多射频多信道无线Mesh网络中信道分配与路由算法的研究

摘要

随着移动互联技术的快速发展和WLAN的广泛应用，传统的WLAN技术存在的覆盖盲区以及接入能力不足等问题越来越得到重视，而无线Mesh网络由于其多跳自组织、自配置、覆盖范围广等特点能够很好的解决覆盖和接入问题，因此近年来无线Mesh技术得到了蓬勃发展，但同时随着无线Mesh技术的研究逐渐深入，暴露出来的问题也越来越多，如多跳之后的传输性能急剧下降，Qos难以保障，无线信道资源利用效率不高等问题。
　　本文将从信道分配策略和路由算法两个方面展开相应的研究来解决上述问题，从而提升Mesh网的性能。
　　单射频单信道无线Mesh网络中存在信道干扰较强，传输性能较差的问题，本文采用多射频多信道技术来增强网络性能，设计了链路多速率下的信道分配算法LMRFCA（Link Multi-Rate Fixed Channel Assignment）。该算法考虑与实际场景更为贴切的链路多速率网络环境，在分析无线Mesh回传网络流量特点的基础上建立一个链路多速率的网络拓扑，并对网络中的链路进行分级，然后采用启发式算法进行信道分配，信道分配的同时考虑链路多速率带来的性能异常（Performance anomaly）问题，利用合理的信道分配策略减小性能异常问题带来的带宽损失，充分利用网络资源提升网络性能。
　　针对多射频多信道多速率无线Mesh网络路由优化问题，本文在HWMP路由算法的基础上设计了一种多射频多信道多速率路由算法MMM-HWMP（Multi-radio Multi-channel Multi-rate HWMP）。该算法从路由度量和信道切换两个方面进行研究，首先分析了多射频多信道多速率网络中的信道干扰和链路多速率问题，在考虑流内干扰和流间干扰的基础上设计了一种适用于此网络的路由度量 MRM（Multi-rate Routing Metric），然后在建立双向链路的基础上设计了信道切换机制，有效地提升了静态信道分配方案下网络的灵活性以及抗干扰能力。
　　本文最后在 NS3仿真平台上针对上述两种算法，设置了不同的仿真场景分别进行性能仿真，并与经典的算法进行了对比。信道分配算法的仿真中，在不同传输速率下，LMRFCA算法的吞吐量要比C-HYA高出13％，比MINCI高出37%；在不同的数据流下LMRFCA算法的吞吐量要比C-HYA高出11%，比MINCI高出29%。路由算法的仿真中，在不同传输速率下和不同数据流下MMM-HWMP的吞吐量都要比HWMP-P和HWMP-R算法高出6%以上，延迟比HWMP-P和HWMP-R低29%以上。

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主要符号表

第一章 绪论

1.1无线Mesh网络研究背景及意义

1.2国内外研究及发展现状

1.3论文研究内容及安排

第二章 无线Mesh网络相关概述

2.1无线Mesh网络概述

2.2无线Mesh网络的信道分配算法

2.3无线Mesh网络的路由算法

2.4小结

第三章 基于链路多速率的信道分配算法

3.1引言

3.2链路多速率机制

3.3基于链路多速率的信道分配算法LMRFCA设计

3.4 LMRFCA算法流程

3.5本章小结

第四章 多射频多信道多速率无线Mesh路由算法

4.1引言

4.2 MMM-HWMP设计思想

4.3 MMM-HWMP算法设计

4.4 MMM-HWMP算法流程

4.5本章小结

第五章 仿真结果与性能分析

5.1引言

5.2 NS3仿真平台介绍

5.3仿真性能指标介绍

5.4算法仿真结果及分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

在学期间取得的与学位论文相关的研究成果