基于跨层设计的无线mesh网络信道分配机制分析

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1、重庆邮电大学硕士论文第一章绪论1．1研究背景第一章绪论近年来，随着个人计算机的应用和Internet的出现，使人们可以随时随地的进行信息交流和开展信息应用，极大地改善了人们的社会生产和生活状况。已有的有线网络布局，不能因Internet的需求任意更改或重建，为了解决此类难题，无线网络的应用前景可观，各方展开了深入的研究。但是，如何构建一个覆盖广、成本低、方便快捷的无线网络成为无线研究领域的一个重要课题。无线接入方式比有线接入方式更方便、灵活，可以更好地支持无线业务。Wi．Fi和WiMAX技术通过大规模安装接入点或基站

2、，为用户提供Internet接入。然而这两种技术需要增加接入点或基站来扩大覆盖能力，不仅需要更改原有的布局，而且加大了建设成本。于是另一种无线接入技术一一无线Mesh网络发展起来IlJ。无线Mesh网络(WirelessMeshNetworks)作为下一代无线网络通信的架构，正受到越来越多的关注，并成为未来无线城域网的研究趋势。无线Mesh网络，即无线网状网或无线网格网，它可以和多种宽带无线接人技术以及3G移动通信技术相结合，组成一种由多种类型节点构成的、以网状为基本拓扑结构的多跳无线网状网络。该网可以大大增加无线系

3、统的覆盖范围，同时可以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性。无线Mesh网络是一种非常有发展前途的宽带无线接人技术，被看成是因特网的一种无线版本[3J，目前它已经作为一种关键技术迅速引起人们的广泛关注。近几年，一些国家和地区已经开始了大规模的网状网商用部署，已有公司和制造商开始向市场提供针对各种环境并具有知识产权无线Mesh网络解决方案，例如微软研究实验室、MeshNetworks、Intel研究室、Firetide以及Motorola等公司。在科技部973计划、国家863计划、国家自然科学基金、国防预研基金等项目的

4、资助下，我国一些高等院校与研究机构也对无线Mesh网络中MAC协议、路由协议、QoS优化、资源管理等方面投入大量的研发力量，取得了不少研究成果。由于可用的无线信道资源非常有限，无线节点的实际带宽远小于信道的理论带宽值。特别是在复杂的无线Mesh网络环境下，节点之间干扰变得更严重。例如，IEEE802．1la／g标准中定义的链路最高速率可达54Mbps，重庆邮电大学硕士论文第一章绪论然而在实际应用中可用带宽有所下降。此外，随着节点间的传输距离或跳步数的增加，都会对无线链路的时间传输速率产生影响，其性能降低幅度剧增。在无

5、线Mesh网络中，使用相同信道或是链路间距离较小时，链路间同时传输，则可能增加丢包率。所以，如何有效地设计信道分配机制，充分利用有限的无线频谱，以减少信道问的干扰，是增加系统容量的有效措施。随着宽带接入需求的不断增加，单信道因本身的限制，难以满足其容量的要求，因此多信道技术随之发展起来【51。一方面，基于多信道的通信协议，在一定程度上缓解了传统单信道网络中的冲突和带宽限制等问题。然而，节点配置多射频接口，在一定程度上增加了网络部署成本和难度，同时也出现了传输控制复杂、接口中多个信道转换频繁等新的问题。另一方面，传统的

6、采用随机竞争接入的多信道无线Mesh网络，干扰和碰撞16】是高时延和限制网络容量的主要因素。因而，需要设计合理的信道分配算法，以解决多信道多接口无线Mesh网络环境下的传输问题。1．2研究现状在无线Mesh网络中，由于无线链路的干扰效应，将导致网络性能的明显下降。因此，为解决此类问题，使用多个正交信道和配置多个射频接口【71，增加同时发送和接收的多路传输通道【引，提高无线Mesh网络的吞吐量【9j。但是网络资源往往有限，影响网络吞吐量的信道干扰仍是研究的重点。为了适应不同类型的业务发展和完全不同的QoS需求，最大限度

7、地提高可用频谱利用率，满足通信业务的QoS需求，设计合理的信道分配算法具有十分重要的意义。信道分配问题属于组合优化中的NP(non—deterministicpolynomial)完备问题[101。目前，信道分配算法大体可分为两种：集中式[9-161和分布式[17-25]。一方面，集中式信道分配算法需要获取网络中所有节点或链路的信息，开销大且需要稳定的节点、链路和静态的流量模式等问题，不能快速适应网络的变化和失败。文献[11]提出了一种基于负载感知的集中式信道分配(Load—awareCA)，将信道分配与路由协议结合

8、起来，以提高网络性能，但没有解决无线Mesh网络中路径间的干扰问题。在给定整个网络流量分布模型的情况下，根据各个虚拟链路的流量估计值大小，设定优先顺序，从大到小依次分配合适的信道。但该算法需要预知网络的流量记录，没有对结果进行优化，也没有对分配相同信道的链路进行调度，并且在大规模2重庆邮电大学硕士论文第一章绪论无线网络中存在可扩放性问题。针对预