无线Mesh网络VoIP业务聚合技术研究

摘要

基于IEEE802.11s标准草案的无线Mesh网近几年得到过广泛的研究与应用。无线Mesh网相对于此前的WLAN以及Ad Hoc网络而言，有着自己的优势和特点。相比于Ad Hoc网络，它的拓扑结构相对静止的，在网络层次上分为无线接入层、无线骨干层，因此它适用于作为一个无线接入网；相比于WLAN，无线Mesh网的无线多跳骨干网扩展了网络覆盖的范围，并提供移动性的支持，且结构灵活，更容易布署。因此，无线Mesh网是下一代无线接入网的主流技术之一。 VoIP是近年来发展极快的一个业务，它也是下一代网络的关键应用之一。近来VoIP业务在无线Mesh网的传输性能的研究也成为一个热点。VoIP业务有特殊的低时延、低丢包率、低时延抖动的QoS需求，对无线Mesh网提出了一些挑战。研究发现，由于VoIP业务模型近似为包长小、周期短的数据包流，在无线Mesh网的MAC层上进行传输的时，存在QoS需求难以保证、带宽利用率低、单位带宽所支持的VoIP连接的数量小的问题，这些问题的存将阻碍VoIP业务在无线Mesh网中应用的发展。 本文关注VoIP业务在无线Mesh网中的传输性能问题，并以单位带宽所支持的VoIP连接数量来衡量。在分析VoIP业务在无线Mesh网中传输所存在的问题的基础上，主要针对MAC层引起的瓶颈效应及带宽利用率低的问题，提出一种结合了MAC层参数优化和帧聚合策略的方案，提高了无线Mesh网VoIP传输性能。方案的设计采用了跨层设计的思想，即在MAC层上感知物理层拓扑信息以及应用层业务的QoS需求等信息，并以此进行MAC层参数优化操作和帧聚合策略的调整。 在传输性能提高的基础上，本文还在帧聚合策略中引入了定价的思想，提出了一种新颖的定价聚合策略。此策略在有限带宽的前提下，通过定价机制，在保证业务公平性的同时，实现网络收益最大化的目的。本文提出的策略以区分服务(DiffServ)为实现手段，采用静态静定价策略，其主要思想是以比例公平调度算法保障业务之间的公平性，通过收益函数最优值求解动态调整比例公平调度时业务之间的权重，决定各类业务的数据包在聚合帧中占的比例，最终达到在兼顾公平性的前提下，网络收益最大化的目的。仿真表明，所提出的动态定价帧聚合策略很好的保障了各类业务的最低QOS需求，并使网络收益的函数收敛于最大值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文的背景

1.1.1无线Mesh网的发展和现状

1.1.2 VoIP及其终端的发展

1.1.3 Voice over Mesh的需求与挑战

1.2论文研究的意义及目标

1.3论文的研究内容及组织结构

第二章基于802.11S的无线MESH网和VOIP协议

2.1 802.11 s协议及无线MESH网结构

2.1.1 802.11 s的无线Mesh网结构

2.1.2 802.11s的MAC层及路由协议

2.2 VoIP在无线MESH网中的传输性能

2.2.1 VoIP协议及语音编码

2.2.2 VoIP的QoS需求

2.2.3 VoIP在无线Mesh网传输中的问题

2.3帧聚合原理及研究现状

2.3.1 802.11物理层及MAC层传输开销

2.3.2帧聚合的基本原理

2.3.3帧聚合技术研究现状

2.4本章小结

第三章MESH网VOIP业务的传输性能研究与仿真

3.1基于传输性能的帧聚合方案设计

3.1.1帧聚合方案的设计因素

3.1.2聚合方案详述

3.2基于帧聚合策略的容量分析

3.2.1无线Mesh网络容量模型

3.2.2帧聚合策略下容量公式中E[P]的计算

3.3 MAC层参数优化方案

3.3.1无线Mesh网瓶颈效应

3.3.2 MAC层参数优化

3.4 MAC层优化与帧聚合的仿真与分析

3.4.1帧聚合和MAC层优化在NS.2中的实现

3.4.2仿真环境及参数设置

3.5.2仿真结果及分析

3.5本章小结

第四章一种基于定价的帧聚合策略

4.1基于定价聚合策略的意义及方法

4.1.1定价聚合的意义

4.1.2拥塞定价和静态定价

4.3定价聚合策略实现框架

4.3.1框架总体描述

4.3.2聚合缓冲管理模块

4.3.3聚合缓冲区调度算法

4.4基于静态定价的收益最优聚合策略

4.4.1问题思路与背景

4.4.2效用函数的求解及公平性保证

4.4.3定价聚合策略的运行流程

4.5策略仿真与分析

4.5.1仿真的参数设置

4.5.2仿真的结果与分析

4.6本章小结

结论

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间完成与发表的论文、著作及科研成果