WiMax Mesh网络中断部署与空间查询优化算法研究与实现

摘要

WiMax技术是一种具有广覆盖、高容量、高速率的无线宽带接入技术，网状Mesh组网方式具有多跳、自组织、自愈、易扩展等特点，WiMax与Mesh的结合被认为是城市无线宽带接入的趋势，可广泛应用于城市的运行管理中。WiMax Mesh网络的基本结构包括三层:基站、中继和移动用户终端。基站通常是固定方式，建设成本相对固定。中继则可分为固定中继和移动中继，固定中继部署的合理性，直接影响WiMax Mesh网络的接入容量和接入成本;移动中继作为一种临时接入设备则主要要考虑能耗问题，包括能耗的均衡性问题，论文的研究即包括这两个方面。
　　论文提出了一种基于几何方法的中继部署算法。算法的设计目标是在保证用户可靠覆盖的前提下，网络建设成本尽可能小，即中继个数最少。算法的具体实现，首先根据用户位置形成的功率覆盖范围，来作为单个簇划分依据，目的是保证簇内节点能依此覆盖;然后以簇内连接图的边缘多边形的中垂线交汇处作为该簇的中继部署位置，即为中继覆盖圆的圆心，由此保证形成的中继覆盖圆面积最大和中继冗余最小，且每一用户对应一个中继。模拟实验证明，在保证相同服务质量的条件下，所提出的算法在中继个数小于已有的主流算法MIS和HS。
　　空间查询即信息采集，是移动中继Mesh网络的主要应用。论文提出了一种基于邻居迁移和冗余恢复的空间查询优化算法EI2WQE。相对于已有空间查询算法IWQE和EIWQE，具体改进之处有:(1)查询节点邻居数的均衡处理。查询算法执行过程中，每一查询节点需负责其邻居节点信息的收集和传输，为保证处理量的均衡性，EI2WQE算法执行中会将邻居数高于平均值的查询节点的邻居向相邻的邻居数较少的其他查询节点进行迁移。(2)查询路线的可靠性保证。EI2WQE算法，利用无线信号的广播特性，以能收到广播信号的邻居节点作为可能失效节点的冗余备份节点，以保证查询中断时查询路线的及时恢复。论文给出了EI2WQE的详细实现流程，并在OMNET++平台上用仿真方法，从查询成功率、查询结果质量和节点能耗的平衡度等方面验证了EI2WQE算法的优越性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容与研究工作

1．4 论文组织结构

第二章 WiMax Mesh网络相关理论与算法分析

2．1 WiMax Mesh网络概述

2．1．1 IEEE 802．16标准简介

2．1．2 WiMax Mesh网络简介

2．1．3 WiMax Mesh网络特点与挑战

2．2 典型的WiMax Mesh网络中继部署算法分析

2．3 典型的空间查询算法简介

2．3．1 窗口查询算法IWQE简介

2．3．2 改进型查询算法EIWQE简介

2．4 本章小结

第三章 基于几何方法的WiMax Mesh网络中继部署算法设计

3．1 WiMax Mesh中继部署问题研究定位与分析

3．2 低层中继部署问题LORC分析

3．2．1 中继位置选择策略分析

3．2．2 用户邻接图形成理论分析

3．3 基于几何方法的中继部署算法GMCP流程设计

3．4 仿真实验与分析

3．5 本章小结

第四章 WiMax Mesh网络空间查询算法EIWQE优化研究

4．1 窗口查询算法IWQE分析

4．1．1 模型分析

4．1．2 性能分析

4．1．3 能耗分析

4．2 改进型算法EIWQE分析

4．2．1 模型分析

4．2．2 性能分析

4．2．3 能耗分析

4．3 基于邻居迁移和冗余恢复的优化算法EI2WQE

4．3．1 设计思想

4．3．2 详细设计

4．3．3 算法实现

4．4 算法实验仿真与分析

4．4．1 不同节点密度的空间查询结果分析

4．4．2 不同失效节点个数的空间查询结果分析

4．4．3 不同查询区域的空间查询结果分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文