基于80211的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議研究

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1、北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文基于802.11的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議研究姓名：稅國軍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：電磁場與微波技術(shù)指導(dǎo)教師：沈樹群20080610北京郵電大學(xué)博：t學(xué)位論文摘要(2)多信道技術(shù)不但提高了網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用度，增加網(wǎng)絡(luò)同時(shí)通信節(jié)點(diǎn)對(duì)，同時(shí)減少了信道干擾。因此，采用多信道技術(shù)是提高網(wǎng)絡(luò)容量的最有效方法。理論分析表明，與將一個(gè)固定帶寬的信道分為幾個(gè)子信道相比，系統(tǒng)采用兩個(gè)射頻接口和固定帶寬的多個(gè)信道時(shí)，網(wǎng)絡(luò)容量能達(dá)到Ku腿r公式的最大理論值?？鐚臃答仚C(jī)制通過在協(xié)議棧的各層之間傳輸特定的信息來協(xié)調(diào)協(xié)議棧各層之

2、間的工作過程，使之與無線通信環(huán)境的動(dòng)態(tài)特性和不穩(wěn)定性等相適應(yīng)?；谝陨戏治鼋Y(jié)果，本文提出了多接口多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計(jì)分布式信道分配算法McCA—AoDV。該算法采用跨層設(shè)計(jì)的方法，將按需路由和信道分配過程結(jié)合起來，不但降低信道分配協(xié)議的計(jì)算復(fù)雜度。同時(shí)，采用按需路由協(xié)議減少了網(wǎng)絡(luò)所需要的可用信道數(shù)，該算法僅給路由協(xié)議帶來很小的額外開銷。為了消除不同活動(dòng)路由上鄰居節(jié)點(diǎn)的同頻干擾，本文提出了兩跳干擾模型，能夠避免不同路由上的鄰居節(jié)點(diǎn)分配到的信道相同的情況。計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)表明，與單信道相比，McCA—AODV能顯著提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐

3、量，降低延遲。(3)對(duì)于不同的無線通信系統(tǒng)，功率控制所起的作用不盡相同，主要有兩個(gè)方面：一是可以降低節(jié)點(diǎn)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命，另一方面的作用在于提高網(wǎng)絡(luò)空間復(fù)用度，提高網(wǎng)絡(luò)的容量。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，由于Mesh路由器采用專業(yè)線路供應(yīng)電力，不存在節(jié)能的問題，采用功率控制機(jī)制主要是為了降低對(duì)鄰近結(jié)點(diǎn)的干擾，提高信道的空間復(fù)用度，最終提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。針對(duì)無線網(wǎng)格骨干網(wǎng)中采用相同的發(fā)射頻率造成的信號(hào)干擾嚴(yán)重問題，提出了一種新的功率控制MAC協(xié)議。該協(xié)議通過控制接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制幀的功率，使得對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過程真正產(chǎn)生干擾的節(jié)點(diǎn)才能

4、正確接收到該控制幀，從而延遲發(fā)送過程，避免信號(hào)干擾。該協(xié)議能夠有效提高無線網(wǎng)格骨干網(wǎng)中無線接入點(diǎn)的空間復(fù)用度。理論分析表明，無線接入點(diǎn)的空間距離越短，空間復(fù)用度提高率越大，該協(xié)議越有利。通過模擬試驗(yàn)，與IEEE802．11標(biāo)準(zhǔn)的MAC協(xié)議相比，該協(xié)議明顯提高了網(wǎng)絡(luò)中并行的互不干擾的數(shù)據(jù)發(fā)送過程數(shù)量，顯著提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。(4)IEEE802．11標(biāo)準(zhǔn)的MAC層協(xié)議提供了移動(dòng)終端的切換算法，支持終端設(shè)備的移動(dòng)通信，但它并沒有提供移動(dòng)終端的無縫切換算法。當(dāng)終端設(shè)備從當(dāng)前的接入點(diǎn)覆蓋小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)接入點(diǎn)小區(qū)時(shí)，由于通信的暫時(shí)中斷會(huì)

5、對(duì)系統(tǒng)的性能造成一定的影響。目前的切換算法包括硬切換和平滑切換等，硬切換丟報(bào)率非常大。平滑切換算法能夠降低丟報(bào)率、減少切換延遲，但該算法要求數(shù)據(jù)包從當(dāng)前的接入點(diǎn)通過無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由器轉(zhuǎn)發(fā)到將要連接的接入點(diǎn)上，必將產(chǎn)生一定的切換延遲和數(shù)據(jù)丟失。從切換延遲和丟包率兩個(gè)方面考慮，本文提出了基于中繼路由器的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)平滑切換算法，主要是解決平滑切換中由于轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)過多引起的數(shù)據(jù)包丟失和切換延遲問題。通過在中繼路由器上緩存數(shù)據(jù)北京郵電大學(xué)博七學(xué)位論文摘要包，然后在移動(dòng)終端切換時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)到新的接入點(diǎn)，縮短了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。仿真試驗(yàn)表明，與

6、硬切換相比，能明顯降低丟報(bào)率，與傳統(tǒng)的平滑切換相比，能顯著改善切換過程中的丟包率和延遲。。關(guān)鍵詞：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，多路徑路由協(xié)議，IEEE802．11MAc協(xié)議，跨層設(shè)計(jì)，信道接入控制，多信道，控制幀，功率控制，中繼路由器，平滑切換北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文Abst懦ctABSTRACTWithdevelopmentofwirel骼scc咀mluIlicationtechlliqw洛，、啦rel部snctwofl【Schangepcople’s蹦lylife血吼aticallybyp∞ⅥdingmobileIntenletaaces

7、s．Wircl鼯sLocalAr∞Ne懈r0出(Ⅵ億A№，wod【iIlg鵲mel弱t-hopc0帥octiont0IIlt鋤et，h鶴comeintomad(etnowadays．Sin∞wL吣Jsissm酉e-hopnet、vo出鋤dsn．0n酉yd印eIldsonw砌ne№代∞Ⅱlec0VcragcofWLANis哪鋤allduct0thel砌ted仃卸sIllission陽nge，鋤dmeC0stofd印loymentist00戧pensiVe．Tbextendmec0VemgeofwireleSsacc鶴snetvv’or

8、ks觚dreduccⅡled印lo)rInentcost’Wirel髓sMeShNetwork(WM№isill昀duced．WMNsa托I曲lti^叩研rele鼴腫咐orl(s，MeshClientSacc囂sIntemetby∞n