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异构无线Mesh网络切换机制研究

作　者: 谢丽华
导　师: 杨寿保
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 无线Mesh网络异构无线网络异构无线Mesh网络水平切换垂直切换隐马尔可夫模型移动预测
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 195次
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内容摘要

随着无线通信技术的发展,各种无线接入网络得到越来越广泛的部署和应用,如WLAN,UWB,WiMAX等。这些接入网络在覆盖范围、传输速率、网络容量、部署成本和价格等方面都具有各异的特性和优势。但是由于网络形态及技术本身的限制,没有一种接入网络能够满足所有用户的高容量、高速率、低成本等各方面的需求。因此,未来的移动通信网络必将是各种无线接入技术的融合,各种无线网络相互覆盖,互相协作,共同为用户提供无处不在的网络服务。传统的无线网络(如WLAN,WPAN,WMAN等)采用无线单跳的接入形式,无线终端用户通过接入点(Access Point,AP)访问Internet。由于单跳的无线传输距离有限,限制了WLAN的覆盖范围;同时,AP需直接连接到有线网络,导致了WLAN对有线网络的严重依赖,部署成本较高。为了扩展无线接入网的覆盖范围,降低部署成本,一种完全异于传统无线接入网络的拓扑结构—无线Mesh网络—应运而生。无线Mesh网络采用多跳连接的方式,无线终端用户的数据可以通过多个中间节点的无线转发才接入到Internet。多跳的接入形式不但大大扩展了无线网络的覆盖范围,减少了对有线网络的依赖,使终端获得了更大的移动性,同时还大大节省了网络建设初期的投资,可实现快速廉价的无线网络部署。无线Mesh网络通过多跳转发带来的高覆盖、低成本、高兼容性等特点使得它得到越来越广泛的研究和应用,各种无线接入技术都加入了对于无线Mesh网络体系结构的支持。异构无线Mesh网络是未来无线通信网络的发展趋势。未来的终端用户可能配备若干个不同的网络接口,可以在适当的时候接入当前最佳的无线网络获得最优的服务质量。切换管理是实现移动终端用户在多个网络间漫游的关键技术。目前异构网络间的切换管理研究主要集中在蜂窝网络与无线局域网两种网络融合环境,这些应用于单跳网络的切换方案并不适用于异构无线Mesh网络的环境。本文针对用户根据网络质量变化主动切换接入网络的需求,研究移动终端的移动规律,提出了基于隐马尔可夫模型的移动预测机制,为切换做好提前准备。当前大多切换都是以RSSI下降、网络服务质量下降等作为触发指标,这是一种被动的切换触发,往往带来较大的切换时延和服务质量的下降。并且,随着无线接入网络的大规模部署,各种无线网络形成大量的相互覆盖区域,终端用户的网络切换不应该仅仅限于接入网络的服务质量下降才开始寻找新的可用网络,用户应该可以随时探测当前最佳的网络进行接入获得服务。本文建立的隐马尔可夫移动预测模型,可以预测出移动终端的未来位置,为切换做好提前准备工作,从而降低切换时延,提高网络的服务质量。本文针对无线Mesh网络的特性,提出了适用于多跳环境的异构无线Mesh网络层次化平滑切换方案。本方案将异构无线Mesh网络的域内切换和域间切换区分处理,分别采用不同的切换管理流程。仿真实验证明,采用本方案大大降低了平均切换延迟,通过缓存策略,大大降低了切换过程中的丢包。本文在对现有的无线Mesh网络、异构无线网络切换管理研究进行充分调研分析的基础上,针对Mesh结构的网络特性,提出了高性能的层次化切换方案和基于隐马尔可夫模型的移动预测机制,同时在实验仿真方面做出了积极的尝试。本文对于异构无线Mesh网络的切换管理、网络接入控制等相关研究具有理论指导和实践意义。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
图表索引  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研究现状  12-16
  1.3 论文主要研究工作  16-17
  1.4 论文组织结构  17-19
第二章异构无线Mesh网络切换管理  19-33
  2.1 异构无线Mesh网络  19-23
    2.1.1 无线Mesh网络  19-20
    2.1.2 异构无线Mesh网络  20-23
  2.2 异构无线网络切换管理研究  23-32
    2.2.1 异构无线网络切换及其分类  23-28
    2.2.2 异构无线网络切换管理方案  28-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章基于隐马尔可夫模型 HMM 移动预测机制  33-41
  3.1 隐马尔可夫模型HMM  33-38
    3.1.1 一阶HMM  34-35
    3.1.2 R阶HMM  35-38
  3.2 基于隐马尔可夫模型的移动预测算法  38-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章异构无线Mesh网络层次化平滑切换方案  41-53
  4.1 现有无线Mesh网络切换管理方案  41-45
    4.1.1 iMesh  41-43
    4.1.2 MobiMesh  43-45
  4.2 异构无线Mesh网络层次化平滑切换方案  45-52
    4.2.1 异构无线Mesh网络模型  46-48
    4.2.2 异构无线Mesh网络层次化平滑切换方案  48-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章仿真实验与结果分析  53-61
  5.1 在NS2中扩展切换管理模块  53-57
    5.1.1 切换管理帧及相关表的格式定义  53-55
    5.1.2 切换管理帧的处理  55-57
  5.2 仿真测试与结果分析  57-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章总结与展望  61-64
  6.1 本文工作总结  61-62
  6.2 本文主要贡献  62
  6.3 未来工作展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
硕士研究生期间参加的科研项目和发表的论文  68

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