基于无线局域网的Mesh网络中的MAC协议研究

论文摘要

无线Mesh网络作为一种新型的无线组网方式,通过无线链路将Mesh节点连接起来,构成一个动态的、自动配置的、多跳传输的无线互联网络。它具有增强稳健性、自动配置网络、降低部署成本、组建异构网络等优势。本文将要研究的是基于无线局域网（WLAN）的Mesh网络（简称WLAN Mesh网络）中的MAC层协议。作为WLAN Mesh网络的研究基础,本文首先研究了WLAN网络中的MAC协议性能优化问题。首先,本文提出一种基于信道冲突的自适应退避策略（CCBAB）来改进IEEE 802.11e标准定义的基于竞争的信道接入协议的性能。该策略选择性地强制一些未发生冲突的业务减小其发送概率,同时给予发生冲突的实时业务更大的发送概率使后者能在更短的时间内成功发送。因此,CCBAB策略在高网络拥塞程度下能很好地抑制信道冲突和实时业务时延的恶化。其次,本文提出一种能大幅提高WLAN网络容量的MAC层信道接入协议,代理轮询混合接入协议（DPHA）。DPHA协议设计了一种代理轮询策略,它通过让每个业务流根据局部调度策略依次代理接入点（AP）执行轮询任务,使网络中的业务流以接力方式进行传输。此外,DPHA采用基于竞争的接入策略作为基于代理轮询的接入策略的补充来解决轮询决策错误的问题。局部调度算法通过设计条件业务区分机制在保证实时业务的时延性能的前提下提高了非实时业务的公平性。随后,本文进一步研究了WLAN Mesh网络中的MAC协议性能优化问题。由于WLAN Mesh网络具有多跳传输的特性,传统的基于单信道的协议共享信道的本质限制了网络容量。基于多接口多信道的协议通过使相邻的传输对采用不同的信道通信,并给每个节点配置多个无线接口,能很大程度地拓展网络容量。由此,本文提出了一种用于多接口多信道协议中的信道分配算法,基于负载和干扰自适应的信道分配算法（LIA-MRMC）。它利用图论解出优化的信道分配结果,既保证了网络的连通性,又减小干扰,并实现了负载均衡。LIA-MRMC建立网络连通图和干扰图,将信道分配问题建模为连通图着色问题,以使干扰图上的每个链路的平均干扰最小。LIA-MRMC提出一种基于动态优先级的图着色启发式算法。其中优先级的设计考虑了每个节点的业务量和信道选择的灵活性,而信道的选择策略则考虑了链路之间的干扰最小化。理论和仿真结果表明,LIA-MRMC显著地扩展了网络容量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线Mesh网络概述
• 1.3 WLAN网络中的现有MAC层协议
• 1.4 WLAN Mesh网络中的现有MAC层协议
• 1.5 研究内容和论文结构
• 2 WLAN网络中的MAC层信道接入协议研究
• 2.1 基于信道冲突的自适应退避策略
• 2.2 代理轮询混合接入协议
• 2.3 本章小结
• 3 WLAN Mesh网络中的MAC层信道分配算法研究
• 3.1 基于图论的信道分配建模的基础知识
• 3.2 基于图论的信道分配问题的本质分析
• 3.3 基于负载和干扰自适应的信道分配算法
• 3.4 本章小结
• 4 仿真设计与性能分析
• 4.1 仿真系统设计
• 4.2 WLAN网络中的MAC层信道接入协议仿真分析
• 4.3 WLAN Mesh网络中的MAC层信道分配算法性能分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文目录