基于无线mesh网qos关键技术研究

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1、华中科技大学博士学位论文基于无线Mesh网QoS关键技术研究姓名：石胜林申请学位级别：博士专业：信息与通信工程指导教师：朱光喜2011-01华中科技大学博士学位论文摘要随着现代通信技术的飞速发展，人们对通信服务的需求也越来越高，特别是近几年间，希望通信服务能提供“让网络无处不在”的服务接入能力、更高的接入速率和更好的服务质量的呼声已经越来越高。无线Mesh网络是从移动AdHoc网络分离出来的一种高容量、高速率的分布式网络，是作为一种可以解决随时随地接入需求的有效方案之一。网络多媒体、VOIP、视频会议等对实时性要求较高的业务的日益普及与无线Mesh网络在商业应用上的进展，使得人们很自然会产

2、生在无线Mesh网络上传输综合业务的需求，并且希望无线Mesh网络能像有线网络一样为不同业务提供足够的服务质量保障。特别是目前日益增多的音频、视频和高实时性数据业务都对网络传输平均延迟、延迟抖动、带宽分配等提出了很高的要求。然而，无线Mesh网络的多跳性和分布式特性，带来了组网简单和灵活的特点，同时也为其提供服务质量保障带来了巨大的挑战。由于无线Mesh网络MAC层的分布式自由竞争模式、单跳传输范围的有限性、节点对全网信息掌握的不完全性和节点移动导致网络拓扑的改变，都使得无论是固网还是其它无线移动网络所采用的服务质量保障技术很难直接应用于无线Mesh网络，因此服务质量保障问题是目前无线无线

3、Mesh网络研究的一个热点和难点。对已有的有线网络和移动AdHoc网络QoS技术加以改造，使之适用于无线Mesh网络是一个值得研究的课题。本论文研究了无线Mesh网络网络层和MAC层的QoS机制，主要研究工作包括：首先，对无线Mesh网络层现有的多径路由协议进行分析，结合无线节点之间竞争无线信道的问题，提出了一种基于多径路由关联度的负载平衡算法-ONDMR。该算法在节点独立多径路由的基础上，不明显增加路由开销，利用RREQ分组和Hello分组的广播来收集网络节点的活动邻居节点集合，并且在RREP消息单播发送回源节点的过程中计算节点独立多径路由的关联度。源节点根据多径路由的关联度和路由长度进

4、行多径路由负载平衡，从而利用多径路由的容错能力和负载平衡能力达到改善无线Mesh网络的性能，最终达到提高其QoS能力的目的。与此同时，进一步结合无线Mesh网络和AdHoc网络中已有QoS路由协议，提出了基于信道空闲带宽进行接入控制的多径路由算法-QNDMR，该算法在节点独I华中科技大学博士学位论文立多径路由协议的基础上，计算每个节点的两跳活动邻居节点集合以及这些邻居节点的空闲带宽。QNDMR算法根据业务流的带宽需求利用RREQ分组的广播进行局部接入控制，利用RREP分组的单播进行全局接入控制和利用Hello分组的广播进行全局接入控制，通过有效的接入控制算法为新业务流满足QoS的多径路由，

5、同时尽量避免影响已有业务流的QoS指标。仿真结果表明，上述多径路由算法ONDMR和QNDMR一定程度上解决了已有QoS路由算法的无线节点竞争信道的问题，最终达到改善网络QoS的性能。无线网络多径路由协议的性能在很大程度上依赖MAC层协议的性能，本论文对无线Mesh网络MAC协议的接入控制机制进行了深入的研究。针对IEEE802.11e在数据接入过程中，高背景负荷时高优先级数据流接入成功概率不能得到充分保护的问题，提出了一种基于业务区分的多请求机制的信道接入算法。该算法利用连续的多次信道接入请求RTS，提高了高优先级业务的接入概率；考虑到高优先级业务流之间的冲突，提出了高优先级业务同时接入信

6、道时的避让策略，减少了高优先级业务之间的碰撞。仿真结果证明了基于业务区分的多请求机制可以有效地提高高优先级数据流的接入成功概率，从而保护高优先级数据流的端到端吞吐量、减小其分组重传次数和传输时延。基于上述多请求信道接入算法，为减少高优先级数据流在节点拥塞状况下的丢包，本论文提出了基于拥塞避免的自适应退避算法。该算法在信道接入控制的过程中引入拒绝帧NTS，使转发节点在节点严重拥塞时具备拒绝发送节点请求的能力；与此同时，通过ACK帧携带接收节点的拥塞状况到发送节点，发送节点根据网络拥塞状况以及发送站点数据流的优先级指定不同的退避策略，从而达到保证高优先级数据流的服务质量。仿真结果证明了基于拥塞

7、避免的自适应退避算法可以在业务区分的多请求机制的基础之上，更加有效地保证高优先级数据流的接入成功概率，并且保证高优先级数据流的端到端吞吐量、减小其分组重传次数和传输时延。关键词：无线Mesh网络服务质量多径路由负载平衡带宽接入控制拥塞控制退避机制II华中科技大学博士学位论文AbstractWiththehighlydevelopmentoftelecommunicationtechnology,Peoplehavemor