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无线Mesh网络中多信道优化策略的研究

作　者: 侯冠博
导　师: 杨寿保
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 无线Mesh网络干扰多信道信道分配
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着无线通信技术的发展,用于提供更为灵活的Internet接入的无线网络越来越多的出现在人们的生活中。目前广泛应用的无线局域网是一种单跳的无线接入网,提供了最后一公里的无线接入。由于单跳的传输距离有限,如果进行大范围的覆盖需要对有线网络有过多的依赖。为了满足人们的大范围、高带宽的接入需要,无线Mesh网络应运而生。无线Mesh网络使用多跳的方式提供无线接入,作为对传统网络拓扑的革命性创新,无线Mesh网络不仅提高了无线网络的覆盖范围,还能降低网络的部署成本,并提供很高的带宽。目前的无线Mesh网络还处于研究阶段,没有统一的标准。由于无线信号的传输特质,相同频率信号之间会产生干扰,同一信道中的数据不能并发传输,利用多信道技术可以有效的增加无线Mesh网络的容量,无线设备的每个射频同一时刻只能接入一个信道,自然采用多射频技术可以更好地利用多信道资源。所以,多射频多信道无线Mesh网络是无线Mesh网络的发展方向。如何利用多信道对无线Mesh网络的容量进行优化的问题是无线Mesh网络的研究热点,也是本文研究的内容。首先,本文搭建了无线Mesh网络实验床用于对网络中的实际传输特性进行研究。为了对无线Mesh网络中各部分的协议进行性能评估,本文在NS2网络仿真平台中添加了无线Mesh网络的扩展。其次,本文对无线Mesh网络中信道间的干扰进行了研究,分为实测和理论两个部分。通过在实验床进行实测,对同一路径内的信道干扰和不同路径间的信道干扰进行了研究,对无线Mesh网络中链路的信道选择提供了参考和建议。通过理论分析和推导,得出了链路和节点工作在不同信道时干扰度量的计算方法,为信道分配提供了参考。最后,由于IEEE 802.11s标准草案中没有提出较好的信道分配算法,本文针对信道分配展开了深入研究,提出了两种信道分配算法。针对路径内干扰对网络吞吐率会产生严重影响的问题提出了干扰最小化的信道分配算法,针对不同链路间链路质量有差别的问题提出了基于链路质量的信道分配算法。两种算法均为分布式动态的信道分配算法,具有很高的灵活性。仿真结果表明,本文的信道分配算法相对传统的信道分配方法性能有很大的提升。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
图表目录  10-12
第1章绪论  12-16
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 无线Mesh 网络多信道优化面临的问题  13-15
  1.3 本文的主要研究内容  15
  1.4 本文的章节安排  15-16
第2章基于IEEE 802.11 的多信道无线Mesh 网络  16-36
  2.1 IEEE 802.11 标准  16-24
    2.1.1 IEEE 802.11 标准概述  16-19
    2.1.2 IEEE 802.11 的物理层  19-21
    2.1.3 IEEE 802.11 的MAC 层  21
    2.1.4 DCF  21-24
    2.1.5 PCF  24
  2.2 多信道无线Mesh 网络研究现状  24-34
    2.2.1 IEEE 802.11s 标准草案  25-31
    2.2.2 多信道无线Mesh 网络信道分配算法研究现状  31-34
  2.3 本章小结  34-36
第3章无线Mesh 网络实验床及仿真平台  36-46
  3.1 无线Mesh 网络实验床  36-40
    3.1.1 实验床的无线设备  37-38
    3.1.2 IP 地址分配  38
    3.1.3 网络地址转换和路由  38-39
    3.1.4 网络性能测试工具  39-40
  3.2 NS2 网络仿真平台介绍  40-45
    3.2.1 NS2 体系结构  40
    3.2.2 在 NS2 中的无线 Mesh 网络扩展  40-44
    3.2.3 仿真测试与性能评价  44-45
  3.3 本章小结  45-46
第4章无线Mesh 网络中的竞争与干扰  46-58
  4.1 IEEE 802.11b 无线信道间的干扰  46-51
    4.1.1 实验场景  47
    4.1.2 实验结果及分析  47-51
  4.2 无线Mesh 网络多跳之间的干扰  51-53
    4.2.1 实验场景  51
    4.2.2 两跳信道间的干扰  51-52
    4.2.3 三跳信道间的干扰  52-53
  4.3 无线Mesh 网络中干扰的度量  53-57
    4.3.1 节点的传输距离和干扰距离  53-54
    4.3.2 无线链路之间的干扰  54-55
    4.3.3 无线节点之间的干扰  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章多射频多信道无线Mesh 网络信道分配算法  58-72
  5.1 最小化干扰的信道分配算法  58-64
    5.1.1 网络连通性  59-60
    5.1.2 节点间的信息交互  60-61
    5.1.3 信道分配  61-63
    5.1.4 信道切换  63-64
  5.2 基于链路质量的信道分配算法  64-68
    5.2.1 网络连通性的保证和信息的交互  64-65
    5.2.2 链路质量的度量  65-66
    5.2.3 ETT 的测量  66-67
    5.2.4 信道分配  67
    5.2.5 信道切换  67-68
  5.3 仿真与评测  68-70
    5.3.1 双射频三信道吞吐率对比  68-69
    5.3.2 吞吐率和可用信道数之间的关系  69-70
    5.3.3 吞吐率和射频数目的关系  70
  5.4 本章小结  70-72
第6章总结和展望  72-74
  6.1 本文的工作总结  72
  6.2 本文的主要贡献  72-73
  6.3 未来工作的展望  73-74
参考文献  74-78
致谢  78-80
硕士研究生期间参加的科研项目和发表的论文  80

无线Mesh网络中多信道优化策略的研究

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