無線mesh網絡中覆蓋多播流分發(fā)研究.pdf

1、下一代無線通信網絡的設計目標是靈活方便地為用戶提供互聯網接入和有服務質量保障的多媒體寬帶業(yè)務,無線mesh網絡正是為此目的而產生的一種能夠提供更大范圍的無線接入新技術。與此同時,各種業(yè)務應運而生,如何有效支持以視頻點播、移動學習等為代表的實時多媒體業(yè)務是無線mesh網絡面臨的挑戰(zhàn)。而且這些業(yè)務對多播技術有強烈需求,因此促使本論文將覆蓋多播與無線mesh網絡相結合,把提高無線mesh網絡中多播流的分發(fā)質量作為研究目標。
　　覆蓋多播

2、是在應用層實現多播功能,但多播流的分發(fā)質量與底層網絡的拓撲結構、接入控制機制、路由等有關。而傳統(tǒng)的分層協(xié)議架構向上屏蔽了這些因素,各層之間缺乏及時的信息交互,若采用傳統(tǒng)的分層協(xié)議設計將會導致無線mesh網絡性能的下降。為此,不少學者采用“優(yōu)化理論”和“上層從底層獲取信息的跨層設計”的方法,但這些方法缺乏對網絡全局優(yōu)化模型的指導。基于此,本論文采用網絡效用最大化(Network Utility Maximization,簡稱NUM)的方法

3、來研究無線mesh網絡的跨層設計,提出了基于效用函數模型的多播流分發(fā)過程中的時延控制、功率控制以及鏈路強度控制等分布式優(yōu)化算法。
　　論文首先對無線mesh網絡和覆蓋多播技術的應用背景、研究現狀進行了綜述,并歸納了面臨的關鍵問題,分析了利用網絡效用最大化架構進行跨層設計的意義。在此基礎上,從以下幾個方面開展了研究工作:
　　第一,針對多播流在無線mesh網絡中進行分發(fā)時面臨的時延問題,提出了一種聯合擁塞控制和信道接入控制的跨

4、層優(yōu)化算法。通過聯合優(yōu)化調整多播流的速率和無線鏈路的信道接入概率,減少鏈路擁塞和沖突的發(fā)生,從而降低多播流的分發(fā)時延。并將此問題建模為網絡效用最大化問題,采用基于效用的定價機制,通過拉格朗日對偶分解獲得一個基于價格的分布式算法,以該分布式算法為核心進行鏈路的信道接入競爭控制和擁塞控制。
　　第二,為了減少鏈路間的相互干擾,提高多播流的分發(fā)質量,提出了將多播流分發(fā)過程中所經鏈路的功率消耗引入到網絡效用最大化架構中,實現凈效用最大化。

5、并將此問題抽象成一個非線性優(yōu)化問題,通過對偶技術將此非線性優(yōu)化問題分解成若干個可分布式求解的子問題,這些子問題分別對應于傳輸層的流量控制和物理層的功率控制。通過聯合控制,實現在鏈路消耗功率最小的情況下,獲得最佳的多播流分發(fā)速率,從而使整個網絡的性能趨于最優(yōu)。
　　第三,由于覆蓋多播是在應用層主機上完成多播流的復制,這就不可避免地會造成鏈路強度問題。鏈路強度大,不僅浪費鏈路的帶寬,而且容易導致在一些鏈路上產生擁塞現象。為此,提出了一