多接口多信道无线Mesh网络信道分配技术研究

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无线Mesh网是重要的下一代无线接入技术。多接口多信道技术能有效提升无线Mesh网络容量、改善网络服务质量。多接口多信道技术关键在于信道分配,通过信道的合理分配降低节点或者链路之间的无线干扰。因此,信道分配算法成为多接口多信道无线Mesh网技术研究的热门课题。  无线Mesh骨干网具有独特的体系结构和流量特征,针对网络特点设计信道分配机制,能取得更好的效果,实现网络性能的优化。在关注无线骨干网的同时,还需关注WLAN接入网络的性能,WLAN之间的信道分配应受到重视。随着各种多媒体应用的兴起,无线Mesh网络的组播通信迅速发展,组播信道的优化分配将有效降低组播通信中的无线干扰,提高组播服务质量。同时,组播接收端覆盖的用户数量是不相同的,在信道资源受限的条件下,组播信道分配机制应满足尽可能多的用户覆盖。围绕这些问题,本文对无线Mesh网络信道分配技术展开深入研究,主要工作与成果如下:  (1)针对无线Mesh网络中节点离网关越近负载越重的流量特征,设计遗传算法进行信道分配达到链路干扰最优化  本文分析无线Mesh网络流量特点,定义网络无线干扰度量,把信道分配问题模型化为线性规划优化问题。利用遗传算法的全局寻优能力,提出基于遗传算法和重叠信道的信道分配算法。该算法定义的适应度函数考虑了无线Mesh网络的重要特征,即离网关节点近的节点需承受较重的流量负载;设计了独特的个体杂交算子,个体之间相互利用各自的局部优势,形成更好的新个体。  (2)针对流量自相似性,提出基于链路流量预测的信道分配与路由机制  本文利用无线Mesh网络流量的自相似性,应用数学理论对链路流量负载进行预测,依链路流量负载由高到低次序进行信道分配,尽可能减少受干扰的流量;基于AODV协议提出时延约束与流量负载均衡路由协议,在适应多接口多信道环境下,通过时延约束有效降低路由开销。在路由选择时,选择链路预测负载较轻的路由,避免流量集中于某个区域。该信道分配算法和路由协议在流量自相似性的前提下降低了链路之间的无线干扰,提高了网络负载均衡状况和网络服务质量。  (3)基于WLAN之间的干扰度量,提出干扰优化分布式信道分配算法  本文针对已有算法难于测定节点干扰的问题,提出了基于MAC层信息的WLAN之间干扰度量方法。为降低WLAN之间的干扰,提出了分布式信道分配机制,该机制要求AP节点广播吞吐量信息,客户端节点继而计算邻近WLAN带来的干扰程度,最后形成干扰信息表。在信道选择过程中,受干扰最大的WLAN优先选择干扰最小的信道,各WLAN按优先次序完成信道分配。当WLAN信道干扰超过阈值时,可发起信道重新分配,形成动态的自适应的信道分配机制。  (4)针对组播通信中的干扰优化和用户覆盖优先问题,提出组播树构建与信道分配机制  本文针对组播路由过程中的信道干扰,提出干扰优化的组播树构建算法,该算法以最短路径为基础,每一步挑选干扰最小的链路加入在建的组播树中。针对接收端覆盖用户数量的不同,定义接收端信道分配优先级,提出了覆盖优先的信道分配算法,该算法根据组播树中节点优先级,选取对组播树干扰最小的信道作为节点发送信道,度量干扰的时候考虑到了隐节点问题和对覆盖用户数量的影响。
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