無線-mesh-網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究-碩士論文

1、<p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　上海海洋大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。所呈交的學(xué)</p><p>　　位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。</p><p>　　除文中已經(jīng)明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人<

2、/p><p>　　或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內(nèi)容。論文為本人親自撰</p><p>　　寫，我對所寫的內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人</p><p><b>　　承擔(dān)。</b></p><p><b>　　學(xué)位論文作者簽名：</b></p><p><

3、;b>　　日期：</b></p><p><b>　　年</b></p><p><b>　　月</b></p><p><b>　　日</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　學(xué)位論文作者完

4、全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，</p><p>　　同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子</p><p>　　版，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)上海海洋大學(xué)可以將本學(xué)位</p><p>　　論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、</p><p>　　縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。&

5、lt;/p><p><b>　　保密</b></p><p><b>　　□</b></p><p><b>　　，在</b></p><p>　　年解密后適用本版權(quán)書。</p><p><b>　　本學(xué)位論文屬于</b></p&

6、gt;<p><b>　　不保密</b></p><p><b>　　學(xué)位論文作者簽名：</b></p><p><b>　　□</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽名：</b></p><p><b>　　日期：<

7、/b></p><p><b>　　年</b></p><p><b>　　月</b></p><p><b>　　日</b></p><p><b>　　日期：</b></p><p><b>　　年</b&

8、gt;</p><p><b>　　月</b></p><p><b>　　日</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究</p><p><b>　　摘 要</b></p>

9、;<p>　　在各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)競相發(fā)展的同時(shí)，作為一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)—無線</p><p>　　Mesh 網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network,WMN)正逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。WMN 即</p><p>　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),也被稱為無線多跳網(wǎng)絡(luò), 是一種多跳無線網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，屬于無線</p><p>　　寬帶接入網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的范疇。W

10、MN 可以和多種無線寬帶接入技術(shù)如 WLAN、WiMAX 以及</p><p>　　第三代移動(dòng)通信等技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)成一個(gè)含有多跳無線鏈路的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。在傳</p><p>　　統(tǒng)的 WLAN 中，終端用戶都是借助一條與 AP 直接相連的無線鏈路來訪問網(wǎng)絡(luò)，每</p><p>　　個(gè)終端用戶若想進(jìn)行與外界通信的話，應(yīng)該首先訪問接入點(diǎn) AP,我們稱這種網(wǎng)絡(luò)架</

11、p><p>　　構(gòu)為單跳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在 WMN 中，任何節(jié)點(diǎn)既可以是一個(gè) AP，也可以是路由器，因</p><p>　　此，在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以收發(fā)信號，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以和一個(gè)節(jié)點(diǎn)</p><p>　　直接通信，也可以和多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。那么這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)有很大的好</p><p>　　處是：假如最近的接入點(diǎn) AP 因?yàn)榱髁窟^大造成

12、交通擁塞，那么數(shù)據(jù)就能夠自動(dòng)路</p><p>　　由到一個(gè)流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)流量還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的</p><p>　　情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地。這種</p><p>　　接入方式就是多跳接入?；跓o線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)這種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，傳統(tǒng)的 WLAN</p><p>　　一直

13、存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題由此迎刃而解，由此可以可見，無</p><p>　　線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，代表著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的又一大跨越，有著極為廣闊的應(yīng)</p><p><b>　　用前景。</b></p><p>　　首先本文介紹了無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展歷史及其主要應(yīng)用領(lǐng)域，由于無線</p><p>

14、;　　Mesh 網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用定位于無線寬帶多媒體業(yè)務(wù)，同時(shí)分析了無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)自身固</p><p>　　有的缺點(diǎn)。并在此基礎(chǔ)上提出保障 QoS 技術(shù)和無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議必須解決的</p><p><b>　　問題。</b></p><p>　　其次本文給出無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS 保障研究與 OSI/RM 比較對照模型，并

15、提出</p><p>　　解決無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS 路由問題的思路，同時(shí)給出了無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)模型中執(zhí)行</p><p>　　QoS 路由算法的數(shù)學(xué)函數(shù)模型，并根據(jù)近幾年國內(nèi)外無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研</p><p>　　究現(xiàn)狀及無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS 路由算法的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)與比較分析，得</p><p>

16、　　出本文在解決該問題上歸類和新穎性。</p><p>　　然后本文改進(jìn)一種啟發(fā)式算法，該算法是建立在基本蟻群算法的基礎(chǔ)上，總</p><p><b>　　1</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　結(jié)了蟻群算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)蟻群算法，而后根據(jù)無線 Mesh</p

17、><p>　　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點(diǎn)，給出基于改進(jìn)蟻群算法的無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS 路由算法，通過將基</p><p>　　于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎酚蓸?gòu)造和路由算法改進(jìn)相結(jié)合，有效低降低延遲和丟包率，此外通</p><p>　　過仿真實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的 QoS 路由算法在路由費(fèi)用上的平均值及最優(yōu)值明顯</p><p><b>　　有所改進(jìn)。</

18、b></p><p>　　最后本文就無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)在海岸環(huán)境監(jiān)測上應(yīng)用作了深入分析，21 世紀(jì)是海</p><p>　　洋的世紀(jì)，傳統(tǒng)海岸環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在著建設(shè)成本高、體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、</p><p>　　不便于快速配置等缺點(diǎn)，而無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的成本低、易配置、易維護(hù)、易擴(kuò)展以</p><p>　　及健壯性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)

19、構(gòu)非常有利于部署海洋環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過分析比較，</p><p>　　本文提出了基于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的海岸環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 服務(wù)質(zhì)量(QoS), 無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN), 蟻群算法(ACA)</p><p><b>　　2</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</

20、p><p>　　Research on Key Technologies and Application of Wireless</p><p>　　Mesh Networks</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the high development of a variet

21、y of wireless network communication</p><p>　　technology in recent years, a new wireless networking technology—wireless mesh</p><p>　　networks are becoming the focus of people’s attention. Wirele

22、ss mesh network, also</p><p>　　known as multi-hop wireless network, which is a wireless multi-hop mesh network</p><p>　　topology, and belongs to broadband wireless access areas. Wireless Mesh ne

23、tworks can</p><p>　　be combined with a variety of broadband wireless access technologies, such as 3G</p><p>　　mobile communications,802.11, 802.16,802.20 and so on ,and forms wireless multi-hop&

24、lt;/p><p>　　links wireless mesh networks. In traditional wireless LAN (WLAN), each client are</p><p>　　connected via a wireless link with the AP to access the network, users who want to</p>

25、<p>　　communicate with each other, they must first visit a fixed access point (AP), which is</p><p>　　called single-hop network. In wireless Mesh network, any wireless devices node can be</p><

26、;p>　　both AP and router, each node in the network can send and receive signals, and</p><p>　　communicate directly with one or more of the other nodes .The greatest benefit of this</p><p>　　st

27、ructure is: If the nearest AP has heavy traffic congestion, then the data can be</p><p>　　automatically rerouted to a more smaller neighboring nodes to be transmited. And so on,</p><p>　　accordi

28、ng to network, the packet can be continued routing to the nearest next node for</p><p>　　transmission, until it reaches the final destination. This access method can be called the</p><p>　　multi

29、-hop access. Based on this new network architecture of wireless mesh networks,</p><p>　　there has been a traditional WLAN with low scalability 、 low robustness and so on,</p><p>　　which can be s

30、olved. Wireless mesh network technology represents another a large</p><p>　　across, which has a very broad application prospects.</p><p>　　First, the article describes the history of wireless me

31、sh network technology and its</p><p>　　major application areas, the main applications of wireless Mesh networks located in the</p><p><b>　　wireless</b></p><p><b>　

32、　broadband</b></p><p>　　multimedia</p><p><b>　　services,</b></p><p>　　meanwhile,</p><p><b>　　analyzed</b></p><p><b>　　t

33、he</b></p><p><b>　　inherent</b></p><p>　　shortcomings in wireless mesh network. On that basis, addresses the protection</p><p><b>　　3</b></p>&l

34、t;p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　technology of wireless mesh network QoS routing.</p><p>　　Second, this paper studied QoS guarantee and</p><p>　　OSI / RM compare model in</p>&

35、lt;p>　　wireless mesh network, and propose solutions to the wireless mesh network QoS</p><p>　　routing problem , and gives a wireless mesh network model of mathematical functions</p><p>　　perf

36、orming QoS routing algorithms. According to recent domestic and international</p><p>　　findings, arrives at this classification and novelty of resolving the issues.</p><p>　　Then, based on the b

37、asic ant colony algorithm, this paper summarizes the</p><p>　　advantages and disadvantages and improves the heuristic algorithm. According to</p><p>　　characteristics of wireless mesh network ar

38、chitecture, gives based on improved ant</p><p>　　colony algorithm for wireless Mesh network QoS routing algorithm, and combines</p><p>　　network topology-based routing with routing algorithms, e

39、ffectively reduces latency and</p><p>　　low packet loss rate. In addition, by way of improved routing algorithm simulation</p><p>　　study, comes to the conclusion that the optimal value and the

40、average is significantly</p><p><b>　　improved.</b></p><p>　　Finally, the paper analyses in depth applications of wireless mesh network in the</p><p>　　marine environment

41、 monitoring. on the 21st century, which is the century of the ocean,</p><p>　　the traditional coastal environment monitoring network building technology, there are a</p><p>　　lot of shortcomings

42、, such as high cost, bulky and complex systems, not easy to quickly</p><p>　　configure and so on. But wireless Mesh networks is low cost, easy to configure, easy to</p><p>　　maintain, easy to ex

43、pand and robust network topology, which is very conducive to the</p><p>　　deployment of marine environmental monitoring network. Through analysis and</p><p>　　comparison, this paper puts forward

44、 a coastal environmental monitoring system</p><p>　　architecture based on the wireless mesh networks.</p><p><b>　　KEY WORDS</b></p><p>　　quality of service(QoS),wireless

45、 mesh network(WMN),ant colony</p><p>　　algorithm(ACA)</p><p><b>　　4</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘 要......

46、......................................................................................................................... 1</p><p>　　ABSTRACT..................................................................

47、......................................................... 3</p><p><b>　　第一章 引</b></p><p>　　言..........................................................................................

48、..................... 7</p><p>　　1.1 研究背景............................................................................................................ 7</p><p>　　1.2 研究內(nèi)容.........................

49、................................................................................... 8</p><p>　　1.3 本文結(jié)構(gòu)........................................................................................................

50、.... 9</p><p>　　第二章 基于無線 Mesh 網(wǎng)的 QoS 路由......................................................................... 10</p><p>　　2.1 無線 Mesh 網(wǎng)技術(shù)原理....................................................

51、................................ 10</p><p>　　2.2 WMN 的路由協(xié)議............................................................................................... 11</p><p>　　2.3 WMN-QoS 控制技術(shù)............

52、............................................................................... 13</p><p>　　2.4 WMN-QoS 數(shù)學(xué)模型........................................................................................... 14</

53、p><p>　　2.5 WMN-QoS 路由分類........................................................................................... 15</p><p>　　2.6 本章小結(jié).............................................................

54、............................................. 17</p><p>　　第三章 基于改進(jìn)蟻群算法的無線 Mesh 網(wǎng) QoS 路由算法....................................... 18</p><p>　　3.1 蟻群算法機(jī)制原理.........................................

55、................................................. 18</p><p>　　3.2 蟻群算法模型特征.......................................................................................... 19</p><p>　　3.2.1 TSP 問題描述...

56、..................................................................................... 19</p><p>　　3.2.2 蟻群算法數(shù)學(xué)模型............................................................................... 19</p>&

57、lt;p>　　3.3 蟻群算法的優(yōu)缺點(diǎn).......................................................................................... 21</p><p>　　3.3.1 蟻群算法優(yōu)點(diǎn)......................................................................

58、................. 21</p><p>　　3.3.2 蟻群算法不足....................................................................................... 21</p><p>　　3.4 局部最優(yōu)解判斷.........................................

59、..................................................... 22</p><p>　　3.5 算法改進(jìn)思路.................................................................................................. 23</p><p>　　3.6 基于改

60、進(jìn)蟻群算法的 QoS 路由算法............................................................... 24</p><p>　　3.7 本章小結(jié).......................................................................................................... 2

61、5</p><p>　　第四章 實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果分析..................................................................................... 25</p><p>　　4.1 仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境..............................................................

62、.................................... 25</p><p>　　4.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c參數(shù)設(shè)定...................................................................................... 25</p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果及分析....................

63、.................................................................. 26</p><p>　　4.4 本章小結(jié)........................................................................................................... 31</p>

64、<p>　　第五章 無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)在海洋環(huán)境監(jiān)測上典型應(yīng)用................................................. 32</p><p>　　5.1 傳統(tǒng)海岸環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù).......................................................................... 32</p>&

65、lt;p>　　5.2 無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)與其他三種網(wǎng)絡(luò)比較............................................................ 33</p><p>　　5.3 基于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的海岸環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)............................................ 34</p><p>　　5.4

66、本章小結(jié).......................................................................................................... 36</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望...........................................................................

67、............................ 37</p><p>　　參考文獻(xiàn)......................................................................................................................... 39</p><p>　　附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)

68、論文情況............................................................... 43</p><p><b>　　5</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　致謝...............................................

69、.................................................................................. 44</p><p><b>　　6</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　第一章 引</b></p>

70、<p><b>　　言</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　從 20 世紀(jì) 90 年代中期無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的概念提出到現(xiàn)在，已經(jīng)有十幾年的時(shí)</p><p>　　間了，但它真正受到人們的關(guān)注卻始于最近幾年。說到 WMN 就不得不提到另一個(gè)</p>

71、<p>　　概念，即 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橐话憷碚撜J(rèn)為，WMN 是以 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)開始產(chǎn)生</p><p>　　的。Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)是始于美國戰(zhàn)場通信使用的目的而研發(fā)出來的，其使用環(huán)境的特</p><p>　　定性、技術(shù)復(fù)雜性以及成本高昂等因素直接限制了它在民用方面發(fā)揮自己作用的</p><p>　　能力，從實(shí)際使用角度來看，民用通信最

72、大的業(yè)務(wù)是包括 VOIP 在內(nèi)的 Internet</p><p>　　業(yè)務(wù)，而且民用通信對移動(dòng)性的要求也較 Ad-Hoc 網(wǎng)絡(luò)低，因此基于 Ad-Hoc 網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　技術(shù)開發(fā)出適用于民用業(yè)務(wù)通信的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是必然趨勢，在這種技術(shù)背景和</p><p>　　民用通信需求的刺激下，無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。</p><p&g

73、t;　　與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)不同，WMN 是一個(gè)動(dòng)態(tài)的自組織、自配置網(wǎng)絡(luò)；換句話說，</p><p>　　Mesh 網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)建立并維持網(wǎng)絡(luò)的連接。WMN 的研究探索趨向于 IP 技</p><p>　　術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的結(jié)合，更多的研究集中在允許多個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)存在一個(gè)小型區(qū)</p><p>　　域范圍內(nèi)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)區(qū)分、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)可變、具有多跳和動(dòng)態(tài)路由

74、能力</p><p>　　的自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式[1]。其實(shí) WMN 就是一種特殊的 WLAN，如果不考慮它比較低</p><p><b>　　[2]</b></p><p>　　WMN 源于一九九七年美國軍方機(jī)構(gòu) DARPA 為加強(qiáng)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的可靠性，與</p><p>　　ITT 公司合作研究的最新集無線組網(wǎng)、路由和

75、定位一體化的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)</p><p>　　(ATCS)，相關(guān)技術(shù)正式被推向商業(yè)和民用領(lǐng)域是在 2002 年初。Mesh Networks 公</p><p>　　司于 2000 年初購買了當(dāng)時(shí)美軍方研發(fā)的戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)通信的部分技術(shù)專利，并由此開</p><p>　　發(fā)了一系列的 WMN 民用產(chǎn)品，最后由于這些產(chǎn)品成功打入市場而被 Motorola 看好，<

76、/p><p>　　于是 Motorola 于 2005 年收購該公司。在這期間，Nokia、Tropos 和 Firetide 等多家</p><p><b>　　[3]</b></p><p><b>　　期。</b></p><p>　　高容量、高速率分布式新型無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成就了 WMN 具有傳統(tǒng)無

77、線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)不能</p><p>　　及的強(qiáng)可靠性、更大輻射范圍、網(wǎng)絡(luò)部署簡單方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，另外，國際</p><p>　　化標(biāo)準(zhǔn)組織 IEEE 鑒于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)越性和發(fā)展迅速，積極考慮在現(xiàn)有</p><p><b>　　[4]</b></p><p><b>　　7</b><

78、;/p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　[5] [6]</p><p>　　線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。</p><p>　　然而，無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)畢竟是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，它自身仍然面臨著許多需要</p><p>　　解決的課題，而這些課題又都是非常具有挑戰(zhàn)性的。由于

79、寬帶多媒體業(yè)務(wù)是無線</p><p>　　Mesh 網(wǎng)絡(luò)首要承擔(dān)的任務(wù)，因此 WMN 必須具有比其他的無線網(wǎng)更高的 QoS 支持能</p><p>　　力。然而，WMN 自身所具有的一些脆弱性如：無線信道的復(fù)雜性和隨機(jī)性、移動(dòng)終</p><p>　　端的局限性以及網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)特性等，這都使得其端到端的 QoS 保證是十分困難。</p><p>

80、　　如果這個(gè)問題解決不好，將成為 WMN 今后發(fā)展道路上的主要障礙。因此，在 WMN</p><p>　　中研究 QoS 路由保障等技術(shù)具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。</p><p><b>　　1.2 研究內(nèi)容</b></p><p>　　本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1) 分析了無線 M

81、esh 網(wǎng)絡(luò) QoS 保障技術(shù)的層次性設(shè)計(jì)，從開放式系統(tǒng)互聯(lián)參</p><p>　　考模型(OSI/RM)角度看，目前相關(guān)研究主要集中在下三層以及跨層設(shè)計(jì)。其中,無</p><p>　　線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)層采用網(wǎng)際協(xié)議(IP),研究主要集中在路由協(xié)議方面，于是本文就從</p><p>　　無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層來介紹 WMN 的 QoS 路由保障技術(shù)。在分析已

82、有 QoS 保障技</p><p>　　術(shù)基礎(chǔ)上，提出了無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)模型中執(zhí)行 QoS 路由算法的數(shù)學(xué)模型，在介紹和</p><p>　　分析無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的多判據(jù)路由、多信道路由、多徑路由、分級路由、地理信息</p><p>　　路由、熱量路由協(xié)議、跨層路由等 WMN 已有的路由協(xié)議基礎(chǔ)上，本文歸納出無線</p><p>　　

83、Mesh 網(wǎng)絡(luò)三類 QoS 路由技術(shù)：基于單優(yōu)化指標(biāo)的 QoS 路由、基于多優(yōu)化指標(biāo)的 QoS</p><p>　　路由、基于策略的 QoS 路由，本文闡述的路由技術(shù)屬于基于多優(yōu)化指標(biāo)的 QoS 路</p><p><b>　　由。</b></p><p>　　(2) 提出了一種基于改進(jìn)蟻群算法的無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS 路由保障機(jī)制，先介

84、</p><p>　　紹基本蟻群算法陷入局部最優(yōu)解的原因及判斷方法，然后根據(jù)判斷方法自適應(yīng)調(diào)</p><p>　　整蟻群算法的信息素強(qiáng)度 Q 和信息素殘留系數(shù) 來高概率跳出局部最優(yōu)，然后根據(jù)</p><p>　　改進(jìn)的思路方法將其應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò) QoS 路由，其中源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)分別當(dāng)作蟻穴</p><p>　　和食物，數(shù)據(jù)包視為螞蟻，使用路由表

85、替代路徑上留下的信息素，信息素強(qiáng)度以</p><p>　　概率值表示，并要求路由節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)路由表。螞蟻以一定的周期更新信息素表，</p><p>　　通過節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移概率來選擇下一步要走的路徑，經(jīng)過多次迭代后找，滿足 QoS 約束</p><p>　　條件信息素強(qiáng)度最高的路由就是本路由算法要求的解。</p><p>　　(3) 基于無線 Mes

86、h 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將基本蟻群算法和改進(jìn)后的蟻群算法分別</p><p>　　應(yīng)用于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS 路由保障，經(jīng)過固定無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目 100 組實(shí)</p><p>　　驗(yàn)和變化無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目多組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較分析表明改進(jìn)后的蟻群</p><p><b>　　8</b></p><p

87、>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　算法較基本蟻群算法在多約束 QoS 性能參數(shù)費(fèi)用代價(jià)、延遲、丟包率方面都有一</p><p>　　定程度的改進(jìn)，同時(shí),通過后期仿真實(shí)驗(yàn)圖示也清楚地可以看出：改進(jìn)后的蟻群算</p><p>　　法可成功適用于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的多約束 QoS 路由算法，且對傳統(tǒng)蟻群算法收斂速</p><p

88、>　　度慢、容易陷入局部最優(yōu)的特點(diǎn)有所改進(jìn)與優(yōu)化。</p><p>　　(4) 最后本文就無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景進(jìn)行展望，眾多的行業(yè)應(yīng)用必然是</p><p>　　大勢所趨,這些應(yīng)用包括家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)、小區(qū)和城域網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)和公共場所、智能</p><p>　　傳輸系統(tǒng)等。但無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)在海洋環(huán)境監(jiān)測上的應(yīng)用目前還是屬于實(shí)驗(yàn)階段，</p>

89、;<p>　　經(jīng)過與其他無線網(wǎng)絡(luò)的分析和比較，本文第七章分析傳統(tǒng)海洋環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)</p><p>　　優(yōu)缺點(diǎn)，比較得出無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的健壯性、易配置、易維護(hù)、易擴(kuò)展性及多跳機(jī)</p><p>　　制等特性是非常適合海洋環(huán)境監(jiān)測的一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)，必將在將來海洋環(huán)境監(jiān)</p><p>　　測領(lǐng)域扮演著重要特色。</p><p

90、><b>　　1.3 本文結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本文后續(xù)章節(jié)安排如下：</p><p>　　第二章，本章研究了無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理；分析給出了無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS</p><p>　　路由保障技術(shù)研究思路，提出了基于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)執(zhí)行 QoS 路由算法的數(shù)學(xué)</p><p>　

91、　模型，在介紹和分析無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)已有的路由協(xié)議基礎(chǔ)上，歸納出無線 Mesh 網(wǎng)</p><p>　　絡(luò)三類 QoS 路由技術(shù)。</p><p>　　第三章，研究了基本蟻群算法的原理，給出了蟻群算法的優(yōu)缺點(diǎn)比較；結(jié)合第</p><p>　　二章提出的無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò) QoS 路由數(shù)學(xué)模型，基于基本蟻群算法的改進(jìn)研究和無</p><p&g

92、t;　　線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出基于改進(jìn)蟻群算法的無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的 QoS 路由保障技術(shù)</p><p>　　第四章，基于第三章提出的算法設(shè)計(jì)程序，搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境及仿真平臺(tái)，多組實(shí)</p><p>　　驗(yàn)并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。</p><p>　　第五章，基于傳統(tǒng)海岸環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)的不足及 WMN 獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，提出</p><p>

93、;　　基于無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的海岸環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)。</p><p>　　第六章，總結(jié)與展望，總結(jié)本文的研究成果，指出其中存在問題及進(jìn)一步研究</p><p><b>　　的方向。</b></p><p><b>　　9</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p>

94、<p>　　第二章 基于無線 Mesh 網(wǎng)的 QoS 路由</p><p>　　2.1 無線 Mesh 網(wǎng)技術(shù)原理</p><p>　　無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)一種低功率的無線多跳通信系統(tǒng)，屬于一種網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，</p><p>　　但又與傳統(tǒng)網(wǎng)狀網(wǎng)不同，它處理信息的方式是直傳遞的，它把數(shù)據(jù)包從一個(gè)節(jié)點(diǎn)</p><p>　　傳遞到另一

95、個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到該數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。而以往點(diǎn)到點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)</p><p>　　節(jié)點(diǎn)僅僅留下本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，而過濾掉所有不屬于自己的數(shù)據(jù)包，也就是說無</p><p>　　線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)接收屬于其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，并將其轉(zhuǎn)發(fā)，這種節(jié)點(diǎn)既可</p><p>　　以作為接入終端又可以具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能組網(wǎng)方式是具有極高的自由度。在運(yùn)行</p>

96、<p>　　方式上，因特網(wǎng)就是一個(gè)典型的 Mesh 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用例子，二者極其相似。但 WMN 還能</p><p>　　夠提供多條到達(dá)目的地的冗余通信路徑。因此，在這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)中，即便是</p><p>　　由于鏈路故障或者是由于外界干擾而停止工作，WMN 都能將數(shù)據(jù)包自動(dòng)重新路由到</p><p>　　另外一條路徑，最終將數(shù)據(jù)包送達(dá)目的地，這樣明顯提高

97、了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?lt;/p><p><b>　　[39]</b></p><p>　　WMN 又可以認(rèn)為是由一組具有無線電收發(fā)轉(zhuǎn)置的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一個(gè)多跳臨</p><p><b>　　時(shí)自治系統(tǒng)</b></p><p><b>　　[32]</b></p>&

98、lt;p>　　。無論在任何時(shí)候，在任何節(jié)點(diǎn)之間都可以通過無線通道連接，形</p><p>　　成一個(gè)任意 Mesh 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[33]。由于節(jié)點(diǎn)可以移動(dòng)，這也將使無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變</p><p>　　化。在這樣的環(huán)境中，若兩個(gè)用戶不能直接通信，那么無線通信終端可以突破有</p><p>　　限的覆蓋范圍，借助其他終端轉(zhuǎn)換進(jìn)行信息交換。如 2-1 無線多跳 Me

99、sh 網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　圖 2-1 多跳無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　Figure 2-1.Multihop wireless mesh network</p><p>　　主機(jī) H3 不在主機(jī) H2 的輻射區(qū)域 Area02 中,主機(jī) H2 也不在 H3 的輻射區(qū)域</p><p>　　Area03 中, 如果主機(jī) H2

100、 和主機(jī) H3 之間需要通信，就需要區(qū)域 Area01 中的主機(jī)為</p><p>　　它們轉(zhuǎn)發(fā)分組數(shù)據(jù)，因?yàn)橹鳈C(jī) H1 的輻射區(qū)域 Area01 在主機(jī) H3 和 H2 的無線輻射</p><p>　　范圍之內(nèi)，此時(shí) Area01 中的主機(jī) H1 就在為 Area02 中的主機(jī) H2 和 Area03 中主機(jī)</p><p><b>　　10</b

101、></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　H3 的通信中扮演著路由器的角色。</p><p>　　2.2 WMN 的路由協(xié)議</p><p>　　無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議是無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)，研究具有邊際成本的無線</p><p>　　網(wǎng)狀路由協(xié)議，為促進(jìn)無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為客

102、戶提供適合他們的需要 QoS 保</p><p>　　證的服務(wù)是非常必要的的。無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備，可以以多跳的方式連接，</p><p>　　與其他網(wǎng)絡(luò)這是最顯著的差異，這也決定了它的 MAC 層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和其他網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　是非常的不同。目前研究 WMN 路由協(xié)議主要是從這兩個(gè)方面著手的。下面本節(jié)將</p><p&g

103、t;　　就無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究情況作簡要介紹和比較。</p><p>　　(1) WMN 多判據(jù)路由協(xié)議</p><p>　　傳統(tǒng)路由協(xié)議更多的是使用跳數(shù)作為路由判決的標(biāo)準(zhǔn)，但是事實(shí)上并非如此</p><p><b>　　[10-11]</b></p><p>　　絡(luò)吞吐量有可能變得更差。此外，這條路線在鏈

104、接中遇到干擾，往往不是最佳路</p><p>　　線。為此，我們?yōu)槊總€(gè)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)逆溌焚|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，來反映了新的路由準(zhǔn)</p><p>　　則的影響。在文獻(xiàn)[12]中對學(xué)術(shù)上幾種典型路由判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析和比較，在</p><p>　　一個(gè)節(jié)點(diǎn)完全固定時(shí)，ETX 將得到最佳的性能，RTT 和 PPL 由于沖突影響性能較差。</p><p>

105、　　然而，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，Hop 是優(yōu)于其他三個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)殒溌焚|(zhì)</p><p>　　量的變化無法及時(shí)反映移動(dòng)節(jié)點(diǎn)鏈接的變化。</p><p>　　(2) WMN 多信道路由協(xié)議</p><p>　　在文獻(xiàn)[12]中對多收發(fā)器和多信道進(jìn)行了分析和比較，分析結(jié)果表明，它們可</p><p>　　以大大提高 WMNA 網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

106、在不需要修改 MAC 協(xié)議的基礎(chǔ)上，使用多收發(fā)器可</p><p>　　以 提 升 網(wǎng) 絡(luò) 性 能 。 文 獻(xiàn) [11] 從 該 觀 點(diǎn) 出 發(fā) ， 提 出 了 MR-LQSR(Multi-Radio</p><p>　　Link-Quality Source Routing，多射頻鏈路質(zhì)量源路由)協(xié)議。MR-LQSR 協(xié)議采用</p><p>　　WCETT(We

107、ighted Cumulative Expected Transmission Time，加權(quán)的累積傳輸時(shí)</p><p>　　間)為新的路由性能判斷標(biāo)準(zhǔn)，MR-LQSR 綜合考慮了帶寬等鏈路性能參數(shù)以及最小</p><p>　　跳數(shù)等因素，所以該協(xié)議可以在鏈路延時(shí)和吞吐量間見獲得平衡解。</p><p>　　(3) WMN 分級路由協(xié)議</p>&l

108、t;p>　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)模的增大，傳統(tǒng)的路由機(jī)制使用會(huì)消耗很多網(wǎng)絡(luò)資源。</p><p>　　同時(shí)建立大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)路徑將需要相當(dāng)長的的時(shí)間，產(chǎn)生較大的端到端延遲，而</p><p>　　一旦路徑建立，若路徑中的變化，他們又需要消耗大量的網(wǎng)絡(luò)資源才能夠重建路</p><p>　　由。對于這樣的問題，我們通?？梢圆捎梅旨壜酚蓞f(xié)議的機(jī)制來解決，通過分級<

109、;/p><p>　　技術(shù)，集群內(nèi)和集群之間使用不同的路線，分別發(fā)揮各種路由的優(yōu)勢，以實(shí)現(xiàn)大</p><p>　　規(guī)模的 WMN 的路由。如果通過簇頭來轉(zhuǎn)發(fā)所有的數(shù)據(jù)服務(wù)，那么簇頭將成為整個(gè)</p><p><b>　　11</b></p><p>　　上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)

110、的瓶頸，如果數(shù)據(jù)流量不是由簇頭轉(zhuǎn)發(fā)，路線的設(shè)計(jì)將變得更加復(fù)雜。在參</p><p>　　考文獻(xiàn)[13]中作者提出了一種分級路由協(xié)議機(jī)制，該機(jī)制在集群內(nèi)和集群之間使</p><p>　　用不同的路由協(xié)議。集群內(nèi)路由協(xié)議為基于 DSR 路由協(xié)議，它可以很好地適應(yīng)集</p><p>　　群內(nèi)用戶移動(dòng)動(dòng)作快特征；集群之間使用先應(yīng)式路由協(xié)議是為了適應(yīng)集群間移動(dòng)</p&g

111、t;<p><b>　　性較小的特點(diǎn)。</b></p><p>　　(4) WMN 地理信息路由協(xié)議</p><p>　　WMN 地理信息路由協(xié)議與基于拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議有很大的不同，基于地理信息路</p><p>　　由協(xié)議機(jī)制在轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包時(shí)，它主要是依據(jù)位置，也就是說基于鄰近節(jié)點(diǎn)和</p><p>　　

112、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息。因此，可以說與其它的 WMN 的路由協(xié)議相比，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓</p><p>　　撲的變化對地理信息路由協(xié)議的影響是非常的小?？墒?，基于地理信息路由協(xié)議</p><p>　　需要依靠 GPS 或類似的定位設(shè)備，在一定的程度上增加了成本與復(fù)雜性，而且由</p><p>　　于該路由機(jī)制需要獲得目的節(jié)點(diǎn)的位置信息，從而給網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來了很大開銷。</

113、p><p>　　(5) WMN 熱量路由協(xié)議</p><p>　　基于熱量的 WMN 路由協(xié)議</p><p><b>　　[15]</b></p><p>　　，它的原理就是依據(jù)溫度域來轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。</p><p>　　我們把網(wǎng)關(guān)比作熱源，那么距離網(wǎng)關(guān)越近的節(jié)點(diǎn)溫度高，反之則溫度低。根據(jù)此<

114、;/p><p>　　原理，可以把網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)賦予不同的溫度值，假如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要</p><p>　　接人 Internet 時(shí)，那么該路由機(jī)制就以多跳的方式向溫度高的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)</p><p>　　包，要轉(zhuǎn)發(fā)出去的數(shù)據(jù)包將最終到達(dá)網(wǎng)關(guān)。</p><p>　　(6) WMN 跨層路由協(xié)議</p><p>　

115、　無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)跨層路由機(jī)制的提出是基于以往的研究都集中在網(wǎng)絡(luò)第三層以</p><p>　　上，但是對于 WMN，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)的時(shí)變特性，其路由協(xié)議性能并不是很理想，</p><p>　　所以，我們可以從網(wǎng)絡(luò)七層參考模型中的第二層提取一些狀態(tài)參數(shù)信息來作為路</p><p>　　由。除此之外，我們還可以考慮合并 MAC 層與路由層之間的一些功能。</

116、p><p>　　基于跨層路由設(shè)計(jì)思想，文獻(xiàn)[16]、[17]和[18]提出了從底層采集路由判斷</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的方法來進(jìn)行路由選擇，考慮 MAC 層的沖突、包括成功的數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)</p><p>　　據(jù)傳輸成功率以及其他參數(shù)。在跨層路由協(xié)議里，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)可以選擇具有沖</p><p>　　突更少，可靠的數(shù)據(jù)包傳輸和高速數(shù)據(jù)傳輸速率

117、的數(shù)據(jù)傳輸路徑進(jìn)行傳輸?；?lt;/p><p>　　跨層路由設(shè)計(jì)機(jī)制允許路由協(xié)議收集到節(jié)點(diǎn)底層的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸信息，從而作出</p><p>　　正確的路徑選擇，它打破了傳統(tǒng)的各層之間透明的原則。這一機(jī)制將對提高網(wǎng)絡(luò)</p><p><b>　　性能有很大的意義。</b></p><p>　　(7) WMN—QoS 路由協(xié)議