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《中国科学技术大学》 2007年
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基于802.11的无线Mesh网络传输性能研究

张蕾  
【摘要】: 随着无线通信技术的发展,提供移动Internet访问的无线网络正逐步改变着人们的日常生活。目前正在进行商业化推广的无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)是一种单跳的无线接入网,所有无线终端通过访问点(Access Point,AP)接入有线网络。但是,单跳无线传输的距离有限,WLAN的覆盖范围较小;另一方面,由于AP需要直接与有线网络相连,所以WLAN对有线网络有着严重的依赖性,部署成本仍然较高。为了扩大无线接入网的覆盖范围、进一步降低部署成本,无线Mesh网络(Wireless Mesh Network,WMN)应运而生。 WMN是一种多跳无线网络,它具有网状的拓扑结构,终端通过多跳无线中继接入Internet。WMN的构成可以分为Mesh路由器、Mesh终端以及Mesh网关,Mesh网关为WMN与有线Internet的连接点;主干路由器位置较固定,有稳定的电源供给;Mesh终端通过Mesh路由器接入网络,在特殊情况下Mesh终端也可以作为路由器提供到WMN的连接。已有的研究成果表明,现有的MAC协议、路由协议以及传输协议等应用于WMN时,所能达到的传输性能还远不能满足用户的需求。因此改进现有协议以适应WMN的特征,从而提高WMN中的传输性能具有重要的意义。 本文首先对WMN的相关背景与研究现状进行了综述。WMN是一种新型的无线接入网技术,在各个网络层次上都有很多值得研究的问题存在。作为Internet接入网,WMN需要支持Internet中存在的各种业务流量,特别是目前占Internet业务总量80%的可靠数据传输,以及随着多媒体技术的发展,流量急剧增加的实时多媒体传输。 为了准确地了解基于IEEE 802.11的WMN传输性能,第三章中采用NS模拟工具和搭建的实验床对WMN中TCP传输以及实时多媒体传输的性能进行了测试。实验包括单条TCP传输、多条TCP流竞争的传输、单条多媒体流传输和有背景流的多媒体流传输四类场景,对各场景下的流吞吐量、延迟以及抖动等性能进行了记录。实验结果指出了WMN中TCP传输以及实时多媒体传输所存在的问题。 在模拟测试的基础上,第四章对WMN中所采用的IEEE 802.11 MAC协议和TCP传输协议进行了分析。采用Markov链来描述站点MAC层的状态转换和TCP状态转换。根据模型所分析得的延迟和吞吐量与模拟实验结果相吻合,证明该模型能够准确反映影响WMN中传输性能的因素。建模分析结果显示影响WMN中传输性能的最根本的原因在MAC层协议,因此本论文在后两章中针对IEEE 802.11 MAC协议提出了两种改进机制,以提高WMN的传输性能。 噪音、多径干扰等因素所造成的无线信道误码现象是WMN丢包的重要原因之一。环境等因素导致误码率动态改变。第五章所提出的动态的帧大小调节机制(Dynamic Fragmentation and Aggregation,DFA)能够在每一跳的传输中根据信道状态选择合适的发送帧长,利用分片或聚集操作使数据以最合适的帧长发送。每一跳上的局部优化将带来全局的优化,DFA在最大化信道利用率的同时尽量避免误码丟包的发生,从而减小丢包重传所带来的开销,提高WMN的传输性能。实验结果验证了DFA机制的有效性以及其对WMN传输性能的改善。 WMN需要支持大量不同类型的业务,这些业务对带宽、延迟等传输性能的需求不同。为了满足不同业务对传输性能的不同需求,第六章提出了自适应竞争窗口调节机制(Adaptive Contention Window Adjustment,ACWA)。ACWA是一种跨层的解决方案,它通过网络层和MAC层的协作来区分数据包的优先级。它将不同优先级的数据包放到不同的MAC队列中,根据信道以及队列状态自适应地修改竞争窗口,从而为WMN中不同类型的流提供所需的服务质量保证。ACWA在提供传输质量保证的同时还能部分解决局部拥塞问题。模拟实验结果验证了ACWA在传输质量保证上的有效性。 本文的研究还集中在基于IEEE 802.11的WMN中传输性能的提高,基于WiMax、UWB等新的传输技术乃至多协议混合环境下的WMN还有很多挑战性的问题值得研究。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN925

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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8 李进;基于能量的无线传感器网络分簇算法改进的研究[D];华东理工大学;2012年
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【同被引文献】
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3 阚保强;蔡理;朱红松;;平均干扰下的无线传感器网络高效能传输研究[J];电子科技大学学报;2007年06期
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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