無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸性能分析和跨層協(xié)同優(yōu)化算法的研究.pdf

1、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種高容量、高速率的新型分布式網(wǎng)絡(luò),它利用多跳無(wú)線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為移動(dòng)用戶提供到骨干網(wǎng)的寬帶接入。與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比,它具有頻譜效率高、覆蓋能力強(qiáng)、兼容性好、部署成本低等諸多優(yōu)點(diǎn),具有廣泛的應(yīng)用前景。由于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模式多樣、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議復(fù)雜,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析方法和分層優(yōu)化算法已經(jīng)不能滿足其設(shè)計(jì)要求。本學(xué)位論文在排隊(duì)論、網(wǎng)絡(luò)流理論和大規(guī)模線性規(guī)劃理論的指導(dǎo)下,建模分析了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能并且設(shè)計(jì)信道路由聯(lián)合優(yōu)

2、化算法提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。本文首先介紹了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的基本概念以及關(guān)于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸性能建模和跨層協(xié)同優(yōu)化的研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵問題和典型模型。通過對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的理論建模分析,我們發(fā)現(xiàn)主要難點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信技術(shù)復(fù)雜、底層協(xié)議多樣,傳統(tǒng)的基于單跳和IEEE802.11 MAC的統(tǒng)一建模方法無(wú)法直接應(yīng)用。為了區(qū)分不同的路由協(xié)議和MAC協(xié)議對(duì)傳輸性能的影響、增加模型的適用性,本文提出二層分析框架,它包括兩個(gè)子模型:網(wǎng)絡(luò)模型和

3、節(jié)點(diǎn)信道模型。前者基于排隊(duì)論,考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流以及多徑路由的影響;后者考慮多信道以及多跳的影響,并根據(jù)節(jié)點(diǎn)平均獲取信道時(shí)間以及平均隊(duì)列等待時(shí)間得到全網(wǎng)的平均時(shí)延和吞吐量計(jì)算公式。為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,本文在AODV路由下分別以TDMA MAC和802.11 MAC為例,推導(dǎo)全網(wǎng)平均時(shí)延公式,并利用NS2仿真表明該模型可以比較準(zhǔn)確地估計(jì)出傳輸時(shí)延性能。在對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)同優(yōu)化的研究中,為了解決傳統(tǒng)單層優(yōu)化方案無(wú)法有效利用無(wú)

4、線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)的問題,本文在傳輸性能模型的基礎(chǔ)上,分析了鏈路層和路由層中影響性能的瓶頸要素,設(shè)計(jì)出一種帶有反饋機(jī)制的信道路由聯(lián)合優(yōu)化算法。包括啟發(fā)式路徑搜索算法、基于原始-對(duì)偶算法的最優(yōu)路徑選擇算法、信道分配調(diào)整算法等三個(gè)部分。其中,啟發(fā)式搜索算法利用“潛在剩余帶寬”的概念有效減少了信道沖突;最優(yōu)路徑選擇算法屬于全局優(yōu)化算法,根據(jù)其子問題解的單調(diào)性和可行性加入時(shí)耗控制模塊有效減少算法時(shí)耗;最后文章利用Matlab仿真在隨機(jī)拓?fù)浣Y(jié)