论文摘要
无线通信技术的蓬勃发展,让全球信息化逐渐成为现实,同时也刺激了人们对信息交换的无限渴求,对Internet的访问是人们获取信息和交换信息的重要途径,传统的有线上网的方式正在逐步被新兴的无线网络所取代。目前应用较为广泛的无线局域网（WirelessLocal Area Network,WLAN）是一种单跳的无线接入网,所有无线终端通过访问点（Access Point,AP）接入有线网络。但是,单跳无线传输的距离有限,WLAN的覆盖范围较小;另一方面,由于AP需要直接与有线网络相连,所以WLAN对有线网络有着严重的依赖性,部署成本仍然较高。为了扩大无线接入网的覆盖范围、进一步降低部署成本,无线Mesh网络（Wireless Mesh Network,WMN）应运而生。WMN是一种多跳无线网络,它具有网状的拓扑结构,终端通过多跳无线中继接入Internet。WMN的节点可以分为Mesh路由器、Mesh终端以及Mesh网关,Mesh网关为WMN与有线Internet的连接点;mesh路由器位置较固定,有稳定的电源供给;Mesh终端通过Mesh路由器接入网络,在特殊情况下Mesh终端也可以作为路由器提供接入功能。已有的研究成果表明,现有应用在WMN的MAC协议、路由协议以及传输协议等,所能达到的传输性能还远不能满足用户的需求。因此改进现有协议以适应WMN的特征,从而提高WMN的传输性能具有重要的意义。WMN作为一种新型的无线接入网技术,在各个网络层次上都有很多值得研究的问题。1)由于网络拓扑,节点类型和流量的不同,应用在Ad Hoc网络上的路由协议不是非常适合WMNs。针对WMNs特点,提出了一个有效且自适应,基于路径代价的路由方案PCBR（PathCost-Based Routing）。由于Mesh路由器位置比较固定且有电源供电,所以具有较高的处理能力和较大的存储空间,可以作为簇首负责簇内路由的建立和维护。路径选择以路径代价为依据,路径代价由三个重要参数决定:端到端时延,可用带宽和路径丢包率。这里的端到端时延和可用带宽的计算在802.11s MAC协议的基础上做了改进更适用多信道和多跳的情况。Mesh路由器通过内部路由表来完成路由发现的过程,这种方式可以很大程度上减少路由发现包在网络中的洪泛。节点可以调整每个参数的权重来选择更适合的路径。2)本文提出了一种协作MAC机制,可以在多信道多跳的无线Mesh网络环境下应用,相对于IEEE 802.11s草案协议,网络性能得到很大提升。该协作机制允许传输者在与目标节点信道状况较差时,发起协作传输请求,请求中间节点以协作的方式将数据传输到目标节点,该传输者称为协作源节点。协作节点共同工作,可以被看成是一个虚拟节点。如果在2跳协作的情况下仍然难以满足传输要求,则协作源节点可以发起3跳或更多跳的协作请求。协作节点可以利用多信道进行并行传输,由此协作源节点到协作目标节点之间由一个慢速的单跳传输变成了2跳或多跳的高速传输,网络的吞吐量可以得到显著提升,协作源节点和协作目标节点之间的传输时间大大降低。3)无线Mesh网络作为最有潜力的最后一里的Internet接入技术,其网络容量直接受制于网络拓扑,流量模型,多无线电交互和网络协议的限制。我们分析了现有基于802.11s Mac网络在不同拓扑和流量模型下的理论最大吞吐量。为无线Mesh网络的部署和规划提供了较为准确的分析模型。