基于功率控制的三维无线Mesh网络拓扑控制研究

摘要

与传统网络不同,无线Mesh网络(Wireless Mesh Network,WMN)是一种动态的、自组织自配置的灵活网络。WMN中的各节点可独立完成节点参数配置,并且自动建立和维护网络连接。WMN具有很多优势,如数据可靠性强、组网成本低、网络维护简单、业务覆盖面广等。WMN作为一种新型组网技术,已经是无线通信时代的宠儿。
　　但是,在三维场景中Mesh节点的分布更密集,存在节点干扰强、资源竞争激烈、网络性能差等问题。功率控制技术与拓扑控制技术在提高网络性能中都起到了至关重要的作用。通过功率控制技术得到合理的发射功率,合理的发射功率即可以减少节点干扰,又可以提高资源利用率。通过拓扑控制技术选择出性能较好的链路,回避性能较差的链路,有效地提高了网络性能。因此本文将两种技术相结合,先由功率控制技术得到合理的发射功率,然后由拓扑控制技术选择合理的链路。论文主要工作包括:
　　1.目前WMN的功率控制算法大多数仅针对二维平面单优化目标的情形,而针对三维空间多优化目标的研究较少。本文研究了一种基于遗传算法的三维功率控制算法(3D-PCGA),该算法以节点干扰强度和节点连通度为优化目标,使用遗传算法求解后可以为Mesh节点配置优化的发射功率。将3D-PCGA算法与单目标优化算法做网络性能对比,在数据流数大于21条时,吞吐量提高13％,端到端时延缩短了17.5％,包提交成功率提高了14％。
　　2.在大多数WMN拓扑控制算法中节点会采用最大发射功率进行通信,但发射功率大必定会增加网络干扰,从而导致网络吞吐量降低、时延增加、丢包率提高等问题。本文在3D-PCGA算法的基础上,研究了一种冲突链路最小的三维拓扑控制算法(3D-CSTC)。该算法首先计算每条链路的冲突链路大小,然后选择冲突链路较小的链路连接到网络,回避冲突链路较大的链路。
　　3.网络容错性、端到端时延、吞吐量以及包提交成功率是拓扑控制算法考虑的重要指标。本文与其他三维拓扑控制算法相对比,仿真结果表明:由3D-CSTC算法建立的拓扑结构具有更强的网络容错性;当节点分布密度小于41.25?10?个/m3时,3D-CSTC算法的平均节点度可以提高25％;当数据流数大于18时,3D-CSTC算法可以将网络吞吐量提高9％,端到端时延缩短22％,包提交成功率提高了8％。

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第一章 绪论

1.1 无线Mesh网络的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文内容及结构安排

第二章 功率控制技术与拓扑控制技术

2.1 引言

2.2 无线Mesh网络拓扑模型

2.3 功率控制技术

2.4 拓扑控制技术

2.5 本章小结

第三章 基于遗传算法的三维功率控制技术研究

3.1 引言

3.2 功率控制优化模型

3.3 基于遗传算法的功率控制技术（3D-PCGA）

3.4 3D-PCGA功率控制算法实现

3.5 本章小结

第四章 基于功率控制与冲突链路的三维拓扑控制技术研究

4.1 引言

4.2 三维冲突链路最小算法(3D-CSTC)

4.3 冲突链路最小算法实现

4.4 本章小结

第五章 网络仿真与性能分析

5.1 引言

5.2 NS3网络仿真环境介绍

5.3 无线Mesh网络MAC层体系架构

5.4 算法仿真与性能分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

在学期间取得的与学位论文相关的研究成果