学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无线Mesh网络路由协议关键技术的研究

作　者: 王嵚琦
导　师: 何新贵；徐明
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线Mesh网络路由协议路径容量路由度量信道分配高吞吐流量感知负载均衡
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 448次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来,WMN引起了国内外研究者们越来越多的关注。无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks,WMN)是一种新型的无线多跳网络结构,它继承了WLAN和MANET两者的优点,具备网状的拓扑结构和自组织、自适应的组网方式,可提供高速稳定的端到端无线传输。WMN的出现,为商业化的“最后一公里”无线宽带接入奠定了坚实的基础。路由协议是WMN研究领域的关键技术之一。然而,现有已提出的若干协议尚不能完全满足实际应用的需求。因此,有必要针对WMN的特征,研究和设计新的路由协议,提高WMN的网络性能。首先,本文介绍了WMN的背景、基本概念和应用需求,总结WMN中的主要研究领域、相关的研究项目、标准及商业产品,并提出了本文的研究目标和思路,并在第二章对当前在路由协议方面的研究工作进行详细、全面的综述。随后,在上述讨论的基础上,本文针对骨干型WMN和混合型WMN两种不同的无线网络应用场景,分别设计了相应的路由协议,以期能更好的发挥WMN的性能优势。这也是本文的主要工作和创新点。骨干型WMN路径容量的理论分析模型和多项式时间算法:由于已有研究证明,在多信道多无线接口的无线网络中,路径容量的计算是NP-Hard问题。因此,为测量骨干型WMN中给定路径的最大容量,我们在第三章给出了路径容量的理论分析模型,将之转换成为带约束最优化问题,并通过引入贪心策略,实现了基于本地虚拟报文探测的多项式时间的启发式算法PCEAGS。模拟结果表明,该算法能较为准确的评估路径容量,且不会引入额外的网络负载。满足端到端高吞吐的路由协议:为实现端到端高吞吐的路由协议,我们在第四章深入总结了现有路由度量的不足,并在第三章的研究基础上,提出以路径剩余容量作为新的路由度量,针对不同类型的信道占用状况进行总结,给出了路径剩余容量的计算公式。接着,以端到端吞吐量为优化目标,设计了端到端高吞吐路由协议EHTR,并详细讨论了路由发现机制,解决了路由失效的维护问题。模拟实验结果证实,EHTR能显著提高WMN中的端到端吞吐量。混合型WMN基于局部拓扑的动态信道分配策略:对于混合型WMN而言,WMN的多信道多无线接口的资源优势,使其能提供端到端的高带宽传输,然而也带来了信道分配的复杂问题。研究证明,多信道多无线接口的网络中,信道分配亦是NP-Hard问题。因此,我们在第四章提出基于局部信息的自适应信道分配算法LICA,仅使用局部网络拓扑和邻居节点的信道使用状况,结合启发式信息,自适应的进行信道分配,并避免了信道分配震荡问题。仿真实验表明,LICA算法的计算复杂度低,扩展性良好,且具备负载均衡的特性。基于流量感知的负载均衡路由协议:由于无线信道广播传输的物理特性,导致WMN中更容易出现拥塞,从而引起频繁的信道冲突,严重降低网络整体性能。为解决此问题,我们在第六章提出基于流量感知的负载均衡路由协议TLR,以第五章中的信道分配研究为基础,同时兼顾端到端的公平性传输,结合拥塞控制、流量感知等进行跨层协议设计。仿真模拟的结果显示,TLR能平衡全网的流量负载,保障了端到端的公平性传输,且具有良好的可扩展性。本文对WMN路由协议的关键技术进行了深入细致的研究,并针对骨干型WMN和混合型WMN两种WMN应用场景,提出了相应的路由解决方案。然而,在WMN的路由协议领域还有很多亟待解决的挑战性问题,包括安全路由、多径路由和QoS路由等等。

全文目录

摘要  11-13
ABSTRACT  13-15
第一章绪论  15-37
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 WMN的基本概念  16-19
    1.2.1 WMN的组成  16
    1.2.2 WMN的体系结构  16-18
    1.2.3 WMN的特征  18-19
  1.3 WMN的实际应用需求  19-22
  1.4 WMN的相关研究项目、标准及市场产品  22-26
    1.4.1 国内外主要研究项目  22-25
    1.4.2 WMN相关标准的进展  25-26
    1.4.3 相关产品及解决方案  26
  1.5 WMN的主要研究问题  26-34
    1.5.1 WMN的设计目标及影响性能的主要因素  27-28
    1.5.2 物理层传输技术  28-29
    1.5.3 数据链路层研究  29-31
    1.5.4 网络层协议研究  31-32
    1.5.5 传输层协议研究  32-33
    1.5.6 应用层协议研究  33
    1.5.7 跨层协议设计  33
    1.5.8 安全协议研究  33-34
  1.6 本文研究目标、内容与思路  34-35
  1.7 本文的结构安排  35-36
  1.8 本章小结  36-37
第二章 WMN路由协议的相关研究分析  37-49
  2.1 概述  37
  2.2 路由度量（Routing Metric）  37-40
    2.2.1 基于广播的主动探测式路由度量  38-39
    2.2.2 自适应（Adaptive）路由度量  39-40
  2.3 信道分配（Channel Assignment）  40-41
    2.3.1 静态信道分配  40
    2.3.2 动态信道分配  40-41
    2.3.3 混合信道分配  41
  2.4 路由算法（Routing Algorithm）  41-44
    2.4.1 单路径路由  42-44
    2.4.2 多路径路由  44
    2.4.3 非路径路由  44
  2.5 跨层协议设计（Cross-Layer Protocol Design）  44-46
    2.5.1 共享状态参数  45-46
    2.5.2 协议层简化  46
  2.6 本章小结  46-49
第三章路径容量的分析模型及虚拟探测算法  49-61
  3.1 概述  49
  3.2 相关工作  49-51
    3.2.1 解析建模方式  49-50
    3.2.2 报文探测方式  50-51
  3.3 网络模型及相关假设和约束条件  51-52
    3.3.1 假设条件  51
    3.3.2 网络模型  51
    3.3.3 相关约束条件  51-52
  3.4 问题描述  52-54
  3.5 算法设计与分析  54-57
    3.5.1 启发式条件  54-56
    3.5.2 算法的正确性及时间复杂度分析  56-57
  3.6 模拟实验与分析  57-59
  3.7 本章小结  59-61
第四章满足端到端高吞吐的路由协议  61-83
  4.1 概述  61-62
  4.2 相关工作  62-64
    4.2.1 对现有路由度量的反思  62
    4.2.2 路由协议的再分析  62-64
    4.2.3 高吞吐路由协议的研究进展  64
  4.3 问题描述  64-65
    4.3.1 前提假设  64-65
    4.3.2 网络模型  65
    4.3.3 形式化描述  65
  4.4 新的路由度量：路径剩余容量  65-68
    4.4.1 路径剩余容量的定义  65-66
    4.4.2 路径剩余容量的计算  66-68
  4.5 端到端高吞吐路由协议的分析与设计  68-76
    4.5.1 全局拓扑的存储  68-69
    4.5.2 路由发现和选择机制  69-72
    4.5.3 路由表的更新和维护  72-74
    4.5.4 路由失效的修复  74
    4.5.5 收敛性分析  74-75
    4.5.6 EHTR的完整流程图  75-76
  4.6 模拟实验与结果分析  76-81
    4.6.1 模拟环境及参数设置  76-77
    4.6.2 结果分析  77-80
    4.6.3 平滑因子α的影响  80-81
  4.7 本章小结  81-83
第五章基于局部信息的自适应信道分配策略  83-97
  5.1 概述  83-84
  5.2 相关工作  84
  5.3 网络模型与问题描述  84-86
    5.3.1 网络模型及相关定义  85-86
    5.3.2 问题描述  86
  5.4 启发式信息和限定条件  86-89
    5.4.1 拓扑不变  86-87
    5.4.2 同步互斥  87-88
    5.4.3 负载自适应  88-89
  5.5 算法设计与分析  89-93
    5.5.1 保持网络拓扑结构  89-90
    5.5.2 避免同步更新  90-91
    5.5.3 优化信道分配方案  91-93
  5.6 模拟实验与结果分析  93-95
  5.7 本章小结  95-97
第六章基于流量感知的负载均衡路由协议  97-111
  6.1 概述  97-98
  6.2 相关工作  98-99
  6.3 问题描述  99-100
    6.3.1 网络中业务负载的均衡  99-100
    6.3.2 端到端传输的公平性  100
  6.4 TLR的设计与实现  100-106
    6.4.1 TLR的体系结构  101-102
    6.4.2 节点负载的感知  102-103
    6.4.3 路由发现及路由表更新  103-105
    6.4.4 信道的自适应分配  105-106
    6.4.5 公平性传输的调度  106
  6.5 模拟实验与结果分析  106-109
    6.5.1 模拟环境与参数设置  106
    6.5.2 结果分析  106-109
  6.6 本章小结  109-111
第七章结束语  111-115
  7.1 本文工作总结  111-112
  7.2 本文的主要贡献与创新点  112-113
  7.3 后续研究工作展望  113-115
参考文献  115-126
致谢  126-127
作者在学期间取得的学术成果  127

相似论文

随机路由在无线传感器网络中的研究与应用,TN929.5
基于Linux集群系统的负载均衡算法研究及在Webgis中的应用,TP393.05
基于QoS的无线Mesh网络路由协议及相关技术的研究,TN929.5
RFID数据清洗处理策略与算法,TP391.44
分布式内存数据库存储研究,TP311.13
并行与分布入侵检测技术研究,TP393.08
基于负载均衡的3G视频传输系统的设计与实现,TN919.8
基于GIS技术的北京移动网络地理信息系统二期设计与实现,P208
多下一跳路由机制下的QoS研究,TP393.02
面向数据中心网络的新型交换机制研究,TP393.08
负载均衡技术在防伪税控系统中的应用,F812.42
异构分布式网络环境的资源管理策略研究,TN929.5
面向广域网的分布式搜索引擎中任务调度技术的研究,TP391.3
智能优化任务调度算法的研究与应用,TP301.6
面向查询操作的元数据服务器集群负载均衡方法研究,TP393.05
银行计算机网络高可用模型研究,TP399-C2
数据分区架构下负载均衡技术的研究与应用,TP393.02
服务器集群系统请求调度与高可用性研究,TP393.05
基于多核的任务调度研究与实现,TP332
分布式指挥系统分层多任务调度研究,TP301.6
基于应用协议解析的分布式网络入侵检测系统研究,TP393.08