎng)狀網(wǎng)標準草案IEEE 802.11s。 第三章介紹了有代表性的集中式信道分配策略和分布式信道分配策略。集中式信道分配策略需要先獲得網(wǎng)絡流量模型，擴展性差，不能自適應網(wǎng)絡流量的變化。分布式信道分配策略雖然擴展性較好，但也存在信道依賴性等問題。第三章最后提出了基于干擾模型的多信道分

5、配策略，仿真結(jié)果表明，該策略可以有效地降低整個網(wǎng)絡的信道干擾，從而提高網(wǎng)絡的吞吐量。 第四章分析了一些典型的MAC協(xié)議?；诟偁幍姆植际絾涡诺繧EEE 802.11 DCF協(xié)議在激活的節(jié)點數(shù)目增加時，吞吐量會顯著下降。2P協(xié)議的不足之處是主干鏈路使用同一信道，形成整個網(wǎng)絡吞吐量的瓶頸。IEEE 802.11s草案提出的共同信道框架下單接口多信道MAC協(xié)議的性能受共同控制信道的制約。第四章設計了一種新的多信道無線網(wǎng)狀網(wǎng)MAC協(xié)議M

6、esh-MAC，該協(xié)議通過有向天線構建WMN相鄰骨干節(jié)點間的鏈路，使得WMN能覆蓋較大的區(qū)域，并提高多個正交信道的空間復用度。為實現(xiàn)全網(wǎng)內(nèi)可靠的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，第四章提出了一種新的時間同步機制。通過仿真表明，與IEEE802.11及2P協(xié)議相比，Mesh-MAC協(xié)議在性能和效率上有著大幅度的提高。 無線網(wǎng)狀網(wǎng)的路由協(xié)議需要自適應快速多變的環(huán)境，如動態(tài)變化的流量以及快速多變的無線鏈路質(zhì)量等。那些為有線網(wǎng)絡所設計的傳統(tǒng)路由協(xié)議，并不能很

7、好處理無線網(wǎng)狀網(wǎng)中常見的快速變化。 第五章首先介紹了與無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議關聯(lián)性較強的Ad hoc路由協(xié)議，然后分析了比較有代表性的無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議，最后提出了一種基于干擾模型的無線網(wǎng)狀網(wǎng)自適應路由策略IBAR，通過選擇具有最小干擾的路徑，顯著提高路由的效率。為適應動態(tài)變化的網(wǎng)絡環(huán)境，IBAR定期對路由進行分布式自適應調(diào)整，在WMN網(wǎng)關節(jié)點進行負載均衡。為解決自適應路由策略引起的路由振蕩，本文提出了行之有效的解決方法。通過仿真表