多速率无线mesh网络能耗分析模型及跨层优化研究

《多速率无线mesh网络能耗分析模型及跨层优化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要无线Mesh网络是近年来无线通信领域兴起的一个新的研究热点。传统星型拓扑的无线网络结构简单。覆盖范围小，链路冗余度差，可靠性低，拓扑扩展不便，无线Mesh网络拥有网状拓扑结构，可以弥补星型网络的这些不足。无线个域网是工作在个人操作环境，需要相互通信的装置构成一个无需任何中央管理装置的无线网络。支持Mesh扩展的无线个域网是当今的一个研究热点。MeshWPAN需要解决的问题主要在MAC层和网络层。由于无线个域网中的设备通常是移动的、基于电池供电的，存在着严格的能量约束。因此，对于MeshWPAN来说，好的协议必须能够提供好的

2、能量效率。现有的无线个域网协议需要进行改进以适应无线Mesh组网的要求，另外，一些跨层设计和优化的理论和方法也可以应用于MeshWPAN协议。本论文对以上无线网络领域热点问题作出性能分析和优化研究。主要包括一下内容：首先。论文从无线通信网络发展现状出发，介绍了无线个域网和无线Mesh网络的概念、相关背景及其标准化现状。在此基础上详细阐述了面向低速WPAN应用的IEEE802．15．4协议以及IEEE802．15．5协议的低速部分。为后面的研究奠定基础。然后，论文对低速WPAN网络的Mesh扩展协议的路由发现和建立中Hello帧

3、的RingSearch过程进行了深入的分析和研究。探讨了Hello帧中的参数：maxHops与helloCount对路由开销的影响。在对Hello帧的作用和特性深入分析的基础之上，提出了一种优化的RingSearch方案。改进方案引入了本地Hello(LocalHello)和全局Hello(GlobalHello)的概念，减少了冗余Hello帧在网络中的泛洪传播。仿真结果显示，在不影响数据转发成功率和平均包转发次数的基础之上，改进的方案降低了RingSearch带来的开销，提高了效率。接着本文提出了一种估计ECMA．368协议

4、优先级竞争接入期(PCA)网络性能的分析方法。从吞吐率和能耗的角度。对不同的帧负载长度、不同数据传输速率下，站点平均吞吐率和归一化能耗进行理论分析，为ECMA．368协议优先竞争接入期提供了重要的性能预测估计方法。通过理论结果和仿真结果的对比，验证了理论分析模型的正确性和准确性。再接下来，本论文提出了一种适合与Mesh结构LR—WPAN的改进型MAC协议。在分析现有MAC协议和相关算法在Mesh结构网络应用中存在的问题在此基础上，提出了一种改进的MAC协议⋯GCAP(GuaranteedContentAccessPeriod)

5、。仿真结果显示，改进的MAC协议可以有效减少设备的空闲侦听能耗，提高了设备的能耗效率。通过仿真的方法对该优化方案的正确性进行了验证。本论文还结合MeshWPAN网络的特点对其跨层优化策略进行了探讨，并提出了优化的方案。最后，总结了全文的工作，并对进一步工作做了展望。【关键词】无线Mesh网络：路由：媒体接入控制；载波侦听多址接入，冲突避免；吞吐率；能耗；超帧优先竞争接入期垒!!堡垒曼!ABSTRACTWirelessMeshnetworkiSahotresearchareainrecentyears．1’raditionalw

6、irelessnetworksofstartopologyarerelativelysimple，butitscoverage，linkredundancy，reliabilityandtopologyexpansionabilitiesarepoor．WirelessMeshnetworksiusttreatthesepointsasitsadvantages．WirelessPersonalAreaNetworkoperateswithinapersonalspaceandthedevice$communicatingwi

7、theachotherCOITIposeawirelessnetworkwithoutanycentermanagementdevice．ItisanimportantissueforWirelessPersonalAreaNetworktoabletosupportMeshtopologyEnergyefficiencyisanimportantconsiderationformobiledeviceswithbatterypoweredinWirelessPersonalAreaNetwork．Eachsub．1ayero

8、fcurrentprotocolsforWirelessPeⅨonalAlgaNetworkneedtofittheMeshtopology,especiallytheMACsub-layerandnetworksublayer．Andalsocross·layerdesig