同构无线Mesh网络中的端到端性能改进研究

摘要

无线Mesh网络是一种具有多跳特性的新型宽带无线网络结构，可以有效解决传统WLAN的弊端，将WLAN的应用范围从“热点”扩展到“热区”，并减少了对有线网络的依赖，而且网络的性能和覆盖范围也得到了提升，可提供高质量的无线宽带接入服务。在无线Mesh网络中，端到端的通信主要集中在移动终端和网关之间，数据从移动终端流向网关或者从网关流向移动终端。同时，无线Mesh网络与AP直接连接到高速有线骨干网的传统WLAN不同，AP与STA的接入链路和无线Mesh骨干网的链路质量和带宽均会成为影响网络端到端性能的瓶颈。现有研究表明，降低节点之间的干扰，提高数据发送的并发度，选择最优路径实现端到端的通信都可以改进无线Mesh网络端到端的性能。降低节点干扰和提高数据发送的并发度方面的研究主要集中在提高空间复用度和信道利用率，相关的研究提出了相应的改进算法，考虑到了链路传输速率应适应于链路质量，但没有解决信道之间冲突问题。要实现空间的高复用度和数据的高速率之间的平衡，应该同时考虑感知门限和数据传输速率的选择。选择最优路径实现端到端的通信方面的研究主要集中在如何选择最优的AP作为接入点，多数策略是基于RSSI或者只考虑到了接入链路的质量，但没综合考虑到整个链路的质量情况，会严重影响端到端性能。本文主要针对无线Mesh网络的端到端性能改进的问题展开研究。
　　 首先，通过大量文献对影响无线Mesh端到端性能的因素进行调研，从而从降低节点之间的干扰，提高节点传输的并发度和信道的利用率的角度进行考虑。分析了无线网络的空间复用度对端到端性能的影响，并从如何提高空间复用入手，分析了载波侦听阈值与空间复用的关系，再从节点竞争窗口大小变化对网络性能的影响进行分析，提出了一种自适应竞争窗口控制算法，用来改进网络端到端的性能，提高了网络吞吐量。
　　 其次，从如何选择更优的AP作为接入点的角度，来改进端到端的性能。对现有的AP选择策略进行分析和比较，总结出在无线Mesh网络结构下要进行合理的AP选择，要考虑到哪些关键的影响因素，并提出了一种基于总的链路期望传输时间的接入选择策略。该策略既考虑到所选AP到网关的骨干网链路的期望传输时间，同时也考虑到了AP的负载情况以及所选AP之外的因素对STA的影响。仿真结果说明，该接入选择策略在性能方面相对于RSSI有较大提升。