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《电子科技大学》 2010年
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多跳无线网络容量与资源优化技术研究

刘靖永  
【摘要】: 多跳无线网络是一种无基础设施、自组织和以多跳传输为特征的新型无线网络,其主要形式包括Ad hoc网络、无线传感器网络和无线网状网等。作为无线网络的一种实现形式,多跳无线网络中存在着传统的无线和移动通信系统中的一些共性问题,比如带宽优化、功率控制,以及如何提高传输质量等等。此外,多跳无线网络具有很多自身的特性,这些特性使其在网络组织、体系结构、协议设计等方面都与现有无线通信网络存在明显的区别。 针对多跳无线网络的研究以往主要集中在路由协议、接入控制(MAC)协议以及与其它通信网的互连互通等方向,并取得了很多成果。但到目前为止,该领域中仍有很多需要解决的技术难点。首先是网络容量问题,包括基本的容量界限、容量与时延的关系,以及考虑具体协议开销时网络可获得的最大吞吐量等特征。其次是如何降低干扰、提高网络资源的利用率。第三,对节点能量受限的Ad Hoc网络和传感器网络,如何节约节点能量也是一个重要的问题。此外,针对各种物理层新技术的应用,需要研究资源的优化分配以利用其所带来的好处。 本文的研究工作主要涉及多跳无线网络的容量分析和资源利用效率的优化。主要创新包括以下几点: (1)研究了业务多跳传输的时延特性和容量与时延的折衷关系。针对有限节点数目的多跳无线网络,建立了网络模型和业务模型,并基于理想的传输控制和路由选择机制,推导了业务多跳传输的平均端到端时延,得到了具有时延限制的网络容量的解析结果。 (2)针对多跳无线网络中现有广播方法的传输冗余问题,提出了全网优化的空间覆盖广播思想,找到了理想情况下最优覆盖和最优双重覆盖的转发节点分布方式,并且分析了理想情况下广播的最优转发效率。 (3)提出了一种易于实现的基于1跳邻节点信息的3点转发广播算法(Triple Forwarding Broadcast, TFB)。该算法中,每个节点只需选择2到3个转发节点就能够对整个网络实现接近双重的覆盖,并且转发节点传输范围之间的重叠面积最小,因此,TFB算法可以在保证较高送达率的同时明显提高广播的转发效率。 (4)提出了一种无需邻节点信息的空间覆盖广播算法(Space-Covered Broadcast, SCB)。SCB算法实现了优化的空间覆盖,降低了带宽和存储计算等开销,能够自动适应信道状况,避免信道变化所造成的传输错误,因此具有较好的实用性。 (5)将多信道无线网状网(Wireless Mesh Networks, WMN)中的多播业务选路和信道分配及接口分配构建为一个联合的线性规划问题,综合考虑了可用信道、接口数量以及干扰链路的限制,优化目标是使多播路径占用的信道数最少,从而提高了不同链路同时传输数据的能力。鉴于计算的复杂性较高,还提出了一种启发式算法,达到了提高业务吞吐量和降低端到端时延的目的。 全文共分为三个部分。第一部分(第二章)研究了多跳无线网络具有时延限制的吞吐容量问题。第二部分(第三章和第四章)研究了提高多跳无线网络中广播的转发效率问题。首先,分析了理想情况下覆盖网络所需的最少转发节点个数,提出了空间覆盖广播的思想,找出了理想情况下实现最优双重覆盖的转发节点分布方式并分析了最优的转发效率。以此为基础,分别提出了基于一跳邻节点信息的三点转发广播算法TFB和无需邻节点信息的空间覆盖广播算法SCB。第三部分(第五章)针对无线网状网中的多信道技术,研究了多播选路和信道分配的联合优化问题。建立了多播选路和信道分配联合问题的线性规划模型,提出了启发式算法。 最后对全文进行了总结,回顾了本论文研究工作的主要成果,展望了本领域需要进一步研究的问题。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.5

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宋甲英;基于IEEE802.16的无线Mesh网络关键性能与资源调度算法研究[D];北京交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 秦瑞显;无线mesh网络容量优化控制方法的研究[D];沈阳工业大学;2012年
2 尹飞;无线Mesh网有效信道分配策略研究[D];江西理工大学;2013年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 苏均宇;曾子维;石嘉鹏;;基于定向扩散路由协议的改进[J];传感技术学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 陈凤;宋玲;马强;;一种基于MPLS的选播QoS路由算法[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
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9 王晓明;姚丹霖;史艳青;;NS-2在无线网络研究中的应用[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(下册)[C];2009年
10 朱鼎;孟利民;;基于NS2的WiMAX仿真平台研究[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(上册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 江海昇;基于一体化标识网络的多宿终端关键技术研究[D];北京交通大学;2011年
2 刘信新;无线传感器网络广播路由及定位技术研究[D];武汉大学;2010年
3 曲俊媚;分布式网络信息系统的构建与性能改进[D];天津大学;2010年
4 饶元;基于代理的LEO卫星网动态路由技术研究[D];南京邮电大学;2011年
5 朱智俊;光突发交换网中若干关键技术的研究[D];浙江工业大学;2011年
6 沈琳;无线传感器网络结构与数据传输技术的研究[D];南京理工大学;2011年
7 严少虎;分布式无线局域网的自适应MAC技术研究[D];电子科技大学;2005年
8 李飞;IP网络视频组播关键技术研究[D];复旦大学;2005年
9 朱西平;移动Ad Hoc网网络形成若干关键理论与技术研究[D];西南交通大学;2005年
10 许毅;基于IP网络QoS多播路由技术的研究[D];武汉理工大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曹志波;基于NS-2的RED算法优化策略[D];河南理工大学;2010年
2 吕何平;Ad Hoc网络AODV路由协议的QoS机制研究[D];郑州大学;2010年
3 王利明;一种基于PMIPv6的智能辅助高效切换方案[D];郑州大学;2010年
4 赵丹丹;基于QoS路由路径优化的网络拥塞控制[D];郑州大学;2010年
5 朱玉芳;无线传感器网络中基于能量的发散簇树算法研究[D];郑州大学;2010年
6 蒋红进;蚁群算法在光突发交换网络路由中的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 徐石玉;基于分簇的无线传感器网络时间同步方法[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 周柏欣;无线Ad Hoc专用通信网络路由协议研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 颜彦;BT类型P2P_VOD的服务器可扩展性研究[D];大连理工大学;2010年
10 石小培;无线传感器网络低功耗路由协议研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王英杰;刘觅;吴振华;彭木根;王文博;;无线Mesh网络的最大并发公平调度[J];北京邮电大学学报;2007年04期
2 张学聃;洪珺;张林;李安国;山秀明;;并行图染色的无线网状网络媒体接入控制[J];北京邮电大学学报;2007年06期
3 张勇;蔡杰;宋梅;宋俊德;;多速率无线Mesh网络中节点吞吐量分析模型[J];北京邮电大学学报;2008年03期
4 覃团发;廖素芸;罗会平;梁智怡;;支持网络编码的无线Mesh网络路由协议[J];北京邮电大学学报;2009年01期
5 赵传强;刘元安;刘凯明;唐碧华;;面向吞吐量效率的无线Mesh网络机会主义路由[J];北京邮电大学学报;2011年02期
6 马书惠;纪红;乐光新;;无线Ad Hoc网络在分层协议约束下的容量分析[J];吉林大学学报(信息科学版);2007年01期
7 郭中华;史浩山;;基于欧氏最小生成树的无线Ad Hoc网络容量研究[J];传感技术学报;2008年10期
8 傲丹,方旭明,马忠建;无线网格网关键技术及其应用[J];电讯技术;2005年02期
9 覃团发;廖素芸;罗会平;;无线Mesh网络中网络编码的文件共享模型[J];电讯技术;2008年05期
10 蔡方凯;;基于单射频的无线Mesh网多信道方法[J];电讯技术;2009年06期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 徐晶;多接口无线网络信道分配与路由技术研究[D];华中科技大学;2011年
2 戴沁芸;无线自组织网络容量的研究[D];华中科技大学;2006年
3 王大鹏;无线Mesh网络中高效公平通信协议的研究[D];中国科学技术大学;2009年
4 朱行健;基于802.11的无线Mesh网络MAC层关键技术的研究[D];北京邮电大学;2008年
5 马莉;无线网状网资源分配与调度算法研究[D];华中科技大学;2010年
6 黄书强;无线Mesh网络容量优化模型及算法研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘振兆;网络编码感知的无线Mesh网络路由研究[D];北京交通大学;2011年
2 许文勋;Mesh网络中动态调度与控制的时隙机制研究[D];中山大学;2010年
3 李斌;无线网络下TCP拥塞控制的研究[D];西北大学;2006年
4 霍文睿;无线Mesh网络服务公平性的研究[D];天津大学;2009年
【二级引证文献】
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1 梁美珠;基于嵌入式系统的无线Mesh AP的研究[D];山东建筑大学;2013年
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6 刘园莉;李腊元;卢迪;;节能的无线传感器网络分簇路由协议的研究[J];传感技术学报;2010年12期
7 李超良;胡春华;;无线传感器网络中面向动态多跳的非均匀分簇路由[J];中南大学学报(自然科学版);2011年07期
8 蔺智挺;赵保华;屈玉贵;柏荣刚;;无线传感器网络的动态树型结构[J];北京邮电大学学报;2006年S1期
9 杨靖;熊伟丽;徐保国;;无线传感器网络中基于蚁群算法的路由算法[J];计算机工程;2009年06期
10 尚凤军;雷阳;;无线传感器网络能量有效成簇算法研究[J];小型微型计算机系统;2009年05期
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3 刘治学;;GPS市场开发分析[A];中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会2002年学术年会论文集(通信导航分册)[C];2002年
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5 吴如兆;杨成;;IEEE 802.15.4/ZigBee~(TM)标准及无线传感器网络[A];第一届长三角地区传感技术学术交流会论文集[C];2004年
6 于洪亮;许佳华;;建立无线网络质量优化与评估体系[A];黑龙江省通信学会学术年会论文集[C];2005年
7 张书杰;张朴;周喜鸿;;编组站视频监控系统的研究与设计[A];铁道科学技术新进展——铁道科学研究院五十五周年论文集[C];2005年
8 张中民;刘华;;无线网络在公司热轧厂、炼钢厂的应用[A];第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C];2006年
9 王丹;杨小雪;陈星;;基于“无线网络+校园网”全开放式实验管理系统[A];2007年全国高等学校电子技术研究会论文集[C];2007年
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1 ;年初缘何多跳槽[N];山西日报;2004年
2 汪轩;日常多跳跃 骨骼更坚韧[N];保健时报;2004年
3 陶通谟;更年期多跳舞[N];大众卫生报;2002年
4 韩勖;无线走向“中央集权”[N];计算机世界;2008年
5 武夷山;让Windows XP帮你设置无线网络[N];电脑报;2005年
6 本报记者 邹本堃;从容应对无线网络安全隐患[N];中国消费者报;2005年
7 家恺;北京酸枣岭村开通无线网络[N];科技日报;2007年
8 记者  刘恒 通讯员  斯菁;重庆联通无线网络助推公共事业[N];人民邮电;2006年
9 本报记者 闫冰;期待无线整体安全[N];网络世界;2007年
10 ;优化无线网络的3条建议[N];网络世界;2008年
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1 刘靖永;多跳无线网络容量与资源优化技术研究[D];电子科技大学;2010年
2 俞欣;多跳无线网络中缓存分布与访问调度研究[D];华中科技大学;2011年
3 赵海涛;多跳无线网络中可用带宽的估计和预测[D];国防科学技术大学;2009年
4 向征;下一代无线多跳中继网络资源分配与组网技术研究[D];西南交通大学;2011年
5 陈伟;多跳无线网络路由关键技术研究[D];电子科技大学;2010年
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1 文瑞涵;基于网络编码的多跳无线网络可靠组播机制研究[D];电子科技大学;2013年
2 吴泉明;多跳无线网络的拥塞控制方法研究[D];华南理工大学;2012年
3 阳旭;多跳无线网络接入策略的研究与实现[D];电子科技大学;2012年
4 韩畅;基于CR的多跳无线网络频谱分配关键技术研究[D];杭州电子科技大学;2011年
5 刘凯;基于802.11MAC的多跳无线网络缓存管理机制研究[D];西安电子科技大学;2012年
6 毛华超;多跳无线网络服务质量与拥塞控制的联合设计[D];华南理工大学;2013年
7 熊建高;无线多跳环境中视频传送技术研究[D];上海交通大学;2010年
8 李阳辉;多跳无线网络机会路由研究[D];中南大学;2010年
9 陈明刚;基于IEEE802.11协议的多跳无线网络流量分析[D];北京邮电大学;2011年
10 吕朝;多跳中继网络中差错控制技术研究[D];东华大学;2012年
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