多接口多信道無線mesh網(wǎng)絡(luò)信道分配技術(shù)研究

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1、萬方數(shù)據(jù)博士學(xué)位論文學(xué)號(hào)——密級(jí)——多接口多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道分配技術(shù)研究作者姓名：學(xué)科專業(yè)：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：論文答辯日期答辯委員會(huì)主席閆偉光計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)信息科學(xué)與工程學(xué)院陳志剛教授中南大學(xué)二。一四年五月萬方數(shù)據(jù)CentralSouthUniversi夠STUDYoNCHANNELASSIGNMENTINMUl月I．INTERR▲CEMUIJI．CHANNELWIRELESSMESHNETWoRKADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyByYanW-ei—guangSu

2、pervisor：ProfessorChenZhiGaIlgMay2014萬方數(shù)據(jù)原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。作者簽名：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)

3、校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。作者簽名：導(dǎo)師簽名——日期：——年～月一日萬方數(shù)據(jù)摘要無線Mesh網(wǎng)是重要的下一代無線接入技術(shù)。多接口多信道技術(shù)能有效提升無線Mesh網(wǎng)絡(luò)容量、改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。多接口多信道技術(shù)關(guān)鍵在于信道分配，通過信道的合理分配降低節(jié)點(diǎn)或者鏈路之間的無線干擾。因此，信道分配算法成為多接口多信道無線Mesh網(wǎng)技術(shù)研究的熱門課題。無線Mesh骨干網(wǎng)具有獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)和流量特征，針對網(wǎng)絡(luò)特

4、點(diǎn)設(shè)計(jì)信道分配機(jī)制，能取得更好的效果，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化。在關(guān)注無線骨干網(wǎng)的同時(shí)，還需關(guān)注WLAN接入網(wǎng)絡(luò)的性能，WLAN之間的信道分配應(yīng)受到重視。隨著各種多媒體應(yīng)用的興起，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的組播通信迅速發(fā)展，組播信道的優(yōu)化分配將有效降低組播通信中的無線干擾，提高組播服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)，組播接收端覆蓋的用戶數(shù)量是不相同的，在信道資源受限的條件下，組播信道分配機(jī)制應(yīng)滿足盡可能多的用戶覆蓋。圍繞這些問題，本文對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道分配技術(shù)展開深入研究，主要工作與成果如下：(1)針對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)離網(wǎng)關(guān)越近負(fù)載越重的流量特征，設(shè)計(jì)遺傳算法進(jìn)行信道分配達(dá)到鏈

5、路干擾最優(yōu)化本文分析無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量特點(diǎn)，定義網(wǎng)絡(luò)無線干擾度量，把信道分配問題模型化為線性規(guī)劃優(yōu)化問題。利用遺傳算法的全局尋優(yōu)能力，提出基于遺傳算法和重疊信道的信道分配算法。該算法定義的適應(yīng)度函數(shù)考慮了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的重要特征，即離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)近的節(jié)點(diǎn)需承受較重的流量負(fù)載：設(shè)計(jì)了獨(dú)特的個(gè)體雜交算子，個(gè)體之間相互利用各自的局部優(yōu)勢，形成更好的新個(gè)體。(2)針對流量自相似性，提出基于鏈路流量預(yù)測的信道分配與路由機(jī)制本文利用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性，應(yīng)用數(shù)學(xué)理論對鏈路流量負(fù)載進(jìn)行預(yù)測，依鏈路流量負(fù)載由高到低次序進(jìn)行信道分配，盡可能減少受干擾的流量；基于

6、AODv協(xié)議提出時(shí)延約束與流量負(fù)載均衡路由協(xié)議，在適應(yīng)多接口多信道環(huán)境下，通過時(shí)延約束有效降低路由開銷。在路由選擇時(shí)，選擇鏈路預(yù)測負(fù)載較輕的路由，避免流量集中于某個(gè)區(qū)域。該信道分配算法和路由協(xié)議在流量自相似性的前提下降低了鏈路之間的無線干擾，提高了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡狀況和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。(3)基于WLAN之間的干擾度量，提出干擾優(yōu)化分布式信道分配算法本文針對已有算法難于測定節(jié)點(diǎn)干擾的問題，提出了基于MAC層信息的萬方數(shù)據(jù)WLAN之間干擾度量方法。為降低WLⅢ之間的干擾，提出了分布式信道分配機(jī)制，該機(jī)制要求AP節(jié)點(diǎn)廣播吞吐量信息，客戶端節(jié)點(diǎn)繼而計(jì)算鄰近WLAN帶來

7、的干擾程度，最后形成干擾信息表。在信道選擇過程中，受干擾最大的WLAN優(yōu)先選擇干擾最小的信道，各WLAN按優(yōu)先次序完成信道分配。當(dāng)WLAN信道干擾超過閾值時(shí)，可發(fā)起信道重新分配，形成動(dòng)態(tài)的自適應(yīng)的信道分配機(jī)制。(4)針對組播通信中的干擾優(yōu)化和用戶覆蓋優(yōu)先問題，提出組播樹構(gòu)建與信道分配機(jī)制本文針對組播路由過程中的信道干擾，提出干擾優(yōu)化的組播樹構(gòu)建算法，該算法以最短路徑為基礎(chǔ)，每一步挑選干擾最小的鏈路加入在建的組播樹中。針對接收端覆蓋用戶數(shù)量的不同，定義接收端信道分配優(yōu)先級(jí)，提出了覆蓋優(yōu)先的信道分配算法，該算法根據(jù)組播樹中節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)，選取對組播樹干擾最小的信

8、道作為節(jié)點(diǎn)發(fā)送信道，度量干擾的時(shí)候考慮到了隱節(jié)點(diǎn)問題和對覆蓋用戶數(shù)量的影響。關(guān)鍵