多信道多接口无线mesh网中多播路由及信道分配研究

摘要

随着无线用户接入Internet的需求激增，无线用户希望无论何时何地都能无缝隙的接入Internet，传统的无线网络已经不能胜任。无线mesh网络作为一种新颖的多跳无线mesh网络，是无线终端接入Internet的一种比较有竞争力的解决方案。传统的单信道单接口无线mesh网随着网络规模的增长，无线链路的干扰非常严重导致网络吞吐量急剧下降，多信道多接口无线mesh网应运而生。在多信道多接口无线mesh网中，相邻的链路只要分配不同的信道便可以无干扰的并行通信，使得网络吞吐量大为提升。信道分配问题是多信道多接口无线mesh网的基本问题，不合理的信道分配将导致网络干扰十分严重，从而影响吞吐量的提升，信道分配算法需要综合考虑网络干扰、网络连通性、稳定性以及公平性等因素，而这些因素之间又相互联系或制约。综合考虑多种因素来进行信道分配以优化网络性能通常导致信道分配问题成为NP完全问题，因此设计性能优异的信道分配算法是一项重要且极具挑战性工作。本文的主要贡献如下:
　　 (1)多信道多接口无线mesh网的多播路由方案不能由其他形式网络的多播路由方案简单的调整而获得，必须进行独立的研究。基于信道分配和路由建立的相互依赖性，本文分别提出了:1）已分配信道的多信道多接口无线mesh网中建立多播树的MCMNT(Multi-Channel Minimal Number of transmissions Tree)算法，其创新点在于根据信道分配的不同赋予每条链路不同的耗费值和充分利用无线广播特性减少转发次数;2）尚未分配信道的多信道多接口无线mesh网中建立多播树并对其分配信道的QBMCM&MGCA(Quality-based Multi-Channel Multicast&Multicast Greedy Channel Allocation)算法，其创新点在于建立多播树时考虑链路质量，分配信道时综合考虑节点等级，干扰情况和无线广播特性。NS2实验仿真表明MCMNT和QBMCM&MGCA算法能有效提高多播通信的吞吐量，降低端到端延迟。
　　 (2)静态信道分配方案不能适应动态的网络传输模型，动态信道分配方案则因信道切换开销过大而不利于吞吐量的提升，折中的方案便是两者结合的混合式信道分配方案。现有的混合式信道分配方案普遍存在的缺点包括需要全局时间同步和动态接口始终作为发送接口，静态接口始终作为接收接口。本文提出了面向网关的SFHCAP(Synchronization Free node Channel Allocation Protocol)方案，其创新点在于无需全局的时间同步，且动态接口直接同动态接口通信，静态接口直接同静态接口通信，这样的设计可以使一对节点同时用静态链路和动态链路通信以缓解负载，同时节点向邻居节点的广播变得简单有效。该方案的难点在于节点动态接口的管理，本文提出了分布式的DIC(Dynamic InterfaceCommunication)算法。我们将该方案和同样面向网关的两种方案进行了比较，NS2仿真表明SFHCAP方案具有更出色的网络性能。

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摘要

第一章 绪论

1．1 无线mesh网概述

1．1．1 无线mesh网体系结构

1．1．2 WMN同WLAN和Ad hoc网络的区别

1．1．3 无线mesh网的优势

1．2 无线mesh网信道分配概述

1．2．1 多信道多接口技术引入的必要性

1．2．2 信道分配的概念

1．3 论文的主要工作和结构

第二章 多信道多接口无线mesh网信道分配技术

2．1 信道分配相关问题

2．2 信道分配方案分类及简介

2．2．1 基于图论的方案

2．2．2 基于网络流的方案

2．2．3 基于网络划分的方案

2．2．4 面向网关的方案

2．2．5 面向对等实体的方案

2．3 本章小结

第三章 多信道多接口无线mesh网中多播问题的研究

3．1 无线mesh网中的多播通信

3．2 已分配信道的无线mesh网中的多播路由

3．2．1 研究背景

3．2．2 问题描述

3．2．3 链路耗费和路径耗费的定义

3．2．4 MCMNT算法

3．2．5 仿真实验

3．3 构建多播树再分配信道

3．3．1 部分重叠的信道

3．3．2 MCM算法简介

3．3．3 QBMCM算法和MGCA算法

3．3．4 仿真实验

3．4 本章小结

第四章 一种混合式信道分配方案

4．1 想法的产生

4．2 方案的提出

4．3 节点动态接口的行为

4．4 仿真实验

4．5 本章总结

第五章 结束语

5．1 论文总结

5．2 下一步工作

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果