無線Mesh網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)同設(shè)計研究.pdf

1、通過對國內(nèi)外無線Mesh網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀的分析發(fā)現(xiàn)，受信道干擾的影響，信道容量不斷變化，因此傳統(tǒng)基于固定物理層容量的分層設(shè)計導(dǎo)致了性能的偏差甚至惡化。本文打破了傳統(tǒng)的分層思想，以跨層設(shè)計為基本手段，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議或算法間協(xié)作的相關(guān)研究。本文討論的跨層設(shè)計包括物理層與媒體接入層之間的協(xié)作、媒體接入層與網(wǎng)絡(luò)層之間的協(xié)作。通過采用多種跨層設(shè)計手段與方法，最終達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)整體性能的目的。
　　 首先，本文以無線Mesh網(wǎng)絡(luò)為承載網(wǎng)絡(luò)，提

2、高路由協(xié)議的有效性為目的，在以往路由協(xié)議(比如DSR、AODV等)基于最短跳數(shù)以及其他網(wǎng)絡(luò)層信息的基礎(chǔ)上，提出了基于跨層設(shè)計的多準(zhǔn)則聯(lián)合優(yōu)化路由。新路由方法綜合考慮了MAC層幀投遞率、剩余帶寬以及節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等因素，選擇可以達(dá)到負(fù)載均衡的最優(yōu)路徑。這些因素能及時且準(zhǔn)確地反映出實際網(wǎng)絡(luò)中的無線信道變化，為路由選擇提供了重要的參考數(shù)據(jù)。同時，本文還對原有的反應(yīng)式路由協(xié)議機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)，從而確保源節(jié)點(diǎn)始終能發(fā)現(xiàn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路由。在新的路由機(jī)

3、制中，當(dāng)路由請求到達(dá)某一中間節(jié)點(diǎn)后，中間節(jié)點(diǎn)通過該路由請求所攜帶路徑的各種參數(shù)來綜合考慮是否轉(zhuǎn)發(fā)該路由請求，而并非以往單一根據(jù)包序號來決定是否轉(zhuǎn)發(fā)。一方面，該算法使源節(jié)點(diǎn)除了收到延時最短的路徑外，還能收到相對于路由決策算法的最優(yōu)路徑；另一方面，源節(jié)點(diǎn)收到了多條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，在路由失效時，可以利用備份路徑進(jìn)行快速路由修復(fù)。
　　 接著，為了在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由算法中為用戶提供業(yè)務(wù)區(qū)分服務(wù)，本文提出了一種業(yè)務(wù)感知路由算法。不

4、同類型的業(yè)務(wù)對路由性能的需求不同，本算法針對他們需求的差異性進(jìn)行區(qū)分業(yè)務(wù)的路徑選擇方法。通過為不同業(yè)務(wù)提供不同的路徑來達(dá)到業(yè)務(wù)區(qū)分服務(wù)的目的。與此同時，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)有多種業(yè)務(wù)時，網(wǎng)絡(luò)將使用多徑技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有空間分集效應(yīng)。與MSR等多徑技術(shù)相比，基于業(yè)務(wù)區(qū)分的多徑技術(shù)不存在數(shù)據(jù)包錯序問題。仿真分析表明，本文提出的業(yè)務(wù)感知路由協(xié)議在提供業(yè)務(wù)區(qū)分服務(wù)的同時，達(dá)到了負(fù)載均衡的目的。
　　 近期機(jī)會路由技術(shù)的誕生為路由技術(shù)的研究注入

5、了新的內(nèi)容。為解除傳統(tǒng)機(jī)會路由對全局信息的依賴關(guān)系，本文為無線Mesh網(wǎng)絡(luò)提出了一種基于本地信息的機(jī)會傳輸與傳統(tǒng)動態(tài)源路由相結(jié)合的路由方法。動態(tài)源路由所獲得的路徑因為可以繞過“熱點(diǎn)區(qū)域”，達(dá)到了負(fù)載均衡的目的，因此很好地處理了無線多跳傳輸中的信道長期變化問題。與此同時，傳統(tǒng)的動態(tài)源路由還為機(jī)會傳輸提供了目的節(jié)點(diǎn)的大致方位。而機(jī)會傳輸則可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)本地信息和目的節(jié)點(diǎn)的大致方位來完成。機(jī)會傳輸?shù)膹V播特性克服了信道短期變化帶來的影響。所以本文

6、提出的聯(lián)合路由方法能同時處理信道的長期變化和短期變化。
　　 隨后，作者對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于數(shù)據(jù)流的接入控制算法進(jìn)行了相關(guān)研究。為阻止網(wǎng)絡(luò)工作在非飽和狀態(tài)，接入控制策略需要對具有嚴(yán)格QoS需求的實時業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流數(shù)目進(jìn)行嚴(yán)格的控制，即對于實時業(yè)務(wù)，路徑上的所有節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)自身可用帶寬對是否應(yīng)該接入某實時業(yè)務(wù)流作出正確的判斷。對于非實時業(yè)務(wù)，需要利用有效的速率調(diào)整機(jī)制來調(diào)整源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，從而阻止網(wǎng)絡(luò)工作在沖突狀態(tài)。但是，

7、在接入控制算法中如何精確地對帶寬進(jìn)行估計是一大難題，這是由無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的隱藏終端的特性所致。因此，本文基于網(wǎng)絡(luò)分配矢量與剩余帶寬的關(guān)系，在考慮隱藏終端影響的條件下提出了一種有效的剩余帶寬估計方法。該方法能有效地計算隱藏終端對剩余帶寬的影響。
　　 最后，作者對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的鏈狀拓?fù)涞淖赃m應(yīng)載波偵聽MAC方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究與分析，通過采用不同的RTS與CTS載波偵聽閾值的方法來緩解由暴露終端帶來的通信阻塞問題。使用此