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无线Mesh网络功率控制关键技术研究

作　者: 李威煌
导　师: 徐明
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 功率控制 微分进化算法 无线Mesh网络 CSMA/CA
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 71次
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内容摘要


无线Mesh网络(Wireless Mesh Network, WMN),又称无线网状网,无线网格网。WMN是一个动态的自组织自配置网络,具有高速率、低成本、易组织和高稳定性等优势。另外,WMN可以通过Mesh路由器中的网关和网桥与各种现有的无线网络集成,使终端用户可以同时使用多种无线网络,是实现下一代无线网络的主要技术之一。功率控制作为WMN的关键技术,可以有效的调节功率,以减少链路之间的相互干扰,从而提高信道的空间复用度,达到系统吞吐率提高的目的。而WMN的共享介质、多跳特性以及特殊的数据流增加了问题解决的复杂度,使得过去的技术不能很好发挥WMN的性能。因此,针对WMN的特点,研究新的功率控制技术具有非常重要的意义。本文提出了一种多速率WMN环境下的功率控制与调度机制(POwer COntrol and Scheduling scheme In Multi-rate wireless mesh networks, POCOSIM)。该机制以系统的吞吐率和公平性为目标,考虑了Mesh路由器节点转发数据带来的影响以及WMN数据流的汇聚特性,利用冲突图对网络进行分析,以跨层优化思想建立了多目标规划的数学模型,并采用微分进化算法对其进行了有效的求解。为了使POCOSIM分布式执行,引入了马尔科夫链模型对网络进行分析,求出节点采用CSMA/CA机制发送数据时最小退避窗口大小,算法在性能下降不多的情况下实现了分布式的运行。本文主要的贡献包括:(1)利用冲突图思想分析多速率多功率的WMN网络,把网络的传输状态分为多个不同的传输模式,并建立以吞吐率和公平性为目标的数学模型。通过引入微分进化算法求出每个传输模式的最优时间分配向量,从而为多速率,多跳WMN功率控制问题提供有效的解决方案。(2)改进了文献[44]提出的用于分析无线局域网性能的二维马尔科夫模型,并用该模型对WMN链式结构网络进行分析。(3)利用POCOSIM求出的时间分配向量,得到各发送节点的最小退避窗口值,使POCOSIM在执行阶段以分布式方式运行。仿真实验证明POCOSIM在公平性能相当的情况下可有效的提高WMN全网吞吐率。基于CSMA/CA机制改进后的POCOSIM,其性能相比于集中式执行的POCOSIM下降不多,是有效的分布式替代算法。

全文目录


表目录  7-8
图目录  8-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 无线Mesh 网络（WMN）简介  11-17
    1.1.1 WMN 的研究背景  11-12
    1.1.2 WMN 的网络架构  12-14
    1.1.3 WMN 的特点  14-15
    1.1.4 WMN 的应用领域  15-17
  1.2 无线Mesh 网络研究现状  17-21
    1.2.1 物理测试平台及实现  17-18
    1.2.2 标准化进展  18-19
    1.2.3 分层协议的性能优化  19-21
  1.3 研究的目的和意义  21
  1.4 本文的研究内容和组织结构  21-23
第二章 无线网络功率控制技术  23-37
  2.1 引言  23
  2.2 功率控制技术的意义  23-26
    2.2.1 网络连通性  23-24
    2.2.2 介质冲突  24-25
    2.2.3 吞吐率  25
    2.2.4 延迟与能耗  25-26
  2.3 无线网络功率控制的分类及介绍  26-33
    2.3.1 按优化的网络层次分类  26-29
    2.3.2 按控制的组级分类  29-31
    2.3.3 按网络应用环境分类  31-33
  2.4 结合性的功率控制技术  33-35
    2.4.1 联合多速率技术的功率控制技术  33-34
    2.4.2 联合调度技术的功率控制技术  34-35
  2.5 现有研究分析  35-36
    2.5.1 可供借鉴之处  35
    2.5.2 不足之处  35-36
  2.6 本章小结  36-37
第三章 一种多速率功率控制与调度机制：POCOSIM  37-49
  3.1 引言  37
  3.2 研究动机  37-38
  3.3 网络分析与建模  38-41
    3.3.1 系统模型  38-39
    3.3.2 模型分析  39-40
    3.3.3 多目标规划问题  40-41
  3.4 基于微分进化的优化算法  41-44
    3.4.1 概念对应  41-43
    3.4.2 问题求解  43-44
  3.5 执行流程  44-45
  3.6 性能分析  45-48
    3.6.1 模型建立  45
    3.6.2 仿真结果  45-48
  3.7 小结  48-49
第四章 基于CSMA/CA 改进的功率控制技术  49-58
  4.1 引言  49
  4.2 CSMA/CA 机制简介  49-51
    4.2.1 载波监听机制  49-50
    4.2.2 帧间间隔  50
    4.2.3 随机退避机制  50-51
  4.3 基于CSMA/CA 退避窗口参数调整的POCOSIM  51-54
    4.3.1 CSMA/CA 的马尔科夫链模型  52-54
    4.3.2 WMN 中竞争窗口参数的调整  54
  4.4 性能分析  54-57
    4.4.1 模型建立  54-55
    4.4.2 模拟结果分析  55-57
  4.5 小结  57-58
第五章 结束语  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
作者在学期间取得的学术成果  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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