多天线无线Mesh网络的MAC层协议研究

摘要

近年来，随着越来越多的大规模无线网络的部署，无线 Mesh网（Wireless Mesh Network，WMN）越来越受到人们的重视，特别是宽带无线 Mesh网络的出现更满足了社会的需要，它作为一种新的网络结构，正在成为下一代无线接入研究中的一个热点。但是在实际的应用中人们发现无线 Mesh网络存在一些阻碍大规模部署的问题，特别是多跳的问题，由此而引发的带宽降低，无线干扰，网络时延等，这些问题使得宽带无线 Mesh网络的性能下降很多。
　　 由于无线 Mesh网络（WMN）的最终目的在于各个结点终端能够接入外部网络，因此当所有的结点所产生的数据包都发往某个连接外部网络的结点时，由于频率资源的限制，带宽受限，拥塞就会产生，当数据量进一步加大时网络的瓶颈效应就会更加明显，冲突加大，丢包率增大，网络吞吐量急速下降。
　　 为了解决以上数据流量汇集而导致的网络性能下降的问题，我们研究了采用多天线的无线 Mesh网络，这样做的好处在于能够并行的收发数据包，从而极大的提高网络的吞吐量。为使无线 Mesh网络能够充分的发挥多进多出（MIMO）技术，并且由于 WLAN的 MAC层协议本身并不是设计用于实现多跳通信的，因此已有的802.11x协议在该网络下的性能、如何改进、或者如何设计一种高效的 MAC层协议来提高网络性能成为本文研究的一个关键问题。
　　 本文分析了前人所提出的无线 Mesh网络的 MAC层协议，指出了这些协议所存在的问题。在这之后提出了一种基于独立控制信道和数据信道的 MAC层协议，该协议能很好的支持采用 MIMO链路的无线 Mesh网络，能够充分发挥 MIMO链路空间复用的优势，从而能够增大网络的吞吐量，降低网络时延。

目录

文摘

英文文摘

第一章：绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究状况

1.3 本文的研究目的和论文结构

1.4 小结

第二章：无线MESH网络的研究

2.1 无线MESH网络的起源与发展

2.2 无线MESH网络的结构

2.2.1 无线网络的拓扑结构

2.2.2 无线Mesh网的网络架构

2.3 无线MESH网络的特点

2.4 无线MESH网中的关键技术

2.5 小结

第三章：基于IEEE 802.11的无线MESH网络分析

3.1 IEEE802.11协议

3.1.1 工作模式

3.1.2 物理层协议

3.1.3 链路层协议

3.2 基于IEEE 802.11协议的无线MESH网络

3.3 基于单信道和多信道的无线MESH网络

3.3 小结

第四章：多天线无线MESH网络的研究

4.1 多天线技术和MIM0的原理

4.1.1 空间分集

4.1.2 空间复用

4.2 MIMO技术在无线MESH网络中的应用

4.3 MIMO的使用对于无线MESH网络MAC层的影响

4.4802.11MAC协议与已提出MAC协议性能分析

4.4.1 传输效率问题

4.4.2 暴露站和隐藏站问题

4.4.3 资源分配问题

4.4.4 同步以及数据传输域效率问题

4.5 基于单信道和多信道考虑的MAC协议分析

4.6 小结

第五章：基于数据控制信道分离的MAC层协议研究

5.1 数据控制信道分离MAC层协议

5.1.1 控制信道的协商机制

5.1.2 信道协商的控制帧帧格式

5.1.3 节点的信道协商处理

5.2 仿真工具简介

5.3 仿真模型的设计

5.3.1 NS2的基础无线模型

5.3.2 无线模型的MIMO链路仿真

5.3.3 无线模型的双信道的仿真实现

5.4 仿真环境设定

5.5 仿真结果与分析

5.6 小结

第六章：总结和展望

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表的学术论文目录