无线Mesh网络干扰感知路由技术研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouwei9471
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随着移动互联网和智能终端的迅速发展,为了满足移动用户无处不在的通信需求,无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks; WMN)应运而生。无线Mesh网络能提供多种接入服务,易于维护,而且它具有较强的鲁棒性,能够很好的与现有网络兼容,因此,无线Mesh网络一直都是国内外研究热点。路由技术是影响无线Mesh网络性能的一个重要因素,也是国内外研究的热点问题。高效的路由协议是确保无线Mesh网络高效运行的关键,然而,由于无线信道的广播特性,无线Mesh网络中路由面临着许多挑战。首先,在无线Mesh网络中,多个相邻链路同时传输数据时彼此之间会产生干扰,这种干扰是制约无线网络性能和可扩展性的重要因素。其次,链路之间的干扰与业务密切相关,无线Mesh网络中业务的分布和业务的特性直接影响了网络中干扰的模式和大小。干扰感知路由技术是对网络中的干扰进行感知,在路由选择时选择受到干扰较小的路径,从而可以有效地提高网络性能。然而,在传统的干扰感知路由协议中,很少考虑具体业务对干扰的影响。本文基于业务负载和业务特性来设计新的干扰感知路由协议。主要贡献如下:(1)针对无线Mesh网络业务负载对干扰的影响,本文从负载均衡的角度来降低网络中链路之间的干扰,提出了一种基于负载均衡的干扰感知路由协议。网络中负载不均衡会增加链路之间的干扰,从而增加分组端到端传输延时和丢包率,降低网络资源利用率。本文首先对无线Mesh网络中的干扰建立理论优化模型。然后基于该优化模型提出了一种基于负载均衡的干扰感知路由协议。该路由协议能够区分网络中流内干扰和流间干扰对网络性能的不同影响,并能够通过对网络业务进行负载均衡来降低网络中的干扰。仿真结果表明,本文提出的路由协议在不显著增加路由额外开销的情况下,可以有效提高网络整体吞吐量和分组投递率,减少端到端时延。(2)针对网络业务的自相似性对网络干扰的影响,本文提出了一种基于自相似业务的干扰感知路由协议。网络中业务特性直接影响了网络中的干扰。传统网络协议研究一般假设业务是短相关的。然而,对大量实际无线网络业务的研究表明网络业务广泛存在自相似性。与短相关业务相比,自相似业务的一个突出的特征就是突发性,这种突发性会导致网络中干扰的突发性,从而导致网络吞吐量降低和丢包率增大。本文对自相似业务进行建模,然后从理论上分析了自相似业务下排队系统的性能,并仿真了自相似业务对网络性能的影响。在此基础上提出一种基于自相似业务的干扰感知路由判据,该路由判据能够估计自相似业务下的队列丢包率并测量链路的丢包率,得出分组单跳期望传输次数。基于该路由判据,本文提出了一种基于自相似业务的干扰感知路由协议。仿真结果表明,在自相似业务下该路由协议相比传统的路由协议能够有效降低网络丢包率,并提高网络吞吐量,改善网络性能。
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