無線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸性能分析和跨層協(xié)同優(yōu)化算法的研究.pdf

1、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種高容量、高速率的新型分布式網(wǎng)絡(luò),它利用多跳無線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為移動用戶提供到骨干網(wǎng)的寬帶接入。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比,它具有頻譜效率高、覆蓋能力強、兼容性好、部署成本低等諸多優(yōu)點,具有廣泛的應(yīng)用前景。由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模式多樣、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議復(fù)雜,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析方法和分層優(yōu)化算法已經(jīng)不能滿足其設(shè)計要求。本學(xué)位論文在排隊論、網(wǎng)絡(luò)流理論和大規(guī)模線性規(guī)劃理論的指導(dǎo)下,建模分析了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能并且設(shè)計信道路由聯(lián)合優(yōu)

2、化算法提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。本文首先介紹了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的基本概念以及關(guān)于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸性能建模和跨層協(xié)同優(yōu)化的研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵問題和典型模型。通過對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的理論建模分析,我們發(fā)現(xiàn)主要難點在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信技術(shù)復(fù)雜、底層協(xié)議多樣,傳統(tǒng)的基于單跳和IEEE802.11 MAC的統(tǒng)一建模方法無法直接應(yīng)用。為了區(qū)分不同的路由協(xié)議和MAC協(xié)議對傳輸性能的影響、增加模型的適用性,本文提出二層分析框架,它包括兩個子模型:網(wǎng)絡(luò)模型和

3、節(jié)點信道模型。前者基于排隊論,考慮網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流以及多徑路由的影響;后者考慮多信道以及多跳的影響,并根據(jù)節(jié)點平均獲取信道時間以及平均隊列等待時間得到全網(wǎng)的平均時延和吞吐量計算公式。為了驗證模型的準確性,本文在AODV路由下分別以TDMA MAC和802.11 MAC為例,推導(dǎo)全網(wǎng)平均時延公式,并利用NS2仿真表明該模型可以比較準確地估計出傳輸時延性能。在對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)同優(yōu)化的研究中,為了解決傳統(tǒng)單層優(yōu)化方案無法有效利用無

4、線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點的問題,本文在傳輸性能模型的基礎(chǔ)上,分析了鏈路層和路由層中影響性能的瓶頸要素,設(shè)計出一種帶有反饋機制的信道路由聯(lián)合優(yōu)化算法。包括啟發(fā)式路徑搜索算法、基于原始-對偶算法的最優(yōu)路徑選擇算法、信道分配調(diào)整算法等三個部分。其中,啟發(fā)式搜索算法利用“潛在剩余帶寬”的概念有效減少了信道沖突;最優(yōu)路徑選擇算法屬于全局優(yōu)化算法,根據(jù)其子問題解的單調(diào)性和可行性加入時耗控制模塊有效減少算法時耗;最后文章利用Matlab仿真在隨機拓撲結(jié)