学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无线Mesh网络下优化机会路由设计关键技术的研究

作　者: 杜潇
导　师: 刘元安
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 无线Mesh网络机会路由吞吐量多射频多信道马尔可夫链随机线性编码
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 116次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks, WMNs)以其高可靠性、高带宽性、较强的自组织性和自愈性已受到越来越多的关注。无线Mesh网络通常采用分布方式维持节点间的通信,且一般需要经过多跳转发。无线链路的动态、时变和丢失特性,导致无线链路质量较差且稳定性较低,这对提高无线Mesh网络的吞吐量和传输可靠性提出了挑战。因此,研究高效率的无线路由协议是无线Mesh网络的核心问题之一。机会路由(Opportunistic Routing, OR)作为一种面向无线环境而提出的路由技术,可以更好地适应无线链路的特性,并能够有效地提高无线Mesh网络的性能,因此迅速成为近些年的热门研究方向之一。本论文主要对无线Mesh网络下优化机会路由设计的若干关键技术,包括机会路由的路由度量设计、多射频多信道环境下的机会路由机制设计、机会路由转发候选节点选择与排序算法设计以及结合随机线性编码的机会路由机制设计等几个方面进行了大量深入的研究,主要的工作和创新点包括：第一、提出了面向吞吐量的机会路由转发候选节点选择排序算法,并从理论上证明了该算法对转发候选节点的优化选择能力,建立了对转发候选节点选择的约束机制。另外,结合该算法还提出了一种有效成功应答机制,有效地解决了数据的碰撞问题,不仅降低了应答时间,还抑制了节点的重传和复制传输。通过仿真结果验证,本章所提出的算法能够选出更优的转发候选节点集,对吞吐量、数据重传数等都有较大改善,而且结合有效成功应答机制,ACK确认数据包能达到更好的平均时延、平均复制率及平均传输率性能。第二、提出了结合多射频多信道的机会路由机制。根据多射频多信道的特性,推导出机会路由端到端最优信道分配投递率的信道分配算法,并将求解端到端最优信道分配投递率的问题简化为计算基于信道分配的端到端投递率路由度量问题。最后,结合多射频多信道机制的特性,还引入了保证数据高效传输的可靠应答机制。仿真结果表明,结合多射频多信道的机会路由机制具有更好的性能表现,相对于ExOR机会路由协议与传统路由协议,吞吐量性能和时延性能均有显著的提高。第三、针对目前的机会路由协议所使用的路由度量不能准确衡量当前节点到目的节点最大传输吞吐量的问题,本章采用马尔可夫链模型建立了用于估计无线Mesh网络中机会路由最大传输吞吐量性能的理论体系。并用该体系将求解最大传输吞吐量的问题转化为计算马尔可夫链理论中最小传输次数的问题,从而设计出最小传输次数-最大传输吞吐量的转发候选节点选择排序算法。仿真结果表明,与ExOR机会路由协议进行对比,本章所提出的算法对平均数据包传输时延性能、吞吐量性能和数据包传输次数性能等都有很大的提升。最后、针对当前结合网络编码的机会路由协议丢弃受损数据包而导致网络资源的浪费问题,提出了数据帧级随机线性编码机会路由机制。在该路由机制中,节点发送数据前首先对所要发送的每一个数据帧分为多个子帧,然后把多个数据帧相同位置上的子帧——对应进行随机线性编码组成新的数据帧。与其他结合编码的路由机制不同,本章所提路由机制即使数据在传输中受到干扰也不会被丢弃,而是充分利用没有受到干扰的子帧进行编码并继续发送,这样节省了网络资源,提高了网络性能。仿真结果表明,数据帧级随机编码机会路由协议与以往的路由协议相比,提高了吞吐量,并大大降低了数据的重传数。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-30
  1.1 研究背景  12-16
    1.1.1 无线Mesh网络概述  12
    1.1.2 无线Mesh网络特点  12-13
    1.1.3 无线Mesh网络组成  13
    1.1.4 无线Mesh网络结构  13-15
    1.1.5 无线Mesh网络的应用  15-16
  1.2 无线Mesh网络路由技术概述  16-25
    1.2.1 路由度量  16-19
    1.2.2 无线Mesh网络中的传统路由协议  19-23
    1.2.3 无线Mesh网络中的机会路由协议  23-25
  1.3 论文研究意义  25-26
  1.4 论文主要研究工作及创新点  26-28
    1.4.1 论文的总体目标  26
    1.4.2 主要工作及创新点  26-28
  1.5 论文组织结构  28-30
第二章面向吞吐量的机会路由转发候选节点选择算法  30-52
  2.1 系统模型  30
  2.2 端到端有效成功传输率  30-32
  2.3 EEPEST加权的单跳任意路径成功传输吞吐量  32-40
  2.4 有效成功应答机制  40-44
    2.4.1 数据包复制问题  41
    2.4.2 ESA设计思想  41-43
    2.4.3 ESA机制分析  43-44
  2.5 仿真及性能分析  44-50
  2.6 本章总结  50-52
第三章结合多射频多信道的机会路由机制  52-76
  3.1 多射频多信道机制对机会路由协议的影响  52-54
  3.2 多射频多信道机会路由协议机制  54-55
  3.3 系统模型  55-57
  3.4 多射频多信道机会路由相关问题的公式化  57-66
    3.4.1 多射频多信道机会路由的信道分配约束条件  57-59
    3.4.2 端到端最优信道分配投递率  59-61
    3.4.3 基于信道分配的端到端投递率  61-66
  3.5 数据包确认机制  66-68
  3.6 仿真及性能分析  68-73
  3.7 本章总结  73-76
第四章基于马尔可夫链的机会路由机制  76-88
  4.1 系统模型  76-78
  4.2 期望传输次数  78-79
  4.3 最小传输次数  79-81
  4.4 机会路由最大传输吞吐量的估计  81-84
  4.5 仿真及性能分析  84-87
  4.6 本章总结  87-88
第五章数据帧级随机线性编码机会路由机制  88-104
  5.1 优先级和非优先级转发候选节点选择机制  89-90
  5.2 数据帧级随机线性编码机会路由机制  90-91
  5.3 系统模型  91
  5.4 端到端有效传输率  91-93
  5.5 FRLCOR路由机制概述  93-94
  5.6 FRLCOR路由机制架构  94-96
  5.7 FRLCOR的编码机制  96-98
  5.8 仿真及性能分析  98-101
  5.9 本章总结  101-104
第六章总结与展望  104-107
  6.1 论文主要贡献  104-105
  6.2 工作展望  105-107
参考文献  107-122
附录缩略语表  122-126
致谢  126-127
攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的专利  127

无线Mesh网络下优化机会路由设计关键技术的研究

内容摘要

全文目录

相似论文