基于網(wǎng)絡(luò)演算的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)QoS性能研究.pdf

1、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Networks,WMNs)是一種高容量高速率的分布式網(wǎng)絡(luò),不同于傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),可以看成是一種WLAN和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的融合,且發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢(shì)。具有可靠性、自組織性和自愈性等特點(diǎn)。隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信需求的增加,人們對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的要求越來(lái)越高,并且希望能夠提供QoS保障。因此,無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的QoS性能研究顯得越來(lái)越迫切和重要。然而,無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線多跳通信以及帶寬受限等特

2、點(diǎn),都使得在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中OoS的研究困難,給廣大研究人員提出了挑戰(zhàn)。研究提高無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)性能,有效實(shí)施網(wǎng)絡(luò)QOS控制,避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,具有重要的研究?jī)r(jià)值。
　　 本文以無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的QoS性能問(wèn)題為主要研究對(duì)象,在對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的流量特征進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線鏈路不穩(wěn)定、信道誤碼率高以及流量的統(tǒng)計(jì)性等特點(diǎn),利用網(wǎng)絡(luò)演算(Network Calculus)理論系統(tǒng)地研究了基于網(wǎng)絡(luò)演算的無(wú)線

3、Mesh網(wǎng)絡(luò)QOS性能模型。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)基于隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算理論,構(gòu)建了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量模型WgSBB(Wireless generalized Stochastically Bounded Burstiness)。
　　 在總結(jié)分析目前國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)流量模型主要研究成果的基礎(chǔ)上,基于隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算理論,提出了一種適合于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流的流量模型WgSBB,該模型采用隊(duì)列長(zhǎng)

4、度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述,構(gòu)造了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)和多節(jié)點(diǎn)的WgSBB流量模型,其突發(fā)函數(shù)受限于一個(gè)最小加卷積函數(shù),表明其具有較嚴(yán)密的邊界函數(shù)；闡明了它的求和特性和輸出流量特征及其輸入輸出關(guān)系,從理論上證明了每個(gè)資源的流量特征,研究表明該模型能正確地描述無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量特征的實(shí)際情況。
　　 (2)基于隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算理論,提出了適應(yīng)于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)通信量的貪婪分形漏桶整形器(Greedy Fractal Leaky

5、Bucket,GFLB),推導(dǎo)了GFLB的性能。
　　 基于隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算理論,給出了適應(yīng)于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)通信量控制的貪婪分形漏桶整形器GFLB的一般數(shù)學(xué)模型,并推導(dǎo)了GFLB的輸出特性、隊(duì)列長(zhǎng)度與延遲等性能,討論了GFLB的引入對(duì)網(wǎng)絡(luò)端到端延遲以及數(shù)據(jù)丟失總量的影響,并得出GFLB的引入并不增加系統(tǒng)端到端延遲上界、不增加緩存容量需求等結(jié)果。這些分析工作和所得結(jié)果對(duì)于基于GFLB的業(yè)務(wù)流控制方案的評(píng)價(jià)和如何有效地調(diào)節(jié)和

6、控制網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通信流具有實(shí)際意義。
　　 (3)基于隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算理論,推導(dǎo)了基于GFLB的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)QoS性能隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界模型。
　　 網(wǎng)關(guān)是無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能瓶頸,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的緩存區(qū)隊(duì)列長(zhǎng)度上界、延遲上界以及延遲抖動(dòng)上界在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及配置中具有重要意義。基于已有研究成果,引入GFLB對(duì)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流進(jìn)行整形,運(yùn)用公平的帶寬分配策略,分析了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的QoS性能隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界模型,給出緩存

7、區(qū)隊(duì)列長(zhǎng)度隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界、延遲隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界和延遲抖動(dòng)隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界。數(shù)值分析結(jié)果表明：基于GFLB的網(wǎng)關(guān)可用帶寬能公平地分配給各會(huì)話流,并隔離不同的會(huì)話流,各會(huì)話流互不影響；基于GFLB對(duì)網(wǎng)關(guān)流量整形,結(jié)合公平的帶寬分配策略,能為無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)流QoS提供性能上界保證；利用網(wǎng)絡(luò)演算理論計(jì)算基于GFLB的網(wǎng)關(guān)QoS性能邊界問(wèn)題具有簡(jiǎn)單性和實(shí)用性。
　　 (4)基于隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算理論,推導(dǎo)了網(wǎng)關(guān)與Mesh路由器端到端

8、QoS隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界模型。
　　 網(wǎng)關(guān)與Mesh路由器之間端到端QoS性能,其上界能否得到保證將直接影響擁塞和接納等網(wǎng)絡(luò)控制算法與策略的有效性。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)端到端QoS性能研究方面,利用隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算理論計(jì)算網(wǎng)關(guān)到Mesh路由器之間端到端通信流QoS性能上界,推導(dǎo)出基于緩存隊(duì)列共享的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)的隊(duì)列長(zhǎng)度隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界以及端到端隊(duì)列長(zhǎng)度隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界、單節(jié)點(diǎn)的延遲隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界、端到端延遲理想隨機(jī)/統(tǒng)計(jì)上界、端到端延遲