无线Mesh网络中基于802.11的MAC层协议研究

摘要

无线Mesh网络(WMN:WirelessMeshNetworks)是一种新型的宽带无线网络结构，具有自组织、自配置、高带宽、兼容性、低成本等优点，该网络技术的出现为解决不同网络之间的接入问题提供了极大的可能性，已经成为无线通信领域新的研究热点。它融合了WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)和移动Adhoc网络的特点，具有很高的可靠性和灵活性。近来随着多媒体业务的发展和应用，要求在WMN上提供必要的服务质量(QualityofService，QoS)的保证越来越重要。由于WMN具有多跳性、自组织性以及移动性等特点，导致在这种网络结构下信道利用率低，网络吞吐量下降，QoS保证质量差等问题的产生。媒体接入控制协议(MediaAccessControl，MAC)是WMN确定共享无线信道资源的主要技术，而IEEE802.11e标准主要是解决基于IEEE802.11面临的QoS的问题。 本文研究工作的重点是对WMN中基于IEEE802.11的多信道MAC层协议的改进设计，以及对支持QoS保证的IEEE802.11e协议标准的EDCF模式进行了性能分析，并提出改进方案，使之更加适用于WMN，提高网络吞吐量，降低时延。 本文中首先介绍了WMN的研究背景和意义，对无线Mesh网络结构特点和涉及到的关键技术以及与其他通信系统的区别进行了详细描述。详尽分析了WMN的MAC层协议目前的的研究现状，分析了适用于WMN的MAC协议设计的特点、需求、影响因素和面临的问题等内容。最后针对wMN的多信道MAC协议方案进行了研究，尤其是基于IEEE802.11的多信道协议。在多信道Mesh网络结构Hyacinth结构的基础上，完善了该结构下实现的多信道协议，通过仿真实验，取得了较好的效果，提高了网络聚合容量，且减少了负载开销，降低了网络时延。接着，介绍了IEEE802.11e的EDCF(EnhancedDistributedControlFunction)机制，在自适应的EDCF(AdaptiveEDCF)机制的基础上，引入新的基于信道条件的ACK率因子，提出了一种改进的动态自适应EDCF(I-AEDCF)机制，新机制在网络负载重的情况下，减少了时延，提高了系统的实时性要求。最后总结了全文，并提出了研究工作的展望。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:缩略语

声明

第一章 绪论

1.1论文研究背景及国内外研究现状

1.2论文的主要内容及组织安排

1.3网络仿真工具介绍

1.3.1 NS2仿真器

1.3.2 NS2无线网络仿真

1.3.3 NS2中IEEE802.11协议的实现

第二章 无线Mesh网络

2.1无线Mesh网络的简介

2.1.1无线Mesh网络的概念

2.1.2无线Mesh网络与其他通信系统的区别

2.1.3无线Mesh网络的特点

2.2无线Mesh网络的网络结构

2.2.1基础设施的网络结构

2.2.2终端设备的网络结构

2.2.3混合网络结构

2.2.4 WMN网络结构的特点

2.3无线Mesh网络技术设计的关键因素

2.4本章小结

第三章 无线Mesh网络MAC层协议的研究与分析

3.1 IEEE 802.11协议

3.1.1 IEEE 802.11协议框架和标准

3.1.2 IEEE 802.11协议的DCF模式

3.2无线Mesh网络中MAC层协议设计的要求及特点

3.3单信道MAC协议的研究情况

3.4 Mesh网络中多信道MAC协议的需求分析

3.5无线Mesh网络中多信道MAC协议面临的问题

3.5.1隐藏终端的问题

3.5.2接收端忙的问题

3.5.3广播消息问题

3.6多信道MAC层协议的研究情况

3.6.1单网络接口的多信道MAC协议

3.6.2多网络接口多信道的MAC协议

3.6.3联合机制优化信道分配的MAC协议

3.7本章小结

第四章 基于802.11的多信道MAC协议的改进算法

4.1基于802.11 Hyacinth结构的多信道算法

4.1.1多信道Hyacinth结构的描述

4.1.2多信道Hyacinth结构算法的实现

4.2 Hyacinth结构算法的问题分析

4.3改进的算法

4.4仿真结果与分析

4.5本章小结

第五章 支持QoS的EDCF信道接入协议的改进

5.1 IEEE 802.11e EDCF协议的介绍

5.2改进的自适应EDCF协议(I-AEDCF)描述

5.2.1改进协议的研究意义

5.2.2改进的EDCF协议的算法设计

5.2.3改进的EDCF协议的算法实现步骤

5.3仿真结果与分析

5.4本章小结

第六章 总结和展望

6.1本文研究工作的总结

6.2研究前景的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表、完成的论文