无线Mesh网络中公平性问题研究

论文摘要

无线Mesh网络MAC协议沿用了IEEE 802.11 DCF机制,采用带冲突避免的载波侦听多址访问(CSMA/CA)。DCF机制主要适用于单跳机制,因而无线Mesh网络的多跳机制在带来网络健壮性好、可靠性高等优势的同时也导致了网络出现隐藏/暴露终端、节点流的竞争甚至远端节点“饿死”等一系列不公平性问题。网络出现节点的不公平现象的根源在于其物理位置。首先,网络中的任意节点之间可以互连,节点都具有路由转发功能。节点内部存在两种数据流:自身流和转发流,转发流因自身流优先进入节点队列而被推迟发送或丢弃,使被转发数据的节点得不到公平的信道资源。因此节点能否公平享有网络资源在于节点内部自身流与转发流的平衡问题。针对该情况,一种多级队列动态调度机制(DSNQ)在本文中被提出。该机制实现简单,将节点的数据流进行分组,既将节点的自身流与转发流进行分级,又通过赋予不同的队列长度以动态适应网络节点数目变化。在不同的数据队列中进行动态调度,以实现不同节点的公平发送机会。通过OPNET仿真验证了多级队列动态机制的有效性。位于网络不同位置的节点接入时延相近,整个WMN网络的平均吞吐量提升约10%,表明该机制实现了不同节点尤其是远端节点接入信道的公平性,改善了网络整体性能。多级队列动态调度机制缓解了节点处的不公平性,但无线Mesh网络中的节点还受网络位置和承载通信业务量的影响而不能公平共享信道资源。为此,本文提出竞争邻域的概念,引入网络节点的跳数及竞争终端数目两个关键因子,提出无线Mesh网络中的公平性参数。利用公平性参数来分析网络节点所需带宽份额。从多个网络场景的分析中,我们得到该参数能较好地反映网络节点带宽份额需求,为进一步分配网络实际物理带宽提供了基础,具有积极的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文主要研究内容及结构安排
• 第2章 无线 Mesh 网络
• 2.1 WMN 网络结构
• 2.2 WMN 网络的优势
• 2.3 WMN 的应用
• 2.4 WMN 与其它无线网络的区别
• 2.5 限制WMN 发展的问题
• 第3章 WMN 中的公平性问题
• 3.1 WMN 的MAC 协议
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 DCF 机制
• 3.2 DCF 机制的不公平问题
• 3.2.1 隐藏/暴露终端问题
• 3.2.2 节点流的竞争
• 3.2.3 接收端阻塞
• 3.3 不公平问题的解决方案
• 第4章 WMN 中的公平队列调度机制
• 4.1 队列管理机制概述
• 4.2 节点处的不公平性
• 4.3 动态多级队列调度机制
• 4.3.1 队列分级
• 4.3.2 队列管理机制
• 4.3.3 调度流程
• 4.4 DSMQ 机制的仿真平台
• 4.5 DSMQ 机制的性能仿真与分析
• 第5章 WMN 的公平性参数
• 5.1 公平性影响因素
• 5.2 竞争邻域
• 5.3 WMN 的公平性参数
• 5.3.1 现有无线网络中的公平性标准
• 5.3.2 公平性参数提出
• 5.4 公平性参数性能分析
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文