多信道无线MESH网络中的信道分配和路由算法研究

摘要

随着IEEE 802．11等无线接入技术的发展，无线Mesh网络已经逐步成为企业界和消费者瞩目的焦点之一。如何提高无线Mesh网络的容量来满足用户日益增长的带宽需求(如实时音频、视频下载等)是近年来研究的热点和难点。IEEE802．11 a/b/g等标准都定义了不同数目的正交信道，利用这些正交信道可以同时发送数据包且不会相互干扰。充分利用多信道正交的特点，就可以减少节点间的冲突，从而提高无线Mesh网络的容量。 本文研究了多信道无线Mesh网络中的信道分配问题和路由度量问题，分别提出了相应的解决方案。其主要研究内容和贡献如下： 本文首先研究了多信道无线Mesh网络中的信道分配问题。在对已有的信道分配方案进行了详细的分析和比较后，本文提出了两种新的信道分配方案，即组划分信道分配方案和基于冲突图的分布式信道分配方案。组划分方案首先将自己的邻居节点分组，然后对每组节点进行统一的接口卡和信道分配：基于冲突图的信道分配方案主要通过在链路冲突图中引入极大团的思想来解决信道分配问题，首先相互干扰的链路通过其相应的代理节点交换链路负载信息，然后各个极大团中链路根据其所在团中的链路负载信息运用贪心算法进行分布式信道分配。组划分分配方案简单实用，针对网格状拓扑结构，该分配方法是较好的解决方案，但是该方法在进行信道分配时没有考虑链路的负载情况，并且其分配效果与拓扑结构密切相关；基于冲突图的分布式分配方案不仅不依赖于网络拓扑，而且在网络负载变化和网络可用资源变化(节点配置的网络接口卡数目和网络中可用的信道数目)的情况下均能够有效的进行信道分配，相比传统的集中式信道分配方案，该方法应用于实际网络中具有更好的可操作性。 其次，本文还研究了多信道无线Mesh网络中的路由度量问题。通过分析现有路由度量方法应用于该网络的不足，提出了一种新的路由度量方法RM<'3>，该方法不仅考虑了路径的期望传输时间，而且综合考虑了信道的多样性以及信道的切换开销等因素。该度量方法能很好的应用于“源发起按需路由协议”中。 通过仿真实验表明，本文提出的信道分配方案能够较好的利用网络中提供的多个正交信道，与其它当前的信道分配方法相比较，该方法能够较大的提高网络的吞吐率：路由度量方法在多数情况下优于目前已经提出的路由度量方法，尤其在网络接口卡需要在多个信道之间频繁切换的情况下，具有非常好的性能。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1无线Mesh网络简介

1.1.1.无线Mesh网络的概念

1.1.2.无线Mesh网络的架构

1.1.3.无线Mesh网络的特点和优点

1.1.4.无线Mesh网络的应用

1.2无线Mesh网络的关键技术因素

1.3本文的主要内容

1.4本文的结构安排

第2章基于多信道的无线MESH网络研究

2.1基于多信道的无线MESH网络

2.1.1多信道技术的必要性

2.1.2多信道的频谱支持

2.1.3频谱的划分

2.1.4信道和网络接口卡模型

2.2多信道对协议的需求

2.3多信道MAC协议的研究现状

2.3.1多信道无线Mesh网络MAC协议设计面临的问题

2.3.2已有多信道MAC协议的分类

2.3.3几种典型的多信道MAC协议

2.4多信道路由协议的研究现状

2.4.1多信道无线Mesh网络路由协议设计面临的问题

2.4.2几种典型的无线Mesh网络路由协议

2.5小结

第3章多信道无线Mesh网络中的信道分配

3.1网络模型和假设条件

3.2问题描述

3.3复杂度分析

3.4信道分配方案设计

3.4.1组划分信道分配方案

3.4.2分布式信道分配方案

3.5仿真实验和性能评价

3.6小结

第4章多信道无线Mesh网络路由协议

4.1需要新的路由度量标准

4.2基于多信道无线MESH网络的路由度量标准

4.2.1切换开销的度量

4.2.2链路开销度量

4.2.2 RM3路由度量

4.3路由发现与维护

4.4仿真实验与性能评价

4.5小结

第5章总结与展望

5.1本文总结

5.2进一步研究展望

参考文献

致谢

参与的科研项目及论文发表情况