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无线Mesh网络(WirelessMeshNetworks,WMN)是Adhoc网络技术在民用领域中的进步发展。使用WMN网络技术,用户可以不依赖于现有的网络基础设施,用较低的成本快速部署一个可覆盖较大区域的网络,满足随时随地的通信需求。近年来,随着以流媒体为代表的实时流业务的不断增长,用户迫切的希望WMN网络能提供高性能的通信保证。而与有线网络相比,WMN网络的带宽资源还比较少,节点的处理能力还比较低。因此,当前的一个研究热点是优化网络资源的使用,以提高网络的通信性能。本文以端到端带宽指标为出发点,研究相应的WMN网络性能分析及优化技术。面对网络性能优化这一深层次问题,本文着重实现两个目标:(a)对WMN网络中用户的带宽特性进行建模分析,理论分析部分将为带宽的优化设计给出指导性原则和可用于实时计算的预测模型。(b)在理论分析的基础上,设计具有更高效率和更高公平性的带宽优化算法。
本文的主要贡献包括:
①以路径为研究对象的端到端带宽分析方法。当前已有的两类分析方法均有各自的局限性,不适合WMN网络的端到端带宽分析。本文创新性的提出了“以路径为对象”的分析模型,将两类研究方法的优点结合起来,形成了“节点→路径→网络”这一逐层深入的研究体系。
②符合WMN网络特点的多用户带宽优化分配模型。本文针对WMN网络无线多跳的特点,提出了基于极大链路干扰集的约束表示方法,使有线网络的带宽优化模型能在WMN网络中准确的应用。利用该带宽优化分配模型,可以判断给定网络条件下,用户带宽的需求能否得到满足;也可以求解如何进行网络带宽的合理分配,以使得满足一定公平性的前提下,带宽资源的利用率最高。
③WMN网络中面向流媒体传输的流量控制算法。当前针对无线网络流媒体传输的流量控制算法的研究还不多,本文针对WMN网络和流媒体传输的特点,提出了新的拥塞检测方法及基于控制方程的流量控制算法。控制方程以带宽优化模型为理论基础,对最优速率的计算做了合理简化,简化后的公式简单实用,大大降低了节点的计算负载,从而满足低带宽、低计算能力的WMN网络实时计算的需要。
④基于簇的混合信道分配算法。在多信道WMN网络中,已有的静态和动态信道分配算法均有各自的优缺点。本文提出的混合信道分配算法结合了两者的优点,克服了两者的缺点:在网络拓扑相对稳定的WMN网络中进行分簇,在簇结构的基础上部分信道进行静态分配,部分信道进行动态分配。算法在提高网络信道使用效率的同时,很大程度上降低了信道分配的复杂性,更适合大规模的WMN网络。