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802.16无线Mesh网络MAC层调度算法研究与实现

张晶  
【摘要】:无线Mesh网络具有灵活扩展、自配置自愈合、大范围覆盖等特点,受到了业界的广泛关注。但是由于无线Mesh网络的多跳结构和较为复杂的无线传输环境,网络间会存在严重的链路间干扰和数据冲突,如何在媒体接入控制(Media Access Control, MAC)层调度有限的无线资源来提高无线Mesh网络的传输性能,是当前的研究重点。同时随着多媒体业务应用的相继展开,如何保证业务的服务质量(Quality of Service, QoS)也是难点之一。本文分析了基于时分多址的无线Mesh网络的MAC层协议,重点研究了提供服务质量保障的MAC层调度算法设计与实现。主要工作包括以下几个方面: 本文介绍了美国电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 802.16e协议Mesh模式下的协议栈体系结构,帧结构以及MAC层的重要工作机制,主要有:入网初始化过程,连接管理机制,分段打包机制和MAC管理消息介绍,为后续方案设计与软件设计实现奠定了基础。针对用户服务质量的问题,本文对协议所规定的调度算法进行改进,提出了基于预留时隙和优先级的协同分布式调度算法。在考虑业务QoS的同时,为了减少信令开销从而提高信道利用率,本文对无线资源的初次分配采用基于类的三次握手过程,而对数据的二次调度采用基于流的调度队列选择机制。网络仿真器(Network Simulation Version 2, NS2)仿真结果表明,该调度算法能够有效地保证用户的QoS需求并达到较高的网络吞吐量。 基于以上工作,本文设计并实现了Mesh MAC协议栈软件中的调度模块,该模块既能够在Mesh MAC协议栈软件系统中完成调度功能,也可以作为验证数据调度算法的平台单独运行。该模块具有易于移植至不同物理层,内部调度算法易于替换和升级,并能提供有效的QoS保证和较高的信道利用率。


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