基于無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)的低速WPAN關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)是一種多跳網(wǎng)絡(luò)，因其覆蓋范圍大，部署方便及健壯性等一系列優(yōu)點(diǎn)在近年受到了極大的關(guān)注。無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)也是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)，IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了低速的小范圍無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，支持星型和對(duì)等結(jié)構(gòu)，采用CSMA/CA機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)信道。而IEEE802.15.5草案對(duì)15.4進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)層的擴(kuò)充，使其支持mesh結(jié)構(gòu)，本論文將對(duì)低速無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，重點(diǎn)關(guān)注節(jié)點(diǎn)的吞吐率和流量公平性，并基于硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了軟件系統(tǒng)。

2、 吞吐率和公平性是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)。目前對(duì)吞吐率的研究主要集中在單跳網(wǎng)絡(luò)，也有一些文獻(xiàn)對(duì)路徑吞吐率和端到端吞吐率進(jìn)行了研究，但是它們一般都是基于IEEE802.11協(xié)議簇，研究結(jié)果不能直接應(yīng)用于采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低速網(wǎng)絡(luò)。由于無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)是多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)所處的位置不一樣，干擾和競(jìng)爭(zhēng)狀況也不一樣，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)的吞吐率進(jìn)行研究具有實(shí)際意義。本文將對(duì)“接收優(yōu)先”情況下的低速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)飽和

3、吞吐率進(jìn)行建模并用OPNET進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明該模型較好地預(yù)測(cè)了節(jié)點(diǎn)的吞吐率，為評(píng)估網(wǎng)絡(luò)性能提供了一種工具。 網(wǎng)絡(luò)的公平性包括節(jié)點(diǎn)間的公平性和節(jié)點(diǎn)內(nèi)的公平性，對(duì)節(jié)點(diǎn)間的公平性主要采用公平選路方法解決，而對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)不同數(shù)據(jù)流間的公平性可以通過(guò)隊(duì)列調(diào)度的方式處理。由于采用CSMA/CA算法隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)獲得信道使用權(quán)的能力與其退避窗口的大小成反比，因此可以通過(guò)調(diào)整不同節(jié)點(diǎn)的初始退避窗口使負(fù)荷大的節(jié)點(diǎn)獲得更多的使用信道的機(jī)會(huì)，相

4、應(yīng)地使網(wǎng)絡(luò)邊沿負(fù)荷小的節(jié)點(diǎn)獲得更少的使用信道的機(jī)會(huì)。從而提高節(jié)點(diǎn)的流量公平性。第一次發(fā)送時(shí)根據(jù)飽和情況下IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的退避過(guò)程的Markov模型為不同負(fù)荷的節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的初始退避窗口，以后每次發(fā)送時(shí)都對(duì)節(jié)點(diǎn)及其競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)實(shí)際獲得的吞吐率進(jìn)行估計(jì)，然后根據(jù)這些估計(jì)值計(jì)算一個(gè)公平指數(shù)，最后按照公平指數(shù)所在的范圍采用不同的方法調(diào)整節(jié)點(diǎn)的初始退避窗口。采用這樣的方案節(jié)點(diǎn)的流量公平性得到了很大的提高，網(wǎng)絡(luò)的丟包率也大幅下降且非飽和情