WLAN mesh网络多信道多速率分布式接入协议设计与建模研究

摘要

WLAN mesh网络作为一种新型的宽带无线网络结构,它综合了WLAN网络和ad hoc网络的相关优势,为实现无缝的宽带无线接入服务提供了一种新的选择。随着WLAN mesh网络的组网潜力被人们逐渐认识,一些标准化组织开始研究和探讨WLAN mesh网络组网协议的相关标准。IEEE802.11协议是无线网络领域较早被业界认可的标准协议。近年来,802.11协议体系逐渐在物理层增加了对多种传输速率的支持。例如IEEE802.11b协议允许1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps四种传输速率,IEEE802.11a协议支持从6Mbps到54Mbps共8种传输速率。尽管上述协议在物理层支持多种传输速率,但在MAC层均未给出具体的链路速率动态选择机制。在多速率网络中,占用信道的低速率链路需要更长的时间完成数据传输,消耗了更多的信道资源,极大限制了高速率链路传输的优势,从而导致网络整体性能的下降。为解决该问题,研究人员开始尝试将多信道技术引入多速率网络。然而在单接口多信道网络中,节点通过动态切换信道的方式利用多信道,收发节点常常由于处在不同信道上而无法顺利地进行信道预约。
　　围绕相关问题,本文的主要创新点包括:
　　(1)详细分析了多种传输速率的链路共存于同一信道时引发的性能瓶颈问题,以及单接口多信道网络中的接收端忙问题,在DCF协议的框架内提出了一种适用于WLAN mesh网络的分布式多信道速率自适应信道接入协议。该协议允许发送节点周围的邻居节点通过协作应答的方式告知相应接收节点的所处信道,接收节点根据当前信道质量合理选择传输速率和传输信道并反馈给发送节点。通过上述机制,协议将不同传输速率的链路分离在不同的信道上。仿真结果证明,该协议能避免不同传输速率链路之间的相互干扰,有效解决接收端忙问题,从而显著提高网络的整体性能。
　　(2)针对WLAN mesh网络的信道切换问题,本文在自主提出的MCRA协议的基础上简化为一种简单的信道分配协议SM-MAC,并用三维马尔科夫链建模分析。模型准确的刻画出单信道重传次数与多信道信道切换的过程,同时刻画了这两者对网络性能的影响。模型支持基本接入模式和RTS/CTS接入模式。仿真结果显示,模型可以非常准确的预测和评估饱和吞吐量。而且通过使用SM-MAC多信道接入协议,网络的吞吐量有了明显的提高。

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图表清单

缩略词

第一章 绪论

1.1WLAN mesh网络概述

1.2WLAN mesh网络研究热点问题

1.3 本文的工作及框架

第二章 无线网络分布式多信道MAC协议演化与发展

2.1 多信道MAC协议概述

2.2 多信道MAC协议分类

2.3多信道MAC协议建模方法

2.4本章小结

第三章适用于WLAN mesh网络的多信道多速率MAC协议

3.1 引言

3.2相关问题分析

3.3 MCRA协议规约

3.4仿真与结果分析

3.5本章小结

第四章WLAN mesh网络多信道接入协议建模与饱和吞吐量分析

4.1 引言

4.2 多信道分配协议建模的要点

4.3协议建模与饱和吞吐量分析

4.4 数值结果与模型有效性验证

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

在学期间的研究成果及发表的学术论文