无线接入网络中的重叠信道分配技术研究

论文摘要

随着手持移动终端的高度普及和快速发展,无线宽带接入技术已成为人们访问互联网的重要手段。基于IEEE802.11x标准系列的无线局域网(WLAN)和无线Mesh网(WMN)是两种典型的无线宽带接入网技术。它们具有高带宽、易部署和支持移动性的优点,可使用户高效便捷的获取所需信息。目前WLAN技术已得到广泛应用,同时作为WLAN扩展的WMN也受到业界的普遍关注并有望展开部署。对WLAN和WMN而言,随着同一区域网络数量和网络规模的增长,网络中节点之间以及链路之间的相互干扰将成为制约网络性能的主要瓶颈。信道分配技术是一种降低网络干扰的关键手段,它主要是通过为不同节点分配不同的工作频率来避免相互干扰的。IEEE 802.11b/g/n标准在2.4GHz的ISM频段定义了11个通用信道,然而传统的信道分配技术只能利用其中的3个正交信道,其降低干扰的能力有限,不能满足实际部署的需求。因此能够充分利用所有信道资源的重叠信道分配技术成为一个新的研究热点。本文首先结合无线射频的实际特性,对使用重叠信道网络中的节点自干扰和链路互干扰现象做了进一步的建模分析。通过建模,本文对自干扰的模型做了改进,同时还系统的论述了链路互干扰的决定因素。已有的重叠信道分配算法大多数要基于节点的位置信息,本文利用建模分析中的相关模型和结论提出了两种新的基于位置信息的重叠信道分配算法:LPPOCA算法和MPPOCA算法,分别适用于WLAN和WMN。仿真实验表明两种算法的性能明显优于传统的正交信道分配算法,能够较好的利用重叠信道资源来提升网络性能。基于位置信息的重叠信道分配算法在实际部署存在两大技术瓶颈:节点位置信息获取和信号传播在自由空间。针对此类算法的局限性,本文提出了一种新的基于感知信息的重叠信道分配算法:SPOCA算法。SPOCA算法不需要依赖节点的位置信息,同时可以直接处理经复杂空间传播后的无线信号。仿真结果表明SPOCA算法可在保证较高网络性能的前提下,克服基于位置信息的重叠信道分配算法的局限,使得重叠信道分配算法在实际环境中展开有效部署成为可能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 WLAN 和WMN 简介
• 1.1.1 WLAN 架构及发展现状
• 1.1.2 WMN 架构及发展现状
• 1.2 研究目标与意义
• 1.3 研究内容及论文结构
• 第二章 信道分配技术相关研究
• 2.1 IEEE 802.11x 标准系列的信道介绍
• 2.1.1 IEEE 802.11a 信道标准
• 2.1.2 IEEE 802.11b/g/n 信道标准
• 2.2 正交信道分配（NOCA）算法的研究
• 2.2.1 静态正交信道分配算法
• 2.2.2 动态正交信道分配算法
• 2.3 重叠信道分配算法（POCA）的研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 重叠信道的建模与分析
• 3.1 干扰因子及其建模
• 3.1.1 干扰因子的定义
• 3.1.2 干扰因子的数学建模
• 3.2 节点自干扰的定义与建模
• 3.2.1 自干扰现象
• 3.2.2 自干扰的数学建模
• 3.3 链路互干扰的建模分析
• 3.3.1 干扰距离的定义
• 3.3.2 干扰距离的数学建模
• 3.3.3 互干扰消除的一般方法
• 3.4 网络干扰的量化分析
• 3.4.1 网络模型假设
• 3.4.2 网络干扰总值的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于位置信息的集中式分配算法（PPOCA）研究
• 4.1 WLAN 环境下的PPOCA 算法（LPPOCA）研究
• 4.1.1 问题形式化描述
• 4.1.2 加权冲突图（WCG）转化
• 4.1.3 WCG 求解算法
• 4.1.4 LPPOCA 仿真测试与分析
• 4.2 WMN 环境下的的PPOCA 算法（MPPOCA）研究
• 4.2.1 基本概念和假设
• 4.2.2 基于路由的WCG 转化
• 4.2.3 启发式改进的WCG 求解算法
• 4.2.4 MPPOCA 算法复杂性分析
• 4.2.5 MPPOCA 仿真测试与分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于感知信息的分布式分配算法（SPOCA）研究
• 5.1 基于位置信息的分配算法的局限
• 5.1.1 位置信息获取瓶颈
• 5.1.2 复杂空间的信号传播特性
• 5.1.3 克服PPOCA 算法局限的一般思路
• 5.2 WLAN 环境下的SPOCA 算法（LSPOCA）研究
• 5.2.1 感知信息获取
• 5.2.2 信道求解算法
• 5.2.3 LSPOCA 仿真测试及分析
• 5.3 WMN 环境下的SPOCA 算法（MSPOCA）研究
• 5.3.1 感知信息交互协议SIP
• 5.3.2 分布式算法描述
• 5.3.3 MSPOCA 仿真测试及分析
• 5.4 SPOCA 算法设计与部署时的关键问题
• 5.4.1 SPOCA 对实际网卡参数的考虑
• 5.4.2 SPOCA 算法部署的前期工作
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果